Agilent 3458A 八位半萬用表基準(zhǔn)的改動(dòng)與校準(zhǔn)

是啊,考慮再三,也只能這樣了.這里電子研究所比較多,準(zhǔn)備找他們了.
謝謝回復(fù).

這是篇理論與實(shí)踐結(jié)合的好文章，不知為何只給那么一點(diǎn)的獎(jiǎng)勵(lì)！

謝謝，其實(shí)各位的鼓勵(lì)與支持就是無形的獎(jiǎng)勵(lì)。另外2個(gè)威望已經(jīng)是很高了。

原帖由 chuxp 于 2007-8-29 13:12 發(fā)表
太厲害了!:lol
你的那個(gè)752A改裝的精密電阻做的怎么樣了?

這個(gè)十一期間做好了，目前看效果良好，達(dá)到預(yù)期目的：
http://m.dy313.com/thread-7590-4-2.html

lymex老大，我是從另外一個(gè)論壇里看到您關(guān)于10V標(biāo)準(zhǔn)源的帖子而跟到這兒來的，本來就想在哪兒跟貼，但是注冊(cè)還沒有通過。
    我已經(jīng)給您的lymex@sina.com 發(fā)了郵件，向您索要電阻的文章和HP34401A的電路圖，現(xiàn)在是您的關(guān)如電阻的文章已經(jīng)在這兒下載到了，不知道您手頭上有沒有HP34401A的電路圖，如果有的話，能不能發(fā)給我?。恐x謝了??！我的郵箱是yeool@yeah.net

郵件收到，HP34401A的電路圖在其Service Guide 里有，而Service Guide應(yīng)該在Agilent的網(wǎng)站上有，但我剛才去看沒有了。我的這個(gè)Service Guide不知道是從哪里下載的，是11,452kB，已經(jīng)發(fā)過去。

謝謝lymex，您發(fā)的資料我現(xiàn)在正在看，對(duì)我很有價(jià)值。

3458A內(nèi)部應(yīng)該有基準(zhǔn)電壓的升壓電路吧？7伏轉(zhuǎn)10伏（或12伏？）。老大既然把基準(zhǔn)電壓都改了，何不把升壓電路也用VHP101或者VHP202改一改。性能應(yīng)該能提高不少。

我找過沒發(fā)現(xiàn)有7伏轉(zhuǎn)10伏的部分，7V直接進(jìn)A/D了。
反正后期都是數(shù)字處理，測(cè)量10V的結(jié)果到底如何表示都不重要了，乘上一個(gè)系數(shù)就可以了。而這個(gè)系數(shù)在校準(zhǔn)的時(shí)候可以改。

8位半的ADC一般至少28位二進(jìn)制。
3458A的ADC不僅速度快，而且指標(biāo)達(dá)到0.1ppm的積分線性、0.01ppm的微分線性（類似No missing code），目前還無人能比。Fluke中心實(shí)驗(yàn)室都不用自己的8508A，而是用了3458A。我以前也想用σ-△來做萬用表，但感覺外圍還是非常很難做，尤其是拆了一個(gè)3456A以后。
某所高精度的測(cè)量交流電壓的有效值，居然是用3458A快速采樣50Hz信號(hào)來實(shí)現(xiàn)的！

這是老大發(fā)在無忌上的一個(gè)帖子，被我引用過來。
為什么拆了一個(gè)3456A以后，老大就覺得用σ-△來做很困難呢？3456（8）A里的前置放大器，選擇開關(guān)，濾波器（如果有的話）都是怎么樣呢？銅和芯片引腳之間的熱電勢(shì)動(dòng)輒幾u(yù)V，這些又是怎么處理的呢？
我都成了問題小孩了，呵呵，老大寫個(gè)拆機(jī)報(bào)告好了。
順便問一句，誰有 HP3458A 8 1/2位數(shù)字式萬用表的A/D轉(zhuǎn)換器 這篇文章？

[ 本帖最后由 weblyang 于 2007-11-8 13:43 編輯 ]

原帖由 weblyang 于 2007-11-8 13:32 發(fā)表


這是老大發(fā)在無忌上的一個(gè)帖子，被我引用過來。
為什么拆了一個(gè)3456A以后，老大就覺得用σ-△來做很困難呢？3456（8）A里的前置放大器，選擇開關(guān)，濾波器（如果有的話）都是怎么樣呢？銅和芯片引腳之間的熱電勢(shì)動(dòng)輒幾u(yù)V，這些又是怎么處 ...

拆了個(gè)3456A以后感覺用σ-△來做萬用表很困難，主要是外圍做不好，比如保護(hù)、切換、前置放大、分壓、濾波等，3456A用一個(gè)大板來做這些工作，里面用了不少定做的專用器件。后面有一張圖，如果感興趣我再貼。另外，我手里有3456A的維修服務(wù)手冊(cè)，包含電路圖和調(diào)試說明，15M，好像是在Agilent網(wǎng)站上下的。

銅和芯片引腳之間的熱電勢(shì)動(dòng)輒幾u(yù)V，這個(gè)好象沒那么大，選擇合適的金屬組合可以降低到每度微伏左右，然后再加上平衡和均溫措施，就可以把熱電動(dòng)勢(shì)減低到0.1uV級(jí)別，這對(duì)于8位半都不成問題，因?yàn)?458A分辨就是0.1uV的。對(duì)熱電動(dòng)勢(shì)非?？粗械?，是納伏表，因?yàn)榉直?nV、噪音nV級(jí)別則要求熱電動(dòng)勢(shì)非常低?？上业?4420A還在保修期內(nèi)，我還不想馬上拆開看內(nèi)部。好象從輸入到前置放大之間是最重要的，用了兩層屏蔽/均溫措施。

HP3458A 8 1/2位數(shù)字式萬用表的A/D轉(zhuǎn)換器，文章見附件。

看了這篇文章，感覺HP真是好啊，連這樣的東西都會(huì)寫出來，接近核心技術(shù)了吧？
不知道其他公司有沒有類似的文章，比如FLUKE的余數(shù)再循環(huán)，(曾經(jīng)的)Wavetek的多斜多周期。好像還有個(gè)叫Schlumberger(斯倫貝謝?)的脈寬調(diào)制，Solartron的也是這種吧。
看了一篇文章，《模擬變換和數(shù)字變換的高檔DMM》，它里面有這么一句話：高分辨率以及大的動(dòng)態(tài)范圍和高的吞吐率，A/D轉(zhuǎn)換器充分發(fā)揮數(shù)字電路的優(yōu)點(diǎn)，與多次斜率變換法相比占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。
它里面的用A/D轉(zhuǎn)化器的指的是Keithley的2002，而多次斜率是Prema的6048（沒聽說過這個(gè)公司，老大講講它的歷史吧，也是8位半）。聽他的意思，難道2002里采用的轉(zhuǎn)換器是sigma-dela A/D？
改天我也寫個(gè)專題，就叫 高精度萬用表的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，把知道的萬用表的轉(zhuǎn)換技術(shù)統(tǒng)統(tǒng)寫進(jìn)去。

原帖由 weblyang 于 2007-11-8 20:30 發(fā)表
看了這篇文章，感覺HP真是好啊，連這樣的東西都會(huì)寫出來，接近核心技術(shù)了吧？
不知道其他公司有沒有類似的文章，比如FLUKE的余數(shù)再循環(huán)，(曾經(jīng)的)Wavetek的多斜多周期。好像還有個(gè)叫Schlumberger(斯倫貝謝?)的脈寬調(diào)制，Solartron ...

要寫“高精度萬用表的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器”？太好了，我對(duì)這方面知道甚少。
我貼過一個(gè)萬用表轉(zhuǎn)換速度的圖，在這里再貼一次見后。
其中，Keithley 2002在8位半下速度最快，3458A緊隨其后，再就是日本愛萬得（Advantest）的R6581也很快。相比之下，8508A就慢多了。Fluke 8508A基本上是沿襲了英國Wavetek 1281的技術(shù)，其中的基準(zhǔn)、A/D好象一點(diǎn)也沒動(dòng)。而Wavetek是收購英國Datron的，看樣子就翻了牌子而已。

Solartron（輸力強(qiáng)）是老牌英國公司，也產(chǎn)過8位半的7081，但后來與德國的Schlumberger（施倫伯杰）合并。因此Schlumberger的應(yīng)該就是Solartron的技術(shù)。Solartron估計(jì)是世界上首個(gè)8位半的萬用表。7081我以前差點(diǎn)花9.8k買個(gè)壞的。最近eBay有賣我沒參加結(jié)果被人以$1725買走（圖見后）。

Prema是德國公司，其8位半的6048的資料很少，只發(fā)現(xiàn)有以下網(wǎng)頁有點(diǎn)介紹：
http://www.ohh.de/6048.htm
http://www.ohh.de/5610.htm#multramp

Prema德國普瑞瑪,也是一家老牌的數(shù)表生產(chǎn)廠,其5000 , 6000,DMM,5017,天水長城電工儀器廠曾經(jīng)組裝生產(chǎn)過.在國內(nèi)還有許多部門在用,外殼和內(nèi)部用料非常扎實(shí),大量使用自保持繼電器和緊密的阻容器件,DC的穩(wěn)定性好過其結(jié)束指標(biāo),在高位時(shí),測(cè)量速度非常慢.等得有些不耐煩.
電流的指標(biāo)感覺不怎樣,后2位經(jīng)常跳數(shù),

三極管Q2的BE極是測(cè)溫的（即連在8腳的三極管）！這個(gè)電路的Q2的VBE在0攝氏度時(shí)約為650mV,溫度系數(shù)約為-2.3mV/攝氏度。最終的溫度平衡在這個(gè)溫度點(diǎn)上：這時(shí)Q2的BE極電壓等于R4/R5分壓后的電壓！
我就不知道，是不是每個(gè)LTZ1000有Q2都是這個(gè)特性？
Q1（另一個(gè)三極管）的VBE是用來補(bǔ)償齊納管的正溫度系數(shù)的吧。

分析正確。Q2就是測(cè)溫的，溫度是可以通過R4/R5的分壓與Vbe相等來調(diào)節(jié)的。
每個(gè)LTZ1000特性都是如此，但Vbe2稍有差別，設(shè)置成相同的R4/R5分壓比則溫度有幾度的差別。
另一個(gè)三極管正是做串聯(lián)溫補(bǔ)的，輸出等于償齊納管壓+Vbe，在兩個(gè)箭頭處引出。

我想請(qǐng)問2樓，表中的數(shù)據(jù)是實(shí)測(cè)還是計(jì)算的？如果是實(shí)測(cè)的，那與理論數(shù)據(jù)太吻合了！

[ 本帖最后由 zmwangping 于 2007-11-12 15:59 編輯 ]

原帖由 zmwangping 于 2007-11-12 15:37 發(fā)表
2樓基準(zhǔn)電阻與溫度的數(shù)據(jù)是計(jì)算的吧。
因?yàn)闆]有考慮到Q2有基極電流Ib的影響。按照典型的圖，Ic約為100微安，Q2的直流放大倍數(shù)最小為80，最大為450，典型的為200（按照LTZ1000的典型數(shù)據(jù)），按200計(jì)算，則Ib為0.5 微安。在R4上會(huì)有約7 ...

2樓基準(zhǔn)電阻與溫度的數(shù)據(jù)的確是計(jì)算的，但其中的參數(shù)2.3mV/C是根據(jù)幾個(gè)要素調(diào)整的，因此實(shí)際上考慮了放大倍數(shù)以及Ib的綜合變化。這幾個(gè)要素其中之一，是那個(gè)經(jīng)典文章（7樓，有圖），另外，也包含了實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，測(cè)量過幾次，以下為某次結(jié)果，與計(jì)算值還是有少許誤差。

好象沒有考慮齊納管的工作電流變化對(duì)Vz的影響。
按照廠家數(shù)據(jù)，工作電流1毫安變化到5毫安時(shí)，Vz可以有80-240毫伏的變化呢。其中80是典型的數(shù)據(jù)。
建議測(cè)一下在同一溫度下齊納管的電壓與工作電流的關(guān)系，排除后計(jì)算齊納管的溫度系數(shù)！
如有資料，請(qǐng)上傳！

在數(shù)據(jù)表中的“內(nèi)部改溫”代表什么？

原帖由 zmwangping 于 2007-11-12 18:21 發(fā)表
在數(shù)據(jù)表中的“內(nèi)部改溫”代表什么？

內(nèi)部改溫就是內(nèi)部改正溫度，綠色的部分都是手工輸入的，其它部分是用公式計(jì)算的。
上表計(jì)算中的確沒有考慮齊納管的工作電流變化對(duì)Vz的影響，但這個(gè)表僅僅是計(jì)算上電阻（R4）與內(nèi)部工作溫度用的。
2樓的表也是同樣作用，但綜合考慮個(gè)各種影響，因此把本來比較大的溫度系數(shù)改到了-2.3mV/C。
事實(shí)上，盡管改動(dòng)R4后齊納管的工作電流會(huì)變，但變化不大。實(shí)際工作中，只要各電阻阻值選定，那么齊納管的工作電流也就固定了，齊納管的斜率電阻對(duì)輸出沒有影響。

另外一個(gè)相關(guān)的稍微擴(kuò)展的話題，就是這個(gè)基準(zhǔn)電路如何去做才能做好？外圍元件如何選擇？做好其實(shí)主要有三點(diǎn)：
1、輸出電壓不隨外界溫度而變
2、輸出電壓不隨供電電壓而變
3、輸出電壓不隨時(shí)間而變
以上1我測(cè)試統(tǒng)計(jì)過，幾乎看不出來。以上2我測(cè)試過，電源電壓變動(dòng)3V（從12V變到15V），輸出變化<0.1ppm可以忽略（而且與元件選擇無關(guān)）。以上3是我測(cè)試的重點(diǎn)，大部分器件滿足1ppm/年的指標(biāo)。

也許，我們最關(guān)心的是，各外圍電阻要是（由于老化或者溫度）變化了，對(duì)輸出到底有多大影響？
盡管Linear已經(jīng)給出標(biāo)稱值，但仍然是我測(cè)試的重點(diǎn)，某次測(cè)試結(jié)果見后表，結(jié)果描述如下：
電流采樣電阻，變化100ppm對(duì)輸出有-0.14ppm的影響，比Linear給出的1ppm要小得多
分壓電阻變化100ppm對(duì)輸出有近1ppm的影響，與Linear給出的1ppm很吻合
R2（溫補(bǔ)三極管用）變化100ppm對(duì)輸出有0.4ppm的影響，比Linear估計(jì)的0.3ppm要大。
R3（測(cè)溫三極管用）變化100ppm對(duì)輸出有0.04ppm的影響，比Linear估計(jì)的0.2ppm要小很多。

以上測(cè)試實(shí)際上對(duì)不同電路在不同時(shí)間進(jìn)行過多次，結(jié)果類似，改數(shù)據(jù)是我選擇各電阻依據(jù)。

從數(shù)據(jù)看，采樣電阻對(duì)輸出的影響小，實(shí)際上也說明了齊納管因工作電流的變化所引起的變化小。
你測(cè)試用的板子上的其它元件的參數(shù)是否與Linear一樣？

我的關(guān)鍵元件（主要是幾個(gè)電阻）都是定做的，并在安裝前經(jīng)過測(cè)試。
其它元件Linear也沒有要求，當(dāng)然也采用能買到的好器件，裝前也測(cè)試。
與3458A內(nèi)部的電路板比，Q1我采用小功率的因?yàn)榧訜犭娏髯疃鄮资甿A。

我大致同意你的研究方法，即我們要保證基準(zhǔn)的輸出電壓不變，首先要研究是什么使它變化！
你從這三個(gè)方面研究：1、輸出電壓隨外界溫度的變化情況；2、輸出電壓隨供電電壓的變化情況；3、輸出電壓隨時(shí)間的變化情況。
除了第2點(diǎn)（即輸出電壓隨供電電壓的變化情況）外，其他兩個(gè)可以歸結(jié)為輸出電壓隨幾個(gè)電阻的變化（即R1-R5）的變化。
用實(shí)驗(yàn)的方法來研究，也是一種好的方法。
我想，如果我們能從理論上來說明幾個(gè)電阻的變化是怎樣使輸出電壓變化的，最起碼要說明主要是通過什么渠道使輸出電壓變化的，則會(huì)使研究更深入一步。到現(xiàn)在為止，我們可以這么認(rèn)為：
一、R1的變化，主要使齊納管工作電流變化，從而引起輸出電壓的變化。
按照linear的數(shù)據(jù)，在工作電流為2.5mA-5mA內(nèi)，齊納管與Q1的Vbe聯(lián)合作用，其動(dòng)態(tài)電阻約4個(gè)歐姆（從圖中測(cè)算）。按照這個(gè)數(shù)據(jù)，當(dāng)R1從140歐變化到138.067歐時(shí)，輸出電壓應(yīng)變化0.19mV（升高）(按Vbe1=474mV計(jì)算)，你實(shí)測(cè)的為.135mV。這可以這么解釋：當(dāng)輸出電壓升高后，LTZ1000的溫度下降，使輸出電壓下降。但從總的輸出電壓上升了0.135mV來看，“R1的變化，使齊納管工作電流變化，從而引起輸出電壓的變化”是主要因素！
二、R4/R5的變化，主要使LTZ1000的溫度變化，從而使輸出電壓變化。這點(diǎn)不用多說明。
剩下的問題，是R2和R3的變化，是怎樣使輸出電壓變化的呢？這點(diǎn)我正在研究。
我是紙上談兵，因?yàn)槲沂种袥]有實(shí)驗(yàn)的條件。
有什么不對(duì)的，請(qǐng)指教。

有關(guān)最終的輸出到底隨什么變化的問題，與電阻的確相關(guān)，但與LTZ1000更有關(guān)系?？次?5樓的表的“抑制倍”一列，表明電阻的不重要性到底是多少，是越大越好。當(dāng)抑制倍為100的時(shí)候，電阻變化了100ppm才對(duì)輸出有1ppm的貢獻(xiàn)，但LTZ1000本身變化1ppm則輸出變化就是1ppm。事實(shí)上，我們要是不犧成本選擇好的電阻做到10ppm/年沒有任何問題，此時(shí)對(duì)輸出的貢獻(xiàn)就可以小到0.1ppm/年。但根據(jù)LTZ1000的手冊(cè)推算，其年不穩(wěn)定度是0.83ppm，因此，還是LTZ1000本身對(duì)不確定度的貢獻(xiàn)最大。
這個(gè)器件和電路之所以成功，就是因?yàn)閷?duì)外界元件要求的比較松，松了100倍以上。

是的，電阻的變化對(duì)輸出的變化，分析的沒問題。至于R2和R3，是決定了Q1和Q2工作電流的，兩個(gè)電阻的壓降大約都是6.3V很穩(wěn)定的，因此變化的R2、R3將引起工作電流變化，這就直接影響兩個(gè)管子的Vbe，因此導(dǎo)致輸出變化。R2直接影響補(bǔ)償管因此影響大些。

對(duì)，當(dāng)T=65攝氏度時(shí)，長期穩(wěn)定性指標(biāo)為2微伏/SQRT（kh）！據(jù)此可以推算年穩(wěn)定性。不知降溫之后這個(gè)指標(biāo)改變多少？比如T=55攝氏度時(shí)。