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高分辨率电压测量系统

ltc2400电压测量系统
简介
我们提供了一种高分辨率电压测量系统的解决方案,具有比市面上的3位半万用表更高的精度,可以测量到0.0001V。该系统采用了ICL7135作为高位万用表使用的专用IC,并使用LTC2400作为24位ADC,比ICL7135性能更好。为了提高系统的稳定性,我们使用LM399作为恒温基准,并设计了一个方案来适配LM399的高稳定电压。此外,我们还增加了DAC部分,使用两个12位的DAC联合输出24位,以满足LTC2400的性能要求。整个电路图相对复杂,但精确度达到了0.0001V。
正文
我们提供了一个高分辨率电压测量系统的解决方案。该系统具有比市面上的3位半万用表更高的精度,可以测量到0.0001V,非常适合用于DIY高精度电源。

我们选择了ICL7135作为高位万用表使用的专用IC,并制作了几块板进行测试。经过大量实验选择了一种可以达到9999电容的积分电容,但由于其体积较大,不方便做成表头形式。后来,我们偶然发现了一片性能超过ICL7135的高位ADC,名为LTC2400。LTC2400是一款24位ADC,使用5V供电,输入电压范围为-0.3V至5V,采用串行数据流,比并行ADC更节省走线。我们制作了一个实验板,效果非常好,完全超过了ICL7135。

为了提高系统的稳定性,我们考虑到AD586的温漂问题,决定使用更高精度的恒温基准LM399来为电路提供基准电压。LM399的输出电压为7V,高于LTC2400的5V。为了适配LM399的高稳定电压,我们设计了一个方案:使用电阻将LM399的电压降到5V,然后使用模拟开关将LM399的电压和待测电压进行切换。通过测量LM399的电压和待测电压的比值,可以得到准确的输入电压。这样的设计还可以方便地将量程扩展到10V。在每个测量周期中,LTC2400分别测量0V、7V和待测电压,然后根据0V的误差和基准电压计算出当前系统中的误差和电阻的比值,再用这两个值计算出输入电压。LTC2400的测量速度约为6次/秒,因此一个比较周期不需要1秒就可以完成。

在添加了LM399作为基准后,经过一段时间的测试,发现测量的电压值比原来的AD586更准确。为了进一步提高系统的性能,我们决定在基础上增加DAC部分。由于LTC2400是一个24位的ADC,需要使用18位以上的DAC才能满足其性能要求。考虑到18位的DAC价格较高,我们决定使用两个12位的DAC联合输出24位。为了消除升压电路的误差,我们使用主DAC产生一个电压,然后测量后使用副DAC进行微调。此外,为了解决单片机对模拟电路的干扰问题,我们决定使用光耦进行数模隔离。

整个电路图相对复杂,流程如下:设置10.00000V指定主DAC输出4V,经过放大后达到10V,然后ADC测量基准电压、接地电压和DAC输出后放大的电压。将DAC输出后放大的电压与10.00000V进行比较,得出一个电压差,命令副DAC输出相应的电压进行纠正,逐步逼近设定电压。在测试中,我们使用电脑的232接口控制单片机,使系统分别输出0-11V,并使用6位半万用表进行测量。精确度达到了0.0001V,尽管由于线性度的关系,目前还无法精确到0.00001V。

这就是我们提供的高分辨率电压测量系统的解决方案。
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