Проблема с высотомером: неправильные показания.

Serge77>> Я плохо понял, давай на примере.
Serge77>> Допустим, летим на 1 км, при этом сигнал с датчика меняется (условно) с 4 до 3.5 В. Что нужно сделать?
Serge77>> Второй вариант: с 4 до 2 В. Что тут делать?
Сейчас покурю даташит, прикину. Засада в том, что я предполагал программную регулировку усиления с некоторой плавностью, а там только 1 или 20.
А.С.> 1. Воткнуть в схему LM431 и два резистора. Эти три детали (LM431 бывает в корпусе SOT-23) обеспечат сдвиг уровня, скажем, на 2 вольта ровно. Тогда можно будет переключиться на внутренний опорник и увеличить чувствительность вдвое (т.е. даже без шума и усреднения один квант будет вдвое меньше)
А.С.> 2. Этот сдвигатель уровня обеспечит (о чудо!) источник "настоящего" шума, случайного, с правильным спектром, что позволит ввести увеличение разрядности.

Сдвиг уровня не пойдет. при Р=27кПа (h=10000 м) выходное напряжение датчика 0,6В. Как шумогенератор - тоже сомнительно, ибо уровень и спектр зависят от температуры прилично.

Ckona> причиной нестабильных показаний В2

Они не являются нестабильными. Они абсолютно стабильны и предсказуемы. Это мне КАЗАЛОСЬ, что показания неправильные/нестабильные, пока я не понял, в чём дело.

Ckona> и различий между В1 и В2 является неконтролируемый (т.е."дешевый") источник шума,
Ckona> с помощью которого снимаются скачки квантования в 10-разрядном АЦП
Ckona> за счет усреднения по 64-м отсчетам.

Причина различий - в разном шуме в двух схемах. Но каждая из схем в комнатных условиях работает стабильно.

Ckona> При более грубых измерениях - в пределах значащих разрядов АЦП -
Ckona> обе схемы работают нормально и правильно.

Да.

А.С.>> 1. Воткнуть в схему LM431 и два резистора. Эти три детали (LM431 бывает в корпусе SOT-23)
Serge77> Этот корпус по величине как все, что там уже есть. Как-то некрасиво.

Ты его с чем-то спутал. SOT-23 -

Правда, в этом корпусе он довольно редок, но есть распространённая модификация в восьмивыводном, как твоя Tiny.

А.С.>> 2. Этот сдвигатель уровня обеспечит (о чудо!) источник "настоящего" шума, случайного
Serge77> Он такой шумный, что сам даст шум больше 0.1% от сигнала?

Нет, насчёт шума я ошибся, шум у него в микровольтовом диапазоне. Zener Diodes (обычные стабилитроны на 3-6 вольт) шумят заметно больше, а лавинные стабилитроны Д814 - больше 10 милливольт, чтобы это "победить", ставят параллельно им конденсаторы. Тебе нужен шум не 0,1% от сигнала, а примерно 1,5 LSB твоего АЦП. Это совпадает только в случае, если ты действительно летишь на 10 км.

kamenik>> Сделать вход АЦП дифференциальным, между датчиком и входом делитель (условие V in max<2.5В) Коэффициент усиления крутить программно.
Serge77> Я плохо понял, давай на примере.
Serge77> Допустим, летим на 1 км, при этом сигнал с датчика меняется (условно) с 4 до 3.5 В. Что нужно сделать?
Serge77> Второй вариант: с 4 до 2 В. Что тут делать?

Да, погорячился я на счет программного управления усилением. Не получается без внешнего усилителя никак. Но операционника сильно бояться не стоит - они сейчас есть маленькие в SOT-23 корпусе, места занимает как СМД резистор, денег стоит 15руб в рознице. На схеме номиналы для первого варианта задачи (h max=900 м). Для второго R1 и R4 должны быть по 3,3 кОм.

А.С.> Ты его с чем-то спутал. SOT-23 -
Наверное с TO-218 как минимум

А.С.> Ты его с чем-то спутал. SOT-23 -

Я думал, это 23 ноги ;^))

А.С.> Zener Diodes (обычные стабилитроны на 3-6 вольт) шумят заметно больше, а лавинные стабилитроны Д814 - больше 10 милливольт

О, это интересно. Как их использовать?

А.С.> Тебе нужен шум не 0,1% от сигнала, а примерно 1,5 LSB твоего АЦП

А почему 1.5 ? Разве не 1 или 2, т.е. кратное целому?

А.С.>> Zener Diodes (обычные стабилитроны на 3-6 вольт) шумят заметно больше, а лавинные стабилитроны Д814 - больше 10 милливольт
Д814 лавинные?!! Я что-то пропустил в этой жизни? Это какие-то сверхсекретные Д814? Если нет, то применение известных мне Д814 в суперсовременной аэрокосмической технике...

А.С.>> Тебе нужен шум не 0,1% от сигнала, а примерно 1,5 LSB твоего АЦП
Serge77> А почему 1.5 ? Разве не 1 или 2, т.е. кратное целому?

Вы же сами ссылались на АН от атмела, там все описано.

А.С.>> Ты его с чем-то спутал. SOT-23 -
Serge77> Я думал, это 23 ноги ;^))
А.С.>> Zener Diodes (обычные стабилитроны на 3-6 вольт) шумят заметно больше, а лавинные стабилитроны Д814 - больше 10 милливольт
Serge77> О, это интересно. Как их использовать?

Д814 использовать сложно - у него напряжение стабилизации от 8 вольт, и минимальный рабочий ток миллиампера три Можно использовать эммитерный переход КТ315 - он нормально работает в лавинном режиме при токе в несколько десятков микроампер, и при этом стабилизирует около 7 вольт. К сожалению, современные транзисторы "не любят" лавинный режим, и часто выходят из строя при работе в таком режиме, несмотря на ничтожные мощности и небольшие, в общем-то напряжения.

Итак, берёшь транзистор КТ315 и резистор 20-40 кОм. Соединяешь эммитер транзистора с плюсом "Кроны", а один вывод резистора - с минусом "Кроны". Базу транзистора соединяешь с другим выводом резистора и с этой точки снимаешь шумовой сигнал. Поскольку никто никогда не нормировал КТ315 по напряжению лавинного пробоя эммитерного перехода, нужно выбрать экземпляр с наименьшим напряжением стабилизации. Амплитуда шума пропорциональна корню квадратному из тока.

А.С.>> Тебе нужен шум не 0,1% от сигнала, а примерно 1,5 LSB твоего АЦП
Serge77> А почему 1.5 ? Разве не 1 или 2, т.е. кратное целому?

Ооо, кратный шум!!! это круто. А, если серьёзно, есть правильная теория на этот счёт, в ней утверждается, что оптимальное среднеквадратичное напряжение шума (а оно для "правильного" шума в три раза меньше пикового амплитудного или в шесть раз меньше размаха) равно 1,2 LSB для идеального АЦП и немножко растёт с ухудшением параметров реального АЦП, для многоразрядных АЦП (хотим 20 при разрядности АЦП 16) достигая десятка LSB. Всю теорию я забыл за давностью, но практические выводы более-менее помню...

kamenik> Д814 лавинные?!! Я что-то пропустил в этой жизни?

В учебной литературе СССР разные физ.процессы пробоя p-n переходов (условно - при обратных напряжениях ниже и выше 5 В)
называли разными терминами. Тот процесс, который развивается при напряжении более 5 в., называли лавинным.

Ckona> Давайте не уходить от основного вопроса -
Ckona> почему высотомер-2 дает нестабильные показания при переносе на 2 метра вверх-вниз ?

Я еще не смотрел цифирь, но судя по графикам, там проблема действительно что слишком большой шаг квантования.
Это происходит во первых потому что малая битовость АЦП, а во вторых потому что измеряемый диапазон намного меньше диапазона АЦП
С первым пытаемся бороться накладыванием случайной величины (шума) с последующей матобработкой.
Второе можно было-бы улучшить если-бы растянуть измеряемую величину.

Ckona> с переходом на второй:
Ckona> как сделать, чтобы 10 (100) экземпляров устройства работали стабильно и давали одинаковый характер показаний ?

Убрать неправильный шум и добавить правильный.
Я работаю над этим. Cегодня/завтра предложу заплатку к схеме - там все просто, но нужно внимательно посчитать.

Ckona> В учебной литературе СССР разные физ.процессы пробоя p-n переходов (условно - при обратных напряжениях ниже и выше 5 В)
Ckona> называли разными терминами. Тот процесс, который развивается при напряжении более 5 в., называли лавинным.

Да, наверное так и есть. Я почему-то подумал про защитные диоды типа R2M..

А.С.> Итак, берёшь транзистор КТ315

Он большой? Стандартный бочонок?

А.С.> Ооо, кратный шум!!! это круто

Я имел в виду чистый пилообразный сигнал, добавляемый к измеряемому. Разве тут нужно 1.5?

Serge77>> Допустим, летим на 1 км, при этом сигнал с датчика меняется (условно) с 4 до 3.5 В. Что нужно сделать?
Serge77>> Второй вариант: с 4 до 2 В. Что тут делать?
kamenik> Да, погорячился я на счет программного управления усилением. Не получается без внешнего усилителя никак. Но операционника сильно бояться не стоит

Бояться-то действительно не стоит, но надо делать калибровку, как я описал тут:
Проблема с высотомером: неправильные показания. [zyxman#27.04.09 13:06]

Для этого надо еще добавить в схему опорный источник и аналоговый коммутатор (чтобы периодически подключать вместо датчика опорный источник и по нему вычислять усиление операционника в данный момент), кстати так можно сделать еще и переключаемые пределы измерения.
По сложности схемы уже проще купить 16-битовый АЦП с встроенным программируемым усилителем и получить честные 16бит.

Если-же не делать калибровку аналоговой части, то получится очень точный термометр

zyxman> Бояться-то действительно не стоит, но надо делать калибровку, как я описал тут:
zyxman> Проблема с высотомером: неправильные показания. [zyxman#27.04.09 13:06]
zyxman> Для этого надо еще добавить в схему опорный источник и аналоговый коммутатор (чтобы периодически подключать вместо датчика опорный источник и по нему вычислять усиление операционника в данный момент), кстати так можно сделать еще и переключаемые пределы измерения.
zyxman> По сложности схемы уже проще купить 16-битовый АЦП с встроенным программируемым усилителем и получить честные 16бит.
zyxman> Если-же не делать калибровку аналоговой части, то получится очень точный термометр

Опять драматизируете. Не нужен там ни ИОН, ни коммутаторы, ничего из вышеописанного. И дрейф параметров не повлияет на точность, т.к. уже упоминалось, что для анализа нам не надо абсолютное значение давления, важно знать разность. Калибровка с усилителем ничем не отличается от калибровки без усилителя. Значение констант будет другим, и все.

А.С.>> Итак, берёшь транзистор КТ315
Serge77> Он большой? Стандартный бочонок?

О боже! (хватаясь за голову) неужели найден электронщик, который не видел КТ315?! Serge77, Вы счастливый человек! Наверное конденсаторы К50-6 Вам тоже не встречались? Завидую.

Забудьте про КТ315 как про страшный сон. Они тыщу лет как сняты с производства, славятся огромным разбросом характеристик и своей крайне низкой надежностью, бывает рвутся просто так, а бывает, что новый транзистор оказывается дохлым (бракованая партия?). Размером он как ATtiny/

PS Используйте нормальные компоненты, с нормальными параметрами, и которые можно купить, а не КТ315 и Д814, которые только на свалке есть и у меня. Не забывайте, что нужна повторяемость конструкции.

kamenik> О боже! (хватаясь за голову) неужели найден электронщик, который не видел КТ315?!

Нет, не найден. Я химик.

kamenik> Забудьте про КТ315 как про страшный сон.

Ну вот, спецы спорят, а я что же должен делать? Вы уж как-нибудь договоритесь.

Кстати, у нас принято на ты, если нет возражений.

Serge77> Нет, не найден. Я химик.
Собранная своими руками и работающая схема автоматически зачисляет тебя если не в электронщики, то хотя бы в начинающие радиолюбители Неумение держать паяльник правильной стороной тоже не аргумент - все так начинали..
Serge77> Кстати, у нас принято на ты, если нет возражений.
Возражений нет

kamenik> Собранная своими руками и работающая схема автоматически зачисляет тебя если не в электронщики, то хотя бы в начинающие радиолюбители Неумение держать паяльник правильной стороной тоже не аргумент - все так начинали..

Паяльник я как раз умею. Но марок транзисторов не знаю, хотя 30 лет назад паял приёмники аж на 2-3 транзисторах ;^))

kamenik>> О боже! (хватаясь за голову) неужели найден электронщик, который не видел КТ315?!
Serge77> Нет, не найден. Я химик.

Как я понимаю, большинство высокочастотных транзисторов имеют напряжение пробоя эмитерного перехода около 7 вольт.
А если вместо базы включать коллектор, то получается вообще 5.6 вольта.

Это у меня древние советские знания, новые транзисторы не пробовал.

Serge77> Нет, не найден. Я химик.
ОФФ:
Кстати в связи с этим скажи мне как художник художнику, что есть "Добавка ЛТИ" "ЛТИ" ? Знаю что сейчас ее не производят, и купить у меня в городе невозможно. Чем можно заменить из ныне производимых и доставаемых реактивов?

что есть "Добавка ЛТИ" - там написано: "динатриевая соль 4,4 - дитиобисбензолсульфокислоты"

Чем заменить - не знаю, это надо читать книжки про гальванику.

Ну, что это дитее соль бла-бла-бла, это я конечно прочел. Надо для качественной металлизации плат. Без нее получается рыхлый слой меди с наплывами, на которые не ложится нормально фоторезист. Думал, может чем попроще заменить можно. Где-то попадались сообщения про сахар и мочевину.

zyxman>> Бояться-то действительно не стоит, но надо делать калибровку, как я описал тут:
zyxman>> Проблема с высотомером: неправильные показания. [zyxman#27.04.09 13:06]
zyxman>> Для этого надо еще добавить в схему опорный источник и аналоговый коммутатор (чтобы периодически подключать вместо датчика опорный источник и по нему вычислять усиление операционника в данный момент), кстати так можно сделать еще и переключаемые пределы измерения.
zyxman>> По сложности схемы уже проще купить 16-битовый АЦП с встроенным программируемым усилителем и получить честные 16бит.
zyxman>> Если-же не делать калибровку аналоговой части, то получится очень точный термометр
kamenik> Опять драматизируете. Не нужен там ни ИОН, ни коммутаторы, ничего из вышеописанного. И дрейф параметров не повлияет на точность, т.к. уже упоминалось, что для анализа нам не надо абсолютное значение давления, важно знать разность. Калибровка с усилителем ничем не отличается от калибровки без усилителя. Значение констант будет другим, и все.

А вот тут я совсем не драматизирую. У операционника (даже очень хорошего) параметры зависят от температуры, а в твоем варианте еще и резисторы есть со своими ткс (кстати у нас есть существенные перегрузки и тензочуствительность может вылезать), плюс у нас и питание операционника не прецизионное, и в результате абсолютная шкала просто будет практически непредсказуемо плыть явно больше 10 бит LSB, даже в течение десятков секунд, то есть просто лежащий на земле прибор будет куда-то в мечтах лететь
В имеющейся схеме ничего не плывет, потому что в датчике прецизионный усилитель, а в АЦП внутренний калиброванный источник и АЦП постоянно самокалибруется, а кроме них никаких аналоговых элементов нет (кстати ты верно там раньше заметил что дорожки где проходит сигнал предельно короткие)

А.С.>> Итак, берёшь транзистор КТ315
Serge77> Он большой? Стандартный бочонок?

Эх, блин, дожили! Стандартный бочонок - это КТ3102, а у КТ315 корпус вот такой:


А.С.>> Ооо, кратный шум!!! это круто
Serge77> Я имел в виду чистый пилообразный сигнал, добавляемый к измеряемому. Разве тут нужно 1.5?

Понимаешь, теория насчёт пилообразного сигнала ничего не говорит. Мало того, по теории, если частота пилы и частота дискретизации кратны, как неизбежно будет при получении пилы на том же микропроцессоре, то это вообще работать не должно. Но, поскольку практика показывает, что - работает, амплитуду надо подбирать сугубо экспериментально.

Для того, чтобы аддитивный шум давал возможность изменения разрядности в лучшую сторону, интеграл этого шума должен убывать быстрее, чем t^-2, где t - время интегрирования шума. В переводе это означает, что и постоянная составляющая должна стремиться к нулю, и никаких нечётных полугармоник частоты интегрирования в спектре быть не должно... Нечётные полугармоники - это 3/2F, 5/2F и т.д.

Но точное значение амплитуды пилы НЕ ДОЛЖНО быть равно 1 LSB, лучше чуть больше или чуть меньше, иначе появляются низкочастотные артефакты. Ну, в общем, пробуй.