HomeMade

Witam!

To co pokazałeś z wpływem parametrów rozproszenia (bo zapewne także podobny wpływ wykazać mogą np. różne oporności lub impedancje wejściowe układów scalonych) nie napawa optymizmem.
Wydaje się, że w istniejącym układzie pomiarowym nie da się tego uwzlędnić w algorytmie i zapanowac nad tym "chaosem"
Jedynym teoretycznym wyjściem jest użycie voltomierza idealnego czyli takiego, który ma nieskończoną oporność a zarazem zerową pojemność i indukcyjność własną i nieograniczone pasmo. Ale takiego woltomierza już używałeś w symulatorze i na tej podstawie powstał pierwszy układ pomiarowy
Zastosowanie przekaźnika i jednego układu AD usunie błąd odniesienia ale przełączanie bez buforowania nie jest dobrym pomysłem, bo nie można dopuścić aby parametry wejścia układu AD dołączać i odłączać od gałezi pomiarowych. Trzeba na pewno zastosować separację w postaci co najmniej tranzystora polowego. Wzmacniacz AD8009 ma świetne parametry jako bufor ale może jest za drogi aby użyć go dla każdego kanału z osobna? Optymalne dla mnie byłoby zastosowanie separacji w każdym torze (jeden lub dwa tranzystory polowe w torze) i dołączanie układów AD8307 za separatorami. Trudno ocenić czy taka separacja wystarczy czy też konieczne jest również zastosowanie tylko jednego, przełączanego układu AD8307 (przy pomiarze względnym dla tego samego, choć nieznanego odniesienia, nie ma chyba potrzeby używania dostrajania wejścia za pomocą dodatkowej kalibracji). W tym wypadku oznacza to użycie przekaźników co zapewne spowoduje zmniejszenie prędkości a co za tym idzie i dokładności pomiarów oraz wzrost poziomu chałasu podczas pomiaru .
Może na początek mógłbyś "na pająka" zmontować pełne buforowanie jednego toru pomiarowego i sprawdzić po raz kolejny wpływ pojemności 5pF dołączonej za separatorem na wejściu AD? Przypuszczam, że pomiary będą znacznie bardziej powtarzalne. Wtedy dopiero można byłoby zdecydować o zastosowaniu przełączania lub nie. Może poziomy odniesienia dla każdego z torów da się ustalić podczas kalibracji za pomocą rezystora dopasowanego porównując wynik pomiaru z założeniami teoretycznymi?

Prawdopodobnie masz już nieco dość symulacji, programowania, przeglądania kodu ale zachęcam Cię do kontunuowania pracy bo pomysł jest genialny, osiągnięte już wyniki znaczące a pionier ma zawsze "pod górkę"
L.J.

Dziękuję Leszku za jak zwykle cenne uwagi!
Mam jednak wrażenie, że niektórymi niezbyt precyzyjnymi stwierdzeniami w moim poprzednim poście mogłem wprowadzić Cię w błąd, jeśli chodzi planowane rozwiązania w wersji 2.0 PCB dla U-VNA, dlatego sprostuję je poniżej, odnosząc się do tego, co napisałeś.

(07-12-2016 18:31)SP6FRE napisał(a): [ -> ]Zastosowanie przekaźnika i jednego układu AD usunie błąd odniesienia ale przełączanie bez buforowania nie jest dobrym pomysłem, bo nie można dopuścić aby parametry wejścia układu AD dołączać i odłączać od gałezi pomiarowych.

Oczywiście, że bez buforowania nie może się obejść!
Być może jednak napisałem to niezbyt jasno poprzednio.
Chodzi o to, że będziemy mieli do wyboru (czyli przewidziane miejsce na PCB) 3 rodzaje buforów/tłumików: zwykły rezystor, wtórnik na polowym i bufor na op-ampie.
Zawsze jednak będzie w użyciu (w sensie wlutowany) jeden z nich. Czyli nigdy nie podłączamy bezpośrednio sieci pomiarowej pod wejścia układów AD

(07-12-2016 18:31)SP6FRE napisał(a): [ -> ]Optymalne dla mnie byłoby zastosowanie separacji w każdym torze (jeden lub dwa tranzystory polowe w torze) i dołączanie układów AD8307 za separatorami.

Jeszcze uprościłem to podejście. Mamy jeden detektor (do wyboru: AD8307 albo AD8362) za nim separator na każdym wejściu (bo mamy wejście różnicowe), a dopiero potem odpowiedni zestaw przełączników, które te dwa wejścia podłącza do odpowiednich punktów sieci pomiarowej (włącznie z podłączeniem do drugiego portu BNC dla pomiaru transmitancji). Przy takim podejściu potrzebujemy tylko dwóch tranzystorów polowych, albo tylko dwóch op-ampów AD8009.

(07-12-2016 18:31)SP6FRE napisał(a): [ -> ]Trudno ocenić czy taka separacja wystarczy czy też konieczne jest również zastosowanie tylko jednego, przełączanego układu AD8307

Zastosowanie jednego detektora nie jest konieczne ze względu na separację, lecz jest konieczne za względu na to, że są to detektory logarytmiczne i każdy z nich ma nieco inny punkt "intercept", a ich dokładna sprzętowa kalibracja (wszystkich razem) byłaby niewykonalna.
Jeśli zastosujemy tylko jeden detektor, to zmiana (sprzętowa kalibracja) jego "intercept" wpływa jednocześnie (i proporcjonalnie) na wszystkie pomiary, więc można nad tym łatwiej zapanować.

(07-12-2016 18:31)SP6FRE napisał(a): [ -> ](przy pomiarze względnym dla tego samego, choć nieznanego odniesienia, nie ma chyba potrzeby używania dostrajania wejścia za pomocą dodatkowej kalibracji)

Niestety jest konieczna. Zauważ, że zależność między napięciem wejściowym na kości AD (czyli napięcie w sieci pomiarowej), a napięciem wyjściowym jest funkcją nieliniową (logarytmiczną), więc niezależnie od tego, że są to pomiary względne, musimy wiedzieć w którym miejscu tej nieliniowej charakterystyki kości AD jesteśmy, bo im jesteśmy wyżej tej charakterystyki, tym większa zmiana na wejściu odpowiada tej samej zmianie na wyjściu.
Mam nadzieję, że to jasno ująłem
Gdyby ta zależność była liniowa - wtedy faktycznie położenie na charakterystyce nie ma znaczenia (a liczy się tylko nachylenie prostej charakterystyki).

(07-12-2016 18:31)SP6FRE napisał(a): [ -> ]W tym wypadku oznacza to użycie przekaźników co zapewne spowoduje zmniejszenie prędkości a co za tym idzie i dokładności pomiarów oraz wzrost poziomu chałasu podczas pomiaru .

Eeeee no bez przesady Już tutaj w tym wątku był poruszany temat przekaźników i jasne jest, że to bardzo kiepski pomysł
Ja planuję zastosować przełączniki elektroniczne, a nie mechaniczne, czyli odpowiedni układ scalony, który realizuje przekaźnik SPDT o odpowiednio niskiej rezystancji włączenia i małych pojemnościach pasożytniczych wejść.
Taki przełącznik ma pasmo rzędu kilkuset MHz i szybkość włączania na poziomie kilku ns, czyli mniej niż pewnie trwa obecnie przełączenie się z jednego do drugiego portu ADC w mikrokontrolerze Zatem wydaje mi się, że nie powinno być żadnego zmniejszenia prędkości pomiarów, że o hałasie już nie wspomnę

(07-12-2016 18:31)SP6FRE napisał(a): [ -> ]Może poziomy odniesienia dla każdego z torów da się ustalić podczas kalibracji za pomocą rezystora dopasowanego porównując wynik pomiaru z założeniami teoretycznymi?

Tak właśnie planuję przeprowadzić kalibrację sprzętową układu AD. Czyli zapinam 50R na port i kręcę potkiem przy pinie INT kości AD, aż do uzyskania możliwie płaskiej charakterystyki na poziomie 50R na wykresie. Dopiero później kalibracja numeryczna.

(07-12-2016 18:31)SP6FRE napisał(a): [ -> ]Prawdopodobnie masz już nieco dość symulacji, programowania, przeglądania kodu ale zachęcam Cię do kontunuowania pracy bo pomysł jest genialny, osiągnięte już wyniki znaczące a pionier ma zawsze "pod górkę"

Dziękuję Leszku za słowa zachęty - są dla mnie bardzo cenne, bo już nie raz wątpiłem czy to, co robię w temacie U-VNA, ma sens.
Włożyłem już jednak zbyt dużo pracy w ten projekt (szczególnie w oprogramowanie), aby się wycofać i go zostawić w pół drogi rozgrzebanego i bez wniosków końcowych.
Muszę złożyć wersję 2.0, aby się przekonać, czy to będzie działać, czy nie.
I wtedy widzę 3 możliwości:

1. Nie działa - zostawiam temat i zapominam o nim;
2. Działa - pora wykonać docelową PCB (już bez zbędnych układów dodatkowych, które teraz będą na prototypie 2.0)
3. Nie działa, ale wiem dlaczego (tak jak było z wersją 1.0) - wtedy pora wykonać wersję 3.0 i poprawić to, co jest źle

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

No to płytka PCB dla U-VNA w wersji 2.0 została zamówiona
Pewnie jakoś z Nowym Rokiem do mnie dojedzie.
Do tego czasu szlifuję oprogramowanie - głównie dla uC, bo teraz tam będzie sterowanie przełącznikami, a pomiar tylko na jednym porcie ADC.
Już się nie mogę doczekać pierwszych eksperymentów z wersją 2.0

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

Jak się pewnie domyślacie (albo i nie), po Nowym Roku dotarła do mnie płytka U-VNA 2.0. Od razu z wielkim entuzjazmem przystąpiłem do składania tego "ustrojstwa".
Nie lubię zostawiać rzeczy niedokończonych, więc zamieszczam tu mały "raport" dla wszystkich, którzy do tej pory byli zainteresowani tym projektem.

Po drodze (jak to zwykle bywa) musiałem pokonać parę poważnych problemów (najbardziej upierdliwy był problem z pierwszą złożoną płytką - do teraz nie wiem, co z nią było nie tak - na której "spaliłem" trzy mikrokontrolery - to "spalenie" polegało na tym, że fusebity były przestawione tak, że uniemożliwiały dalsze programowanie mikrokontrolera... ostatecznie dałem spokój i złożyłem nową płytkę, na której procesor ruszył od razu i mogłem eksperymentować dalej), ale jakoś się udało.

Po wielu (bardzo wielu!) eksperymentach i porównaniach osiągniętych wyników, doszedłem do wniosku, że jednak najbardziej "jakość" i "sprawność" każdego miernika VNA oddaje wykres Smith'a. Dlatego ostatecznie na nim się skupiłem i on był wyznacznikiem osiągniętego poziomu dokładności. Jedno krótkie spojrzenie na wykres Smith'a może zastąpić długą analizę oddzielnych, tradycyjnych wykresów R, X, Z, Gammy i czego tam jeszcze.

Przy pomocy detektora w postaci AD8307 nie udało mi się uzyskać lepszych rezultatów, niż te prezentowane poniżej. Próbowałem też detektora AD8362 (również logarytmiczny, ale mierzący TrueRMS), lecz efekty byłby gorsze.

Po obserwacjach tłumaczę to tym, że jakiekolwiek zawahania w amplitudzie napięć w sieci pomiarowej 5-ciu napięć, odbijają się znacznie mocniejszymi wahaniami amplitudy zespolonej Gammy (która jest tutaj kluczem!) ze względu na ich logarytmiczną/wykładniczą zależność. To powoduje, że pomiary stają się po prostu zbyt mało dokładne, aby na bazie AD8307 mogły być praktyczne, mimo że dynamika takich pomiarów pokazywała ponad 55dB...

Efekty pomiarów elementów kalibracji numerycznej są jeszcze całkiem dobre:
1. 50R użyty w kalibracji

[attachment=12224]

2. Port otwarty

[attachment=12228]

3. Port zwarty

[attachment=12229]

Ale już elementy dowolne nie są najlepsze:

4. Kondensator 270pF

[attachment=12226]

5. Cewka powietrzna ~500nH

[attachment=12227]

6. Rezystor 220R

[attachment=12225]

7. Rezystor 22R

[attachment=12223]

Nie widzę za bardzo sensu dalszej pracy nad tym zagadnieniem - no chyba, że ktoś zaproponuje jeszcze jakieś eksperymenty...

Nie żałuję jednak sporej pracy włożonej w ten projekt, bo nauczył mnie on wielu rzeczy
Po pierwsze - nie boję się lutowania SMD! Takie rezystory 0805 to jest pikuś! skoro nawet rozkład nóżek takiego AD8362 (wszystkie DDSy chyba mają podobny) lutuję już bez użycia dodatkowej kalafonii (tylko ta, co jest w 0,5mm druciku cyny) i wychodzi bez poprawek - zatem zalanie wszystkiego cyną i użycie minifali z topnikiem nie jest konieczne
I pomyśleć, że kiedyś lutowanie układu AD8307 było dla mnie stresem - a teraz to pełen komfort, bo przecież odległości między nóżkami ma on OGROMNE, w porównaniu z innymi...

Po drugie - już wiem, jakie "śmieci" potrafią wygenerować wszelkie przełączniki na liniach przesyłowych - ostro z tym walczyłem, ale udało się pokonać "sposobem"

Po trzecie - stworzone oprogramowanie do przeliczania danych z VNA (i prezentacji) może posłużyć w przyszłych projektach, w których już "przeproszę się" z tradycyjnymi sprzęgaczami
Ale tak sobie jeszcze myślę, aby spróbować tej 5-woltowej sieci pomiarowej, ale na jakichś diodach jednak...

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

Witam!
Faktycznie, wykres Smith-a bezwzględnie obnaża wszystkie wady użytej metody pomiarowej. I jakkolwiek atrakcyjne wydawało się użycie transformacji logarytmicznej do obliczeń to jednocześnie ta sama transformacja wydaje się być "winna" niepowodzeniu. Pomimo atrakcyjnie wyglądającemu algorytmowi "pięciu napięć" nie jest chyba możliwe uwzględnienie wszystkich zmiennych (pożądanych ale też i pasożytniczych) występujących w rzeczywistym układzie pomiarowym. Nie jest to wprawdzie "efekt motyla" ale prawdopodobnie małe różnice na wejściu układu pomiarowego skutkują dużymi zmianami przez działania silnych funkcji typu logarytm i potęgowanie. Potwierdzają to wykresy dla których przypadki "czyste" jak zwarcie, rozwarcie i dopasowanie nie są obarczone zbyt dużym błędem to już wartości pośrednie przy pomiarze czystych reaktancji dyskwalifikują metodę. A szkoda, bo szukamy wciaż sposobu na określenie znaku części urojonej mierzonej impedancji a ten wydawał się być niezawodny.
Przy okazji, jeśli jeszcze nie rozebrałeś układu, może pokażesz wykres dla typowego układu rezonansowego LC z rezonansem gdzieś w zakresie 5-20MHz?
Przy pokazanych wykresach Smith-a zabrakło mi informacji o częstotliwości pomiarowej (start, stop), w przyszłości musisz również pomyśleć o jakimś sposobie przesuwania po wykresie kursora aby móc odczytać wartości w punktach pośrednich.
Mimo wad metody, którą stosowałeś przez ostatnie miesiące, to wiedza jaką zdobyłeś na pewno wróci w jakimś kolejnym projekcie z pożytkiem dla Ciebie i innych ale trochę żal, że się tym razem nie udało :-(
Na razie więc, do określenia znaku impedancji, zostaje metoda odstrojenia częstotliwości pomiarowej i badanie kierunku zmian lub metoda z wprowadzeniem przesunięcia fazowego. Wydaje się, że metoda "5 punktowego pomiaru napięcia" za pomocą diod będzie obarczona błędami metody 3 punktowej co sam ćwiczyłem w wątku: przystawka do Tiny DDS
A więc trzeba będzie dobierać diody, i to 5 a nie tylko 3, po drugie takie pomiary działają w miarę dobrze jeśli napięcie pomiarowe jest stałe w pełnym zakresie częstotliwości. Inaczej zaczynamy działać przy różnych częstotliwościach na różnych odcinkach charakterystyki diod i pomiary zaczynają się rozjeżdżać. Ja stosowałem różne normalizacje, które nieco łagodzą problem ale jak dobrze dopasujesz algorytm dla jednostkowego przypadku to kolejny egzemplarz miernika nie zachowuje się już tak grzecznie. Widać wpływ zmian termicznych na wyniki pomiarów i to tylko podstawowe problemy na jakie napotkasz. Oczywiście, dynamika takich pomiarów nie jest za wielka i o ile pomiary w zakresie niewielkich różnic impedancji od 50 omów są do przyjęcia to dla większych różnic wyniki stają się mało wiarygodne ze względu na pracę diod w różnych punktach charakterystyki - głównie chodzi o dolny zakres, małych prądów a to kolejny front walki o poprawność pomiarową.
Ponieważ mam ten etap za sobą (metoda pomiaru napięcia) i z ulgą przyjąłem jako istotnie lepszy system pomiarowy z użyciem sprzęgacza to ostrzegam przed spodziewanymi problemami. Może osiągniesz dobrą metodę określenia znaku ale mało dokładną metodę pomiaru wartości impedancji. Ja wolę "męczyć" się ze znakiem niż z małą dokładnością i dyspersją parametrów układu pomiarowego od egzemplarza do egzemplarza.
L.J.

(30-01-2017 10:49)SP6FRE napisał(a): [ -> ]Przy okazji, jeśli jeszcze nie rozebrałeś układu, może pokażesz wykres dla typowego układu rezonansowego LC z rezonansem gdzieś w zakresie 5-20MHz?

Bardzo proszę - wykres Smith'a dla cewki ~1uH i kondensatora 270pF połączonych równolegle. Rezonans wypada w okolicach 10MHz i na wykresie jest to miejsce przecięcia się z poziomą osią wykresu. Wypada ono dla bardzo wysokiej impedancji, co potwierdza, że mamy do czynienia z równoległym, a nie szeregowym obwodem LC.

[attachment=12236]

Jak więc widać, obliczenia są dobre i oprogramowanie sprawuje się bez zastrzeżeń - tyle, że nawet lekkie zawahania amplitudy w sieci pomiarowej potraktowane funkcją potęgującą, dają w efekcie już tak "rozbiegany" wykres, że odczytanie konkretnych wartości (nawet z wykresu Smith'a, a co dopiero z tradycyjnego wykresu liniowego) staje się praktycznie niemożliwe... a szkoda.

(30-01-2017 10:49)SP6FRE napisał(a): [ -> ]Przy pokazanych wykresach Smith-a zabrakło mi informacji o częstotliwości pomiarowej (start, stop)

Faktycznie - nie napisałem o tym, ale trzymałem się wcześniej ustalonego zakresu, a więc wszystkie wykresy są przemiataniem od 500kHz do 50MHz.

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

(30-01-2017 10:49)SP6FRE napisał(a): [ -> ][...]
Ponieważ mam ten etap za sobą (metoda pomiaru napięcia) i z ulgą przyjąłem jako istotnie lepszy system pomiarowy z użyciem sprzęgacza
[...]

Ja też - kiedy tylko zobaczyłem wykresy z klasycznego VNA na sprzęgaczu, pomyślałem - tego mi brakowało
http://sp-hm.pl/thread-2927.html

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO