|
1、主控CPU 主控CPU使用的32位ARM-M0处理器，负责驱动TFT-LCD，同时使用2路12-bit ADC 对触摸屏进行采样并转换坐标，键盘扫描也直接由主控负责。CPU内部另外1路12-bit ADC负责对电池电量检测，负责电池充电管理。CPU的PWM负责调节LCD背光。  图1 数字电桥原理解析篇 这款ARM-M0 处理器有USB2.0接口，我们用来跟PC上位机建立通讯，在CPU内部有两套程序工作，一套为Applent Boot Loader（简称ABoot） 程序负责主程序引导，仪器上电，ABoot首先执行，如果没有检测到主程序或是接收到主程序更新指令，AT826白屏会进入更新程序阶段，此时通过启动计算机上的Applent ATOSv2Bootloader 程序来更新主程序。第二套程序就是主程序。 2、CPLD 依赖于CPLD的高速度（5ns），所有的逻辑电路、控制电路都是由CPLD处理，使用并行总线与CPU通信。 正弦波发生器、0°/90°鉴相电路、AD之前都是由CPLD负责。 3、阻抗原理 数字电桥的目的就是获得阻抗值Zx，再通过理论公式得到L、C、或是R。
图2 数字电桥原理解析篇 AT826信号源施加到被测值Zx（L/C/R）上。对于阻抗测量，欧姆定律仍然适用。 图上半部分两个运放获得电压信号VuH和VuL，进入后续仪表运放差分得到： Vu=VuH - VuL 下半部分两个运放用来获得电流信号，电流信号通过量程电阻被转换为电压信号，用于鉴相PD和AD转换： Vi = ViH - ViL Ix = Vi/Rs 最后， Zx = Vu/Ix= (Vu*Rs)/Vi AT826 鉴相器PD和积分型AD转换器 顾名思义，鉴相器用来检出阻抗的相位。 为了得到阻抗的实部R和虚部X，需要对电压信号Vu和电流信号Vi进行鉴相。鉴相器分别对Vu的0°和90°进行鉴相，并进入后续积分电路进行AD转换得到Vu的两个分量R1和X1： Vu = R1+jX1 之后鉴相器又分别对Vi的0°和90°进行鉴相，并进入后续积分电路进行AD转换得到Vi的两个分量R2和X2： Vi= R2+jX2 至此，在CPLD的协助下，主控CPU得到Vu和Vi的4个关键分量R1，X1，R2和X2，剩下的工作都由CPU来完成来得到Zx的实部R和虚部X。 AT826如果将Vu，Vi的值计算出实际测量结果？
图3 数字电桥原理解析篇 为了获得实际测量结果，仪器会根据2套数学模型进行计算，串联和并联电路： 纯电阻就是阻抗的实部R 电容的容抗 Xc = 1/（2pi*fC） 电感的感抗XL= 2pi*fL 因此我们可以得到： 串联时的电容 Cs = 1/（2pi*fX） 并联时的电容 Cp = B / (2*pi*f) 关于品质因数Q Q代表电抗纯度，及纯电抗程度，在没有电阻R的接近程度。电抗X代表存储能量，电阻R为损耗能量，因此Q = 存储能量/损耗能量 = X/R = B/G 三角函数可以看出： Q = X/R = B/G = tanθ 由此可以计算出 θ= arctan（X/R） Q一般用于电感器，X越大，Q值越大，其感抗越纯，品质越好，所有也叫做品质因数。 但电容器用耗损因数，通常叫做损耗D，而不用Q值表示其品质。 D= 1/Q = tanδ = R/X 其容抗越大，损耗越小。 ESR 串联等效电阻Equivalent Series Resistance 顾名思义：就是在串联等效电路下的电阻，就是阻抗的实部R。 ESR是电解电容器的重要参数，是一个储能元件自身的能量损耗。这个ESR在高频上表现的很突出，我们使用的计算机主板为什么选用固定电容器，非常重要的考量是其ESR非常小，在主板的高频下其自身发热量就非常小。早前没有固态电容时普通的铝电解电容器经常有爆裂的情况发生，就是因为其ESR过大，自身发热造成电容爆浆。 因此电解电容器厂家都必须在高频下测量ESR，国家标准是在100kHz下进行测量，低频测量没有意义。 EPR 并联等效电阻 尽管AT826是可以测量并联等效电阻（即并联下的R值）。 4、AT826 设计考量 作为电池供电的LCR仪器，需要比台式仪器考虑更多，性能、电池电量、成本都要求考虑到。我们研发此仪器经过2年的研发周期，以便再找到最佳平衡点。
图4 数字电桥原理解析篇 手持仪器的使用群体是一般用户维修和检验的需要，而不是用于实验室和高要求的场合，这种场合实际上0.2%的准确度无法适应。 5、关于Q值的问题 之前有朋友一直对品质因数Q有误解，通过上述分析，我们知道Q=1/D对于电容器来评价Q值很不合理，电容的损耗D通常不大，CBB电容1kHz时通常在0.0010以下，低频则更小一些，假定一个电容的损耗在0.0005，由于仪器的分辨率限制，其显示的0.0005实际会在0.00045~0.00054四舍五入的结果，如果使用Q来评估的话，Q值会一直在2222~1851间跳动。更小的值Q值更大，跳动也会激烈一些。 因为AT826只能显示5位，小数位倒数4位，倒数时Q值反映的是D的小数点第4位以后的情况，这个超出了仪器的测量能力，我们不对超范围的测量要求提供保障。我们的技术指标规定了0.2%的准确度，即D绝对值与实际值的绝对偏差在 -0.0020~+0.0020之间都认定为合格。 6 、关于θ角的问题 有人提出仪器测量电容的θ角超过了-90°。是的，理论上电容器的θ角永远是无限接近-90°，但任何仪器都不能能完全契合，一个采样低功耗低成本的手持仪器则更难实现。 仪器的开路和短路校准、软件校正会或多或少引入误差，我们无法保证其完全准确，但首先必须能够达到技术指标。有人测量出某种电容的实际值为-89.99，而AT826测出θ = -90.01，计算一下这个值与实际值的相对偏差，我们来计算一下这个百分比偏差：(90.01-89.99)/89.99*100 = 0.02% 我是迅维网的编辑：hcrt，负责“网络”“手机”“工具”“发现”“口碑”“观点”栏目的编辑工作，开启投稿与下载分互换模式。多多投稿与支持! 联系方式：QQ1669528969 邮箱：1669528969@qq.com |
/1 
