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zoom RSS 高精度電圧デバイダーの検討

<<   作成日時 : 2018/12/09 18:20   >>

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実は、今まで、デジタルマルチメータの確認用に抵抗分圧型のデバイダを使ってきました。これは、測定後に、Excelで、負荷効果等の補正が必要でした。
抵抗も選別して使っていましたが、0.01%の誤差を値付けするのが精いっぱいです。そこで、PICマイコンを使って、PWM方式のDAコンバータにするべく検討を始めました。
電圧リファレンスは、TIのREF5010とREF2041にしました。バッファアンプ付きなので、そのまま電流が取り出せます。
最初にDAコンバータは2種類を作ります。最大10Vの方は、CD4000シリーズのCMOSを使うのですが、5Vから10Vへのレベル変換に、2N7002を使ってみたのですが、立ち上がりが遅いので、0.5V以下で目標精度(0.1%以下)がぎりぎりになりそうです。そこで、最大4.096VのDAコンバータを追加しました。0.1Vまで、0.06%以下に収まりそうです。ここまで来ると、普通の測定器の誤差範囲を超えるので、実験結果の「確からしさ」も判断が難しくなります。
最終的には、PICの16F88を使って、PWMコントロールをするのですが、1/1000あるいは、1/1024の分解能が確認出来る程度のところまで、確認ができました。
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このDACを簡易チェックする為に、10進カウンタ(74HC390)を使って、います。結構これだけでも良さそうです。
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DAC部分の配線の共通インピーダンスに注意して試作してみると、直線性の実力では、基準電圧の10%以上のレンジでは、0.01%の読取り誤差範囲に入りそうです。
誤差の要因は、セイレンキーフィルターのタンタルコンデンサや、CMOSドライバのON抵抗、REF電圧の負荷効果、スイッチングタイミングの非対称性などがありますが、PWMの周期を100Hz以下にしたので、結構使い物になりそうです。

PWMの出力フィルターも、3次フィルターにしたので、リップルノイズも100マイクロV以下の収まっています。セイレンキーフィルターのDCゲインを、0dBにしたので、調整も、オフセットだけで済んでいます。

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