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自制作手持高精度六位半数字多用表(图文)

时间:2011-04-01  来源:38hot  作者:佚名
www.123485.com

设计原理:
    电源系统:

电池供电,首先经过有Q71构成的反接保护电路,之后分为两路,一路经HT7130稳压到3.0V供MCU,另一受Q72的控制作为外设的电源,它连接至两个由LT1372构成的Boost
升压器,分别升至15V(供欧姆电流源和OLED偏压)和5V(供模拟部分)
这里采用HT7130主要是考虑到其且具有极低的静态功耗,特别适合为待机的MCU供电。
DCDC变换器采用LT1372是因为其低成本,且该器件具有NFB功能,可以方便的构成Cuk 拓扑结构,组成负电压输出的开关调节器(新版要用到+-15V),虽然由于静态功耗较大,在小电流输出下效率较低,但总体上还是不错的。

MCU 系统: 
 

MCU 采用STM32F103R6T6 (其实101系列就行,但是市面上没有零售)靠内部的RC振荡器工作在20MHz的频率上(更快没实际意义,且更费电),后备电池使用0.22F的超级电容,(为了兼容性,又做了个100uF钽电容的焊盘)RTC晶振使用MC-306 6pF 32.768K,注意要接入200K的R66否则容易振坏。 
MCU使用5线SWD端口进行Flash烧写和调试。 
PA0构成软件电源开关,可以从待机模式唤醒MCU。 
OLED使用串行模式,4X3矩阵键盘,SD卡采用SPI模式。 
其他端口用来控制模拟板。 

输入选择:

先看电压-电阻部分
继电器K1选择将HI输入端子直接接入模拟开关或者进行分压。
继电器K2选择将欧姆电流源注入HI或者LOW。
上面的两个继电器都使用磁保持型的,避免长期通电发热导致热电势误差。
HS,LS,以及HI的输入通过R01-R06以及R17-R1A D17-D16 组成的保护电路被限制在+-2.0V,然后加上从 9串:11并的1.1M分压阵列99:1分压后的电压一起进入8选一模拟开关。
电流部分先经过500mA熔断器-全桥的保护电路,经过继电器选择接入100R 10R 或1R的分流电阻,其上的压降取出后也被送入模拟开关,U01A构成的跟随器将提升二极管桥中点的电位至电流输入端子电位,从而减小了他们的漏电流。
U01B为测量系统提供中点参考电位(也就是LOW端子的电位)。
这里需要提下的是分压电阻采用了50ppm的晶圆电阻构成阵列,下面PCB敷铜均温,从实际效果看还是非常不错的。
U01由于要求不高所以采用了低成本的MCP6002。
模拟开关原计划用MAX328的,但由于货源原因,用ADG508代替了。

程控放大:

这里采用了AD8629作为主放大器,该器件为低噪声斩波稳零放大器,U20A根据U27选择的反馈信号配置成X1或X10放大器,U20B是一个驱动驱动容性负载的缓冲器,用以驱动ADC。
同样的这里的分压电阻采用了3串:3并构成的9:1分压器,由于要求不高模拟开关采用了采用了高速CMOS的74HC4053

Ref and ADC:

U44是2.5V精密带隙基准,采用ADR421B他能稳定地驱动1uF的容性负载,最大3ppm/C的温度系数,1.5uV pp 0.1~10Hz 噪声
U43采用24Bit低噪声ΣΔ ADC LTC2440 可提供接近21Bits的有效位。
U41为低噪声LDO调节器LP2985,为模拟部分提供5V电源。

欧姆电流源: 
 
U31为低偏置电流精密运放AD706,其中U31A和Q31起到参考电压缩放-转移的作用,将2.5V的基准转换成比标准电阻(RJ31~RJ34)公共端低1V输入到U31B的正,模拟开关用于选择4个标准电阻(开尔文接法),Q32是PJFET受U31B控制保持标准电阻两端的电压为1V,Q33~Q35 与 D31 组成保护电路(Q34,Q35实际为高反压PNP管2N6520,Q33为低漏电流N-JFET PN1117A)。 

DZ1与R30构成降压电路使得U31B的输出能足够的正使Q32截止。 

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