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yitiandelan/ZLCR

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概述

基于简单硬件和 DLIA 算法实现 LCR 表,主要特点是:

  • 电路结构简单,超低成本;
  • 激励信号幅度:0.25 Vrms;
  • 激励信号频率:[1e0, 1e5] Hz,步进:0.01 Hz;
  • 待测阻抗范围:[1e-3, 1e7] Ohm;

核心类似 SDR 中的数字下变频(数字正交解调)算法,准确的定义是 DLIA(Digital Lock-in amplifier,数字锁定放大器);使用数字信号处理算法代替部分硬件电路,降低硬件复杂程度。

与主流方案的区别:

  • PSD 电路,测量范围更大,当信号转换到数字域后,就无需再考虑噪声和失调;
  • FFT、LMS算法,分辨率更高,调整滤波器带宽,可以获得更好信噪比;

测试截图:

硬件相关

板载调试器为 J-Link OB-STM32F072-CortexM / CMSIS-DAP 兼容设计,DFU 自举;

软件相关

扩展部分

运放构成的自平衡电桥不适合工作在 100 kHz 以上频率,设计了数字平衡电桥结构,由两个 DDS 产生激励,检测不平衡电压/电流,控制激励信号幅度/相位,使桥路趋近平衡(减小误差);同时采样 V(DUT) & I(DUT),计算复阻抗;通过欠采样解决 ADC 采样率不够和计算量增大的问题,解决方案是欠采样(中频采样),设计了简单的采样保持器 (暂未验证);设计通过 PWM(AF OD 模式)调整 I(FSADJSET) AD9834 输出幅度,通过抖动实现 16 bit 相位控制;

最后,发个还未验证的版本:ZLCR Plus Schematic

参考

  1. Keysight Technologies Impedance Measurement Handbook
  2. 抛砖引玉 基于DSP的LCR表试制 供大家参考
  3. 奈奎斯特准则对数据采样系统设计有何意义
  4. 使用同步检测进行精密低电平测量
  5. 基于DLIA的交流阻抗谱测量系统关键技术研究