Tryb drzewa | Tryb normalny

SP6FRE · 27-10-2016 11:37

Witam!
Gratulując już osiągniętych wyników, czekam na dalszy rozwój sytuacji. Mam nadzieję, że szybko dasz sobie radę z błędami oprogramowania i co najmniej alkgorytm (np. znaki impedancji) będzie działał prawidłowo.
W przypadku dyspersji pomiarów jaką obserwujesz to jestem jednak pesymistą. Mam podobne obserwacje z mojej praktyki i wydaje się, że źródłem wahań są układy AD i ich "naturalna" nieliniowość działania. O ile sygnały na wejściu układów są z reguły dość stabilne to na wyjściu widać fluktuacje w pomiarze i na pewno nie jest to wina przetwornika A/D procesora.
Proponuję uśrednianie wyniku z trzech lub nawet pięciu próbek. Sprawdź również czy stała czasowa wejścia pomiaru A/D nie jest zbyt duża w stosunku do częstotliwości próbkowania -> można na próbę wprowadzić opóźnienie kilku ms między zmianą czestotliwości a kolejnym pomiarem. Przynajmniej pozbędziesz się wątpliwości z tej strony.
Co do wartości oporników szeregowych w torze pomiaru A/D zgadzam się, należy je zmniejszyć istotnie.
Trzymam kciuki za kolejne próby ;-)
L.J.

P.s. Wykres Impedancja/Rezystancja/Reaktancja wykazuje jakiś brak w algorytmie obliczeń bo jak rozumiem rezystancja to średnio 35 omów a reaktancja spada z 250 do ok. 50 omów z czestotliwością co powinno powodować podobną zmianę impedancji -> od ok. 250 omów do ok. 71 omów

SP3GO · 28-10-2016 14:55

(27-10-2016 11:37)SP6FRE napisał(a): Gratulując już osiągniętych wyników, czekam na dalszy rozwój sytuacji. Mam nadzieję, że szybko dasz sobie radę z błędami oprogramowania i co najmniej alkgorytm (np. znaki impedancji) będzie działał prawidłowo.

Dziękuję Leszku za wsparcie! Nawet te parę słów pomaga często w nierównej walce, kiedy po prostu wiedzy mi brakuje Wink

Gdyby Ci przyszła ochota na złożenie U-VNA w wersji 1.0, to mam dla Ciebie darmową PCB - podeślij tylko adres na priv.

Ostatnie dni (a właściwie noce Wink

spędziłem na analizowaniu i usuwaniu błędów w projekcie. Namierzyłem ich w sumie kilka - częściowo sprzętowych, częściowo programowych. Może nie będę ich tutaj wszystkich opisywał, bo niektóre wstydliwe Wink

, wynikające z braku wiedzy, która dzięki temu projektowi właśnie do głowy wpłynęła - i o to chodziło! Smile

Ogólnie całość doprowadzona do stanu, w którym można mierzyć i przedstawiać wyniki, ale o ich interpretację pokuszę się tylko w minimalnym stopniu, bo nie mam punktu odniesienia w postaci fabrycznego, profesjonalnego VNA, do którego mógłbym porównać to, co mierzę. A że to, co mierzę może się różnie zachowywać dla wielkich częstotliwości, to chyba oczywiste i wiadomo, że trudno tutaj zgadywać, a teoria często daleka od rzeczywistości.

Generalnie U-VNA DZIAŁA i potwierdza, że metodologia jest prawidłowa.
Zostawiłem nawet 100k-omowe tłumiki na gałęziach sieci pomiarowej.

Poniżej zamieszczam pomiary U-VNA. Wszystkie wykonane przy przemiataniu 2-50MHz (chyba, że zaznaczyłem inaczej - dla jednego przypadku "powiększenia").
Uwaga na skale! Z i R mają skalę po lewej, X ma skalę po prawej.

1. Port pomiarowy otwarty
Widać, że wraz ze wzrostem częstotliwości maleje impedancja/reaktancja, co jest pewnie spowodowane pojemnością złącza wyjściowego.

2. Port pomiarowy zwarty

3. Pomiar terminatora 50R (taki tani BNC za klika zł)

4. Pomiar kondensatora 270pF

5. Pomiar kondensatora 100pF

6. Pomiar cewki ~2,6uH - kilkanaście zwojów na żółtym rdzeniu toroidalnym Amidon
Ten wielki pik w okolicach 35MHz interpretuję jako rezonans własny tej cewki wywołany pojemnością uzwojeń.

7. Powiększenie poprzedniego wykresu dla niższych częstotliwości, aby było widać, że początkowo reaktancja rośnie (tak, jak powinno być dla cewek), po czym przewagę już ma reaktancja pojemnościowa uzwojeń.

8. Pomiar cewki powietrznej ~0,5uH - kilka ciasnych zwojów o średnicy 7-8mm

9. Pomiar rezystora 220R - węglowy przewlekany

Jeśli ktoś zauważa jakieś błędy na wykresach, które sugerowałyby, że coś nie tak z miernikiem, albo jego oprogramowaniem - proszę o komentarze.

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

SP6FRE · 29-10-2016 10:27

Widzę, że rozwiązanie zaczyna przynosic efekty :-)
Na początek proszę o wyjaśnienie "gładkości" wykresów, czy to wychodzi z pomiarów w naturalny sposób czy też oprogramowanie wykresów korzysta z zaawansowanych metod wygładzania krzywych?.
W każdym razie wyniki są zbliżone do oczekiwanych, zachowany jest charakter zmian impedancji a skala pomiaru w zakresie wartości pomiarowych jest naprawdę imponująca.
Niemniej, w kontekście impedancji charakterystycznej (50 omów) zachodzi pytanie czy istotna jest wiedza o tym, że część urojona impedancji ma wartość 3000 czy 4000 omów? Zapewne nie.
Niestety, wykres jaki opisujesz jako rezonans własny cewki dla części urojonej jest nieprawidłowy choć kształt ma właściwy gdyby to był wykres skalarny, Jak dobrze rozumiem wykres powienien pokazywać znak części urojonej więc dla rezonansu powinna ona mieć wartość 0. Dla częstotliwości niższych charakterystyka powinna leżeć ponad linią 0 a dla wyższych poniżej lub odwrotnie, w zależności od przyjętej konwencji. Pewnie da się to szybko usunąć odwracając jedną z części wykresu przed lub po rezonansie i przesuwając punkt 0 na wykresie.
Bardziej niepokojące są zmiany dotyczące pomiarów składnika rzeczywistego co na kilku wykresach wskazuje, że tu coś istotnie nie gra i prawdopodobnie trzeba w tym miejscu popracować nad algorytmem. W szczególności pomiar oporności dopasowanej 50 omów wskazuje, że algorytm działa ogólnie dobrze ale z dokładnością nie do zaakceptowania. Mało prawdopodobne jest aby impedancja opornika dopasowanego BNC zmieniała się w zakresie 5-25MHz tak jak na wykresie o ponad 20 omów a część rzeczywista o co najmniej 10 omów nawet jak jest on kiepskiej jakości. W klasycznym mierniku zwykły opornik 50 omów z nóżkami 1cm zachowuje się "porządnie" w pokazanym zakresie częstotliwości i trzyma się impedancji 50 omów z podziwu godnym uporem i dopiero częstotliwości powyżej 100M zaczynają "psuć" jego charakterystykę - głównie przez indukcyjności. Z faktu, że impedancja spada wynika, że przewagę ma na razie pojemność ale to nie tłumaczy szybkości zmiany impedancji dla pokazanego zakresu częstotliwości pracy.
Na pewno widać jakieś ograniczenia pomiarowe od strony niskich częstotliwości gdzie pomiary załamują się (może wystarczy zwiększyć pojemności?) ale na pewno użyty algorytm nie jest do końca adekwatny i nie uwzględnia uwzględnia jakiś efektów.

Na koniec dziękuję za propozycję zmontowania urządzenia. Choć jest to kuszące to muszę z żalem odmówić bo do połowy grudnia na pewno nie znajdę na to czasu. Przepraszam, że moje odpowiedzi również nie są pogłębione merytorycznie choć pokusiłem się o policzenie teoretycznej pojemności równoległej dla wykresu pomiaru impedancji 50 omów. Dla częstotliwości 11.34MHz powinna ona mieć ok. 31pF a dla częstotliwości 21.34MHz ok. 42pF. Pomijając fakt, że to chyba zbyt duże wartości jak dla obciążenia BNC to w dodatku wykres części urojonej ma zero dla 11.34MHz czyli tu mniej więcej powinien być rezonans (a nie widać krzywej jak na wykresie cewki w rezonansie) i dobrze bo nie powinno go tu chyba jeszcze być. Niepokoi wzrost pojemności wymaganej do tego aby impedancja miała wartość jak na wykresie. Wydaje się z tego przykładu, że "wkład" do obliczeń cześci urojonej jest nieproporcjonalnie większy niż części rzeczywistej i to o rząd (lub dwa?).
Zatem należy dopingować autora do jeszcze jednego wysiłku w celu przejrzenia algorytmu bo zapewne masz gdzieś jeszcze błędy. Pamiętam jak robiłem obliczenia wektorowe dla miernika NA02. Mimo wielokrotnego sprawdzania wzorów, przez porównie z działającymi już aplikacjami i wspomaganie arkuszem kalkulacyjnym wyłuskiwałem drobne pomyłki skutkujące fatalnym wynikiem końcowym i zapewniam, że nie były to pojedyńcze godziny (Tobię życzę abyś nie męczył się tak długo jak ja ;-))
L.J.

Na koniec, biorąc pod uwagę, ze pokazane wcześniej pomiary wykazywały duże "zaszumienie" pomiarów i przy założeniu, że wygładzenie wykresów ma charakter programowy, to czy nie widać fluktuacji całych wykresów od jednej serii pomiarowej do drugiej?

SP3GO · 09-11-2016 0:44

Po dłuższej przerwie związanej z różnymi sprawami rodzinnymi, wracam do tematu U-VNA Smile

(29-10-2016 10:27)SP6FRE napisał(a): Na początek proszę o wyjaśnienie "gładkości" wykresów, czy to wychodzi z pomiarów w naturalny sposób czy też oprogramowanie wykresów korzysta z zaawansowanych metod wygładzania krzywych?.

Zaawansowanymi metodami bym tego nie nazwał, ale jest to zwykłe wygładzanie wykresów w celu poprawienia ich czytelności poprzez wykorzystanie tzw. Weighted Moving Average (mechanizm wbudowany w kontrolkę do wyświetlania wykresów - żadnych "ręcznych" przeliczeń), czyli (hmmm... znów nie wiem jak to poprawnie po polsku nazwać...) ważonych średnich ruchomych. Chodzi o to, że na podstawie historii z N-punktów wykresu odpowiednio ważonych wygładza się aktualny przebieg krzywej.
Dla przykładu, tak wygląda pomiar bez wygładzania:

a tak z 30-punktowym wygładzaniem:

Warto oczywiście zauważyć, że ze względu na 30-punktową historię braną pod uwagę do średnich ważonych, wykres jest nieco przesunięty w dziedzinie (częstotliwość) w stosunku do wykresu oryginalnego, co oczywiście nie przeszkadza w interpretacji wyników.

(29-10-2016 10:27)SP6FRE napisał(a): [...] pokazane wcześniej pomiary wykazywały duże "zaszumienie" pomiarów [...]

To był jeden z błędów sprzętowych w projekcie... otóż...
Namierzyłem źródło szumów - okazały się nim same układy AD8307!
Okazuje się (czego wcześniej nie doczytałem w nocie katalogowej, a nikt nie zwrócił mi na to uwagi), że mają one na wyjściu LPF o paśmie około 5MHz.
To powoduje, że bardzo dużo śmieci dostaje się na wyjście. A skoro my mamy przemiatanie na poziomie w porywach 850 punktów na sekundę (a więc zmiany sygnału na poziomie 850Hz), to po co nam takie pasmo.
Kiedy więc dałem na każde wyjście AD 100nF do masy (na pająka) - szum zniknął, a pozostał tylko użyteczny sygnał napięcia wyjściowego!
Po tej operacji okazało się, że właściwie żadne sztuczne "wygładzanie" wykresu nie jest potrzebne, bo wykres jest czytelny - ale to wygładzanie zostawię w programie jako opcję do włączenia, aby w skrajnych przypadkach poprawić sobie czytelność wykresów.
W kolejnej wersji U-VNA zastosuję jakiś filtr RC o odpowiedniej stałej czasowej na każdym wyjściu AD8307 zamiast ordynarnego 100nF do masy Wink

Szukanie błędów w U-VNA rozpocząłem od "źródła", czyli tego jakie napięcia z sieci pomiarowej odczytują kości AD i dlaczego są one różne od napięć w symulacji.
No i tym sposobem natrafiłem na wynik pomiarów wartości na portach ADC bez sygnału DDS (moduł DDS wyciągnięty ze złączy):

Dziwi mnie tak duża rozbieżność w poziomie sygnału (przy teoretycznym braku sygnału na wejściach), ale można to tłumaczyć pewnie różnicą w fabrycznej kalibracji poszczególnych kości AD. Wniosek z tego jest jasny: bez odpowiedniej kalibracji odczytów w oprogramowaniu U-VNA się nie obejdzie.

A tak wyglądają wartości na portach ADC przy normalnym sygnale z DDS (przemiatanie od 2 do 50 MHz), obciążeniu 50R i zworce zamiast reaktancji referencyjnej - czyli teoretycznie nie ma żadnej reaktancji w sieci pomiarowej i na obciążeniu.

Zafalowania tłumaczyłbym charakterystyką filtra wyjściowego samego DDS'a oraz ewentualną nierównością kondensatorów 100nF sprzęgających wejścia AD z siecią pomiarową. Znów wniosek: potrzebna odpowiednia kalibracja pomiarów!

A tak wyglądają wartości na portach ADC po usunięciu zworki z reaktancji referencyjnej (pozostałe parametry niezmienione):

Po tym wnioskuję, że zastosowanie odpowiedniej kalibracji powinno przynieść dobre efekty... trzeba tylko teraz pomyśleć jak ją odpowiednio wykonać... Smile

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

SP6FRE · 09-11-2016 11:51

Witam!
Zakładam, że skala Y na wykresach to napięcie w mV na wyjściach AD. Wydaje się, że układ mierzący Vs zdecydowanie odstaje od innych, Może należy go wymienić?

Z drugiej strony jednak dziwi, że napięcia na wyjściu AD nie są na poziomie 0.3-0.5V jak to wynika z charakterystyki układu dla braku sygnału na wejściu? Jak możesz to wyjaśnić?

Kolejna sprawa to dynamika pomiaru. Jeśli różnica układu mierzącego Vs do innych przy braku sygnału to ok. 175-100=75mV czyli 3 dB (bo 25mV/dB) to nie ma problemu bo różnica w torach pomiarowych to "zaledwie" 3 dB.
W tym kontekście jednak wzrost napięcia na wyjściu układów przy zasilaniu z DDS-a i obciążeniu 50 omów to, w przypadku Vs skok ze 175 do 315mV a więc ok. 140mV czyli niecałe 6dB. Dla innych układów różnica to ok. 100mV a więc ok. 4dB. Albo więc napięcie pomiarowe z DDS-a jest tak małe, że przyrost sygnału jest nieznaczny albo dynamika pomiaru jest fatalna, albo co innego?
Sądzę, że podczas zasilania z DDS-a napięcia powinny oscylować w zakresie 1-2V aby zachować dynamikę ok. 40dB

Wykres z włączoną pojemnością wykazuje, o czym pisałem wcześniej, jej niepokojący wpływ na charakterystyki pomiarowe w dolnym zakresie częstotliwości. Wydaje się, że dla częstotliwości poniżej 10MHz pojemność jest za mała. Oczywiście można próbować to jakoś kalibrować ale może to być zbyt trudne do połączeniu z kalibracją układów AD.
Nieoceniony Krzysztof - SP9RQA, znalazł podobne rozwiązanie kolegi 9A4ZZ:

wektorowy pomiar impedancji z przełączaną pojemnością

gdzie pojemność zmienia się w zależności od częstotliwości w taki sposób aby jej reaktancja w zakresie pomiarowym była w zakresie 25-100 omów. Prawdopodobnie unika się w ten sposób istonych nieliniowości jakie widać na Twoim ostatnim wykresie.

Wydaje się jednak, że podstawowym problemem na razie jest wyjaśnienie małej dynamiki pomiaru.

No koniec przyszedł mi do głowy, dość ponury chyba jednak pomysł, aby sprawdzić jaka jest reaktancja kondensatora 1pF w zakresie czestotliwości od 1 do 50MHz. Jeśli się nie mylę to wynosi ona:
1MHz -> 159k
10MHz -> 16k
50M -> 3.2k
Jeśli używasz szeregowych oporników 47k w torach pomiarowych to pojemności rozproszenia mogą wpływać na wynik pomiaru i w zasadzie nie ma sposobu aby nad nimi zapanować :-(
Jedyną ucieczką jest radykalne zmniejszenie wartości tych oporników a najlepiej dołączenie AD wprost do układu pomiarowego bez rezystorów szeregowych
L.J.

SP3GO · 09-11-2016 12:43

(09-11-2016 11:51)SP6FRE napisał(a): Zakładam, że skala Y na wykresach to napięcie w mV na wyjściach AD. Wydaje się, że układ mierzący Vs zdecydowanie odstaje od innych, Może należy go wymienić?

Z drugiej strony jednak dziwi, że napięcia na wyjściu AD nie są na poziomie 0.3-0.5V jak to wynika z charakterystyki układu dla braku sygnału na wejściu? Jak możesz to wyjaśnić?

Wydawało mi się, że nazwa typu wykresu w rodzaju "Wartości na portach ADC" powinna być w miarę jasna, ale jak to zwykle bywa, programista nie bardzo nadaje się do projektowania czytelnego interfejsu użytkownika Wink

Tym powinna zajmować się osoba nie mająca nic wspólnego z programowaniem.
Dlatego przepraszam za brak komentarza co do skali na tym wykresie i już wyjaśniam...
Otóż skala Y na wykresie "Wartości na portach ADC" to wartości z przedziału od 0 do 1023, które odczytał na danym porcie przetwornik ADC Atmegi. No i teraz sam przetwornik ma napięcie referencyjne 2.5V, zatem wartość w okolicach 175 (napięcie Vs na pierwszym wykresie, tam gdzie DDS jest odpięty) oznacza napięcie na wyjściu kości AD na poziomie ~427mV.
Najniższe zanotowane napięcie na tym wykresie, to kość AD odpowiedzialna za odczyt Vr - wartość ~80 wskazuje na napięcie na poziomie ~195mV.
Czyli teoretycznie wszystko jest OK, a różnice można tłumaczyć rozbieżnością poszczególnych egzemplarzy kości AD8307.

(09-11-2016 11:51)SP6FRE napisał(a): Kolejna sprawa to dynamika pomiaru.
[...]
Albo więc napięcie pomiarowe z DDS-a jest tak małe, że przyrost sygnału jest nieznaczny albo dynamika pomiaru jest fatalna, albo co innego?
Sądzę, że podczas zasilania z DDS-a napięcia powinny oscylować w zakresie 1-2V aby zachować dynamikę ok. 40dB

Słuszne uwagi. Nawet poprawnie interpretując skalę Y na wykresach otrzymujemy różnicę w odczycie Vs między sygnałem z DDS i jego brakiem na poziomie 13,4dB, więc trochę mało.
Biorąc jednak pod uwagę to, że kość odpowiedzialna za odczyt Vs mierzy za rezystorem 100k, to wszystko by się zgadzało. Przecież wcześniej zdecydowaliśmy się na zejście w charakterystyce AD do poziomu nawet -60dBm czy -70dBm po to, aby dokładność pomiaru zmian sygnału mieć bardzo dobrą, kosztem słabej dynamiki, która dla napięcia Vs (zmieniającego się nieznacznie) i tak jest wystarczająca.

Największa dynamika pomiaru jest potrzebna dla napięcia Vz, ale tutaj muszę porównać wykresy inaczej: gdy port pomiarowy miernika jest zwarty (najmniejsza wartość Vz) i rozwarty (największa wartość Vz). Wtedy będę znał dynamikę i sprawdzę, czy jest ona wystarczająca.
Bo porównanie Vz między brakiem sygnału DDS, a sygnałem z DDS i obciążeniem 50R chyba niewiele nam mówi...

(09-11-2016 11:51)SP6FRE napisał(a): Wykres z włączoną pojemnością wykazuje, o czym pisałem wcześniej, jej niepokojący wpływ na charakterystyki pomiarowe w dolnym zakresie częstotliwości. Wydaje się, że dla częstotliwości poniżej 10MHz pojemność jest za mała. Oczywiście można próbować to jakoś kalibrować ale może to być zbyt trudne do połączeniu z kalibracją układów AD.
[...]
Jeśli używasz szeregowych oporników 47k w torach pomiarowych to pojemności rozproszenia mogą wpływać na wynik pomiaru i w zasadzie nie ma sposobu aby nad nimi zapanować :-(

Oba te problemy, o których piszesz powyżej, chcę rozwiązać kalibracją programową. Z grubsza będzie ona polegać na dokładnym zdjęciu charakterystyki poszczególnych napięć dla pełnego zakresu częstotliwości (i odpowiednio małego kroku) i różnych warunków pomiaru: DDS wyłączony, DDS pracuje - wejście rozwarte, DDS pracuje - wejście zwarte, DDS pracuje - wejście 50R.
Muszę tylko przemyśleć, jak później te dane odpowiednio zastosować do wyników już normalnych pomiarów.
Kto wie, może się uda... Wink

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

No i chyba się udało... Big Grin

Początkowo planowałem zrobić kalibrację programową opartą na pomiarach poszczególnych napięć w sieci pomiarowej (jak opisywałem poprzednio), ale później po przemyśleniach doszedłem do wniosku, że skoro napięcia te są używane do obliczenia rezystancji i reaktancji badanej impedancji, to można za ich pomocą obliczyć też moduł impedancji oraz kąt fazy. A kiedy mamy już moduł impedancji i kąt fazy, to możemy obliczyć również zespoloną Gammę (czyli współczynnik odbicia), a stąd już tylko mały krok do zastosowania standardowej kalibracji numerycznej Open-Short-Load! Smile

I tak też zrobiłem. Standardowa kalibracja numeryczna Open-Short-Load pozwoliła uzyskać poniższe wyniki przy ponad 65 tysiącach punktów kalibrujących w pełnym zakresie przemiatania 2-50MHz.
Efekty zaskoczyły mnie samego (szczególnie ten ostatni wykres "rodzynek" Wink

, choć oczywiście będę czekał cierpliwie na krytyczne uwagi co do wykresów i ich interpretacji. Jak dla mnie - REWELACJA! Big Grin

Leszku - czekam szczególnie na Twoje uwagi... Smile

Na wszystkich wykresach poniżej nie używałem wygładzania opisywanego wcześniej - specjalnie, aby pokazać rzeczywiste wyniki.
Do tego proszę pamiętać, że skala dla |Z| i R jest po lewej, a skala dla X jest po prawej - obie w omach.
No to zaczynamy:

1. Port pomiarowy otwarty
Chyba najdziwniejszy wykres z całego zestawu, ale prezentuję, dla rzetelnego przedstawienia wyników - podejrzewam też, że ma swoje wyjaśnienie.

2. Port pomiarowy zwarty
Piękne wartości! Big Grin

3. Pomiar terminatora 50R
No teraz wszystko pasuje! Big Grin

4. Pomiar kondensatora 270pF

5. Pomiar kondensatora 100pF

6. Pomiar cewki ~2,6uH - kilkanaście zwojów na żółtym rdzeniu toroidalnym Amidon
Widać pięknie rezonans własny w okolicach 25MHz.

7. Pomiar cewki powietrznej ~0,5uH
I znów ciekawy rezonans w okolicach 27,8MHz...

8. Pomiar rezystora 220R (węglowy, przewlekany)

9. A tak wygląda poglądowo (pełny zakres przemiatania 2-50MHz) rezonator kwarcowy 16MHz w wysokiej obudowie. Podłączony bezpośrednio do portu pomiarowego U-VNA.

10. No i wreszcie "rodzynek" wśród tych wykresów, czyli przybliżenie wykresu rezonatora kwarcowego 16MHz w okolice interesującego nas zakresu częstotliwości.
Nie spodziewałem się, że ten kwarc ma aż 5 rezonansów w tej okolicy! Big Grin

W temacie tych wykresów nie potrafię wyjaśnić tylko jednego - ujemnej rezystancji w okolicach rezonansu, ale pewnie jest jakaś teoria na ten temat... Smile

Będę wdzięczny za wszelkie komentarze do wykresów.

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

(09-11-2016 12:43)SP3GO napisał(a): Nie spodziewałem się, że ten kwarc ma aż 5 rezonansów w tej okolicy!

A można tam dostrzec i 7 rezonansów... Big Grin

SP9RQA · 10-11-2016 11:21

No no, gratulacje ;-) Czyli zamawiamy płytki do nowego miernika...

SP6FRE · 11-11-2016 14:32

Witam!

Widzę, że sprawa posuwa się do przodu. Żałuję tylko, że nie mam tyle czasu na analizę tematu ile bym chciał. Nawet nie miałem czasu aby wczoraj zajrzeć na forum a tu patrzę dziś taki postęp Smile

Niemniej mam kilka uwag:

ad1. Dla mnie wykres wydaje się prawidłowy, w stanie rozwarcia system pomiarowy działa prawdopodobnie na progu czułości stąd skokowe zmiany charakteru impedancji urojonej - natomiast moduł jest prawidłowo dodatni. Część rzeczywista jest interpretowana prawdopodobnie jako mała wartość szeregowa ale o zmiennym znaku ale o tym dalej..

ad2. Charakter wykresu faktycznie odpowiada zwarciu, niepokoi jednak skok wartości dla ok. 23MHz i choć w dalszym ciągu wyniki są poprawne to spodziewać by się należało jakiejś monotoniczności w pomiarach. Skad to się bierze? Czy masz jakiś skok w charakterystyce amplitudy sygnału z DDS-a w tej okolicy a może to wina filtra w tym torze?

ad3. Tu faktycznie wszystko zgodnie z teorią poza dolnym zakresem częstotliwości gdzie widać jakiś skok w pomiarach.

ad4 i 5 Wynik wydaje się prawidłowy ale sprawdź jak możesz czy dokładność pomiarów jest taka jakiej się spodziewałeś. Wydaje mie się z szacunkowych obliczeń, że nie mieści się w granicach 10% Dla przykładu, impedancja urojona kondensatora 100pF to dla częstotliwości 11.94MHz ok. 133 omy a z wykresu to raczej 150pF. Trzeba użyć tu dokładnej pojemności i policzyć dla niej impedancję a także odczytać to samo z wykresu. Nie jestem w stanie oszacować z wartości modułu impedancji jaka z pomiaru wynika rezystanacja szeregowa ale przez porównanie wartości z obliczeń z wartościami z wykresu potwierdzisz czy elementy nie uwzględnione w algorytmie mają istotny wpływ na wynik obliczeń czy też faktycznie są do pominięcia.

ad 6,7 Wygląda jakby cewka 2.6uH miała rezonans równoległy z pojemnością 16pF a cewka 0.5uH rezonans szeregowy z pojemnością 64pF. Warto sprawdzić na innym mierniku czy obie cewki mogą mieć takie pojemności własne i rezonans tam gdzie go pokazałeś, w szczególności ta cewka 0.5uH to musi być jakiś koszmarek aby wyciągnąć 64pF pojemności własnej?. Wydaje się jakby miernik mierzył inne modele indukcyjności w obu przypadkach. Do wykresu z p. 6 mam mniej wątpliwości ale wykres 7 jest trudny w jednoznacznej interpretacji. W obu przypadkach niepokoi zachowanie pomiaru wartości rzeczywistej i wydaje sę, że Twój algorytm nie radzi sobie jeszcze z pomiarem tej wielkości. Potwierdzają to równiez poprzednie i następne pomiary.

ad 8 Wykres dla części rzeczywistej i modułu impedancji w zasadzie prawidłowy. Niepokoi wykres cześci urojonej. Dla częstotliwości 21.94MHz opornik ma ok. 160 omów dla cześci urojonej co odpowiada ok. 45pF pojemności. A jest to pojemność bo impedancja maleje. Dla częstotliwości 41.94MHz impedancja przyjmuje wartość 0 (rezonas?) a nie ma tego w odzwierciedleniu na wykresie (tu powinna przeważac indukcyjność wyprowadzeń ?). Przypuszczam, że algorytm zawyża wyniki dla cześci urojonej i wykres powinien mieć 0 na innym poziomie stad tak duże wartości dla elementów pasożytniczych. To by się zgadzało ze zbyt dużymi wartościmi pojemności jakie wskazałem w p. 6,7.

ad 9. Tak, ten wykres jest naprawdę ładny, imponuje fakt znalezienia rezonansu kwarcu w tak szerokim zakresie częstotliwości ale to wynik dużego zagęszczenia pomiarów.

ad 10. Faktycznie, ten wykres wskazuje na dużą skuteczność układu pomiarowego. Teoria mówi o podobnym odstępie rezonansu szeregowego (tu. ok. 16.002MHz) do równoległego (16.025MHz) jak i rezonansach pasożytniczych (z reguły leżących wyżej).

Uwaga ogólna dotyczy zakresu pomiarowego dla niskich częstotliwości. Gdybyś zmniejszył częstotliwośc startową do powiedzmy 500kHz można byłoby ocenić czy to wynik zbyt małej pojemności w mostku czy też też jakieś stany przejściowe przy gwałtownej zmianie częstotliwości od maksymalnej do minimalnej? Może należałoby zaczynać pomiary nisko i nie uwazlędniać ich na wykresie lub po przestrojeniu na niską częstotliwość dać jakiś timeout na ustabilizowanie się wyniku przed kolejna serią pomiarową?
Niepokoi też pomiar części rzeczywistej impedancji, która powinna być stała. Jej duża zmienność, szczególnie w okolicach rezonasów a nawet zmiana znaku może wskazywać na istniejący gdzieś w algorytmie błąd lub wadę samego układu pomiarowego w częsci dotyczącej pomiaru wartości rzeczywistej.

Napisz przy okazji jak wyglada pomiar w czasie rzeczywistym, czy zmiany widać od razu czy trzeba czekać jakiś czas aż system policzy wykresy?

Reasumując, wygląda to bardzo zachęcająco. Wydaje się, że obrany kierunek był słuszny, teraz została kosmetyka oraz sprawdzenie wyników z założeniami (np. dokładność, etc.).
L.J.

SP3GO · 15-11-2016 17:43

(11-11-2016 14:32)SP6FRE napisał(a): Widzę, że sprawa posuwa się do przodu. Żałuję tylko, że nie mam tyle czasu na analizę tematu ile bym chciał.

Bardzo dziękuję Leszku za poświęcony czas. Twoje cenne uwagi zmotywowały mnie do dalszej pracy. Udało mi się namierzyć i poprawić dwa błędy, które wiele poprawiły, lecz niestety ciągle gdzieś jest problem, którego póki co nie udaje mi się rozwiązać i powoli zaczynam się poddawać...

Poniżej przedstawiam pomiary po poprawieniu błędów.
Tym razem 3 podstawowe wykresy: open, short i load.
Zanim jednak przejdę do wykresów reaktancji, muszę sobie poradzić z czwartym wykresem, który jest nieakceptowalny i jeszcze nie udało mi się rozwiązać tego problemu.

(11-11-2016 14:32)SP6FRE napisał(a): ad2. Charakter wykresu faktycznie odpowiada zwarciu, niepokoi jednak skok wartości dla ok. 23MHz i choć w dalszym ciągu wyniki są poprawne to spodziewać by się należało jakiejś monotoniczności w pomiarach.

Ta uwaga doprowadziła mnie do błędu, który polegał na tym, że na samym początku implementacji oprogramowania, zanim jeszcze wprowadziłem kalibrację numeryczną, wyniki były prezentowane na podstawie bezpośrednich pomiarów z sieci. Wtedy przyjąłem, że pomiary, które dają rezystancję mniejszą od zera, są po prostu błędne i w takich wypadkach przyrównywałem wartość rezystancji do zera. To powodowało brak monotoniczności w pomiarach, którą zauważyłeś, a która pojawiła się już po wprowadzeniu kalibracji numerycznej. Kalibracji numerycznej nie przeszkadza ujemna rezystancja - ważne, że monotoniczność pomiarów jest zachowana. Kiedy więc usunąłem sztuczne równanie do zera - całość zachowuje się teraz prawidłowo (wykresy poniżej).

Drugi błąd polegał na tym, że tangens kąta fazy był liczony na podstawie obliczonych wcześniej R i X, a w okolicach zera miał tak duży błąd, że i dane kalibracyjne w tych rejonach były bardzo "rozbiegane".
Stąd np. wykrycie "rezonansu" dla cewki powietrznej, którego w rzeczywistości nie ma. Po poprawieniu błędu (tangens liczony odpowiednio z pomiarów sieci) - cewka powietrzna nie wykazuje rezonansu własnego w zakresie do 50MHz.

(11-11-2016 14:32)SP6FRE napisał(a): Uwaga ogólna dotyczy zakresu pomiarowego dla niskich częstotliwości. Gdybyś zmniejszył częstotliwośc startową do powiedzmy 500kHz można byłoby ocenić czy to wynik zbyt małej pojemności w mostku czy też też jakieś stany przejściowe (...)

Te problemy przy niskich częstotliwościach wynikały ze zbyt małej pojemności referencyjnej (200pF).
Po zmianie jej na większą (1nF) całość prezentuje się całkiem dobrze i dla niskich częstotliwości. Wszystkie wykresy prezentuję teraz od niskich częstotliwości.

(11-11-2016 14:32)SP6FRE napisał(a): Napisz przy okazji jak wyglada pomiar w czasie rzeczywistym, czy zmiany widać od razu czy trzeba czekać jakiś czas aż system policzy wykresy?

Wykres jest pokazywany w czasie rzeczywistym (nie zauważyłem żadnych opóźnień ze względu na obliczenia), a jego odświeżanie zależy od liczby przyjętych punktów pomiarowych, które mają być jednocześnie pokazane na wykresie (jeśli pozwala na to rozdzielczość monitora). Ograniczeniem jest tutaj tylko i wyłącznie szybkość transmisji danych z urządzenia do komputera po BT (115kbps).
Przy przyjętej przeze mnie domyślnej liczbie 800 punktów odświeżanie następuje nieco szybciej niż raz na sekundę.

No i wykresy (wszystkie po wykonanej kalibracji numerycznej open-short-load):

1. Port otwarty

2. Port zwarty

3. Obciążenie 50R

4. Pomiar rezystora 220R
Póki co wykres nieakceptowalny... szukam błędu, ale tracę nadzieję...

Nie mam pojęcia co może być nie tak... a próbowałem już różnych rzeczy...

Pozdrawiam,
Rafał SP3GO

SP6FRE · 15-11-2016 20:54

Witam!
Rozumiem, że miałeś okazję mierzyć i inne oporniki niż ten "nieszczęsny" 200 omów? Czy w każdym przypadku masz podobne problemy? Może faktycznie to szczególny rodzaj opornika?
Pomiar opornika nominalnego jest wzorowy - tu ze względu na dużą różnicę cześci urojonej i rzeczywistej skokowa zmiana znaku cześci urojonej nie ma większego znaczenia dla wyniku ale może jest to jednak istotne w innych przypadkach? Może należy pomijać takie oscylujące pomiary o niewielkiej wartości albo zastosować uśrednienie wartości? Przy uśrednieniu wartości cześci urojonej można się spodziewać zejścia wyniku do linii zera.
Wprawdzie nie ma tu chyba bezpośredniego związku ale wspomnę, że np. w NA02 złożyłem, że jeśli impedancja jest większa niż 1k to uznałem taki wynik za wartość nieskończoną i również SWR w takim przypadku nie jest raportowany jako wartość SWR około 20 ale jako nieskończoność. Tu nawiążę do pierwszego wykresu gdzie wartości rozwarcia są imponujące (+- 2Tera omy - czy oporność izolacji otwartego gniazda i powietrza wokół gniazda mogą byc takie duże?) ale może warto programowo "zaokrąglić" je do jakiejś rozsądnej wartości? Przy okazji, jak masz możliwość, to zapnij na rozwarte gniazdo opornik 1M, ciekawy jestem czy przy tej dynamice pomiaru wynik będzie prawidłowy?
L.J.