【开源硬件】Made with KiCad 精确到纳伏的电压表

谷谷小师妹

【开源硬件】Made with KiCad 精确到纳伏的电压表

“ 项目中包含了构建纳伏表过程中使用的完整的设计文件、制造数据、源文件、测试结果和其他资源。。”

概览

纳伏表是一种具有灵敏度、噪声和稳定性以解析低至纳伏电压的电压表。虽然许多万用表确实具有相当敏感的低电压范围，但分辨率（最低有效数字）通常约为数百纳伏 - 并且最后一位数字的值通常会因仪表的噪声和非线性而减小。因此，为了正确测量低信号，必须具有更高的灵敏度。此类低电压的测量对于许多应用都很有用，例如解决各种差分和电桥电路中的小电压差以及使用适当的电流源测量非常小的电阻。商用纳伏表确实存在，例如 Keithley 型号 2182A 或 Keysight 34420A，但价格昂贵，因此 DIY 设计肯定有一席之地。

设计需求

• 具有板载电源调节功能。单路直流电源（+9 至+24 VDC）或 110/220VAC 电源输入插孔
• ±100 µV或以下的直流电压测量范围，包括±1V和±10VDC范围
• 至少有两个用户可访问的输入通道用于测量信号
• 具有低热连接接口，可最大限度地减少热 EMF 寄生误差
• 为每个读数提供至少 5½ 位分辨率
• 能够对输入直流信号进行数字化，分辨率至少为 10 nV，噪声峰峰值在至少 0.1-10 Hz 带宽内优于 30 nV
• 具有自动归零功能来纠正静态偏移
• 具有电流隔离的模拟前端，对地/机箱的隔离电阻优于 10 GΩ
• 设备应集成 ADC（任何类型）
• 具有良好的长期稳定性，使用恒温直流电压基准（LM399、LTZ1000或带恒温箱的LTFLU）
• 提供RJ45以太网和/或IEEE-488 GPIB接口，用于与外部世界/外部设备通信
• 40W 总输入功率预算（适合敏感实验的电池操作）
• 设备应作为独立设备完全运行（例如，无需连接调试器或外部设备即可使其工作）
  
  

根据以上需求设计的框图：

设计分解

总体设计共有5个PCB组成：

• Bart - 我觉得这会很棘手并且会出现问题。包含 LNA(低噪声放大器)、主放大器、ACAL 分频器和 MUX。
• Homer - 最大的 PCB，包含 FPGA、ADC。与 Bart 关系密切。
• Lisa - 通讯板、背板PCB
• Meggie - 最简单的 PCB，仅用于固定按钮
• Marge - 包含为所有其他 PCB 以及数字电路供电的 PSU。
  
  

机械结构设计如下图：

原理图 & PCBLNA 低噪声放大器(Bart板)

ADC(Homer板)

电源PSU(Marge 板)

License

N/A

仓库 & 下载

可以在Github中获取开源仓库：

https://github.com/jaromir-sukuba/nvm