DMM Eigenbau

24.04.2020 04:16

Hallo liebe Spezialisten!

Vorgeschichte:

Ich habe vor mir ein Multimeter zu bauen. Ich sehe vor meinem geistigen 
Auge schon die entsetzten Blicke. :) Aber keine Sorge, ich gehöre nicht 
zu der Kategorie von Hobbybastlern die ein 6-1/2 stelliges DMM mit einem 
Arduino, zum Preis einer Packung Äpfel, bauen möchte. Ich selbst bin 
Industrieelektroniker und mache hauptsächlich SPS-Programmierung. Es 
geht mir mehr um den Erkenntnisgewinn und den Spaß an der Freude. 
Nachdem ich mich auch ausgiebig mit der Serviceanleitung meines Philips 
PM2527 befasst habe war mein Interesse geweckt. (Auch optisch ein 
schönes Gerät, das Auge misst mit) Nachdem ich mich nun schon ausgiebig 
mit ADC's, Kalibrierung, Genauigkeit aus anderen Quellen beschäftigt 
habe sind mir durchaus schon ein paar einleuchtende Erkenntnisse 
untergekommen. Mir ist der Unterschied zwischen Auflösung und 
Genauigkeit bewusst. Ebenso habe ich mich mit Datenblättern und 
App-Notes von ADC's befasst und kenne auch die Unterschiedlichen 
Fehlerarten welche die Genauigkeit der Wandlung beeinflussen. Allerdings 
gibt es auch Punkte die noch nicht zufriedenstellend geklärt sind. 
Deshalb zu meiner Frage.

Die Frage/Das Problem:

Mein Verständnisproblem liegt in der insgesamten Genauigkeit des ADCs. 
Wie wird zum Beispiel die Genauigkeit von z.B. DC Spannungsmessbereichen 
bei DMM's bestimmt? Klar ist das alle Fehler vom analogen Front-End mit 
Verstärker, Abschwächer bis zum digitalen Wert einfließen so weit so 
gut. Wenn ich jetzt nur den ADC betrachte gibt es ja Offset-Fehler, 
Gain-Fehler, DNL- und INL-Fehler und den Quantisierungsfehler zusätzlich 
dazu kommt der Fehler der durch die Referenz (inkl Rauschen) erzeugt 
wird.

1. Angenommen ich habe einen Kalibrator dann kann ich doch eigentlich 
alle Fehler die statisch sind rauskalibrieren. Sprich Gain-, Offset- und 
Referenzfehler. Das würde bedeuten das einzige was meine Genauigkeit 
begrenzt ist das Rauschen der Eingänge, der Referenz, der INL und DNL 
und der Quantisierungsfehler? (Mal abgesehen von einer Linearisierung 
per Kurvenzug und dynamischen Drift wie Alterung und Temperatur und 
vorausgesetzt man hat eine entsprechend genaue Kalibriermöglichkeit). 
Sehe ich das Richtig? Das würde bedeuten das der absolute Spannungswert 
einer Referenz eher untergeordnet ist. Wichtiger wäre das Rauschen und 
die Stabilität der Referenzspannungsquelle.

2. Ebenso wäre es doch auch wenn man das Komplette System von der 
Messbuchse bis zum ADC betrachtet. Statische Fehler können eigentlich 
immer mit einer Kalibrierung ausgeglichen werden. Das heißt die 
Genauigkeit ist nur so gut wie die Gesamtzahl der nichtlinearen Fehler 
im Aufbau und die Genauigkeit der verwendeten Kalibrierquelle.

3. Wie stellen Hersteller wie Agilent oder Keithley die Genauigkeiten 
fest. Sind das Werte die anhand der Schaltung errechnet werden und nach 
Entwicklung eines Prototyps validiert werden?

Ich glaube das reicht für den Anfang. Ich wünsche euch schon mal ein 
schönes Wochenende.

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