Модернизация мультиметра Owon B41T+, уменьшение сопротивления токоизмерительных шунтов.

Всем привет, достаточно долгое время основным мультиметром служил мне VICHY VC99, в принципе неплохой аппарат в свое время, но уж очень тормозной по современным меркам. Как-то вызванивая дорожку на неизвестной плате и матерясь с тормозной прозвонки у VC99, я принял решение что хватит это терпеть и отправился читать обзорчики чего же нового появилось на рынке цифровых мультиметров.
Из всего многообразия остановил свой выбор на модели Owon B41T+, благо ценник на него уже находится в районе $60, данный мультиметр показался мне привлекательнее широко известного UT61E. Подробный обзор данного прибора от uncle_sem уже есть на mysku. За небольшую доплату относительно uni-t получаем штатную подсветку, автоотключение, блютус, даталогер, измерение температуры и питание от 2 АА батареек.
Мультиметр заказывал на Ali, при цене $63 за доплату в $4 продавец обещался «отправить из РФ», памятуя как до этого я заказывал аналогично с доставкой из РФ и посылку мне привез курьер через 2 дня, доплатил не раздумывая. Но не тут то было, на этот раз отправка таки получилась из Китая, сначала одной ТК, потом пройдя таможню уже другой ТК, и заняло в итоге порядка 10 дней.
Получив прибор первое время прям кайфовал от скорости его работы, просто космолет в сравнении с VC99, пользоваться намного приятнее.
Но не обошлось и без ложки дегтя, читая обзоры я как-то упустил что для измерения тока у мультиметров на этом чипе стоят шунты для предела мА — 10 Ом, а для мкА — аж 1 кОм.
Вылилось это в то, что для отладки одного проекта радиопередатчика с питанием от CR2032 пришлось снова доставать VC99, у которого к слову 1 Ом и 50 Ом шунты для тех же диапазонов. Правда у VC99 гораздо ниже разрешение, но в целом отлаживаемое устройство хотя бы работало, в отличие от B41T с его 10 Ом.
Скакать между двумя мультиметрами удовольствия как-то мало, а использовать всякие доп приспособы типа uCurrent от Дэйва казалось перебором для моих задач, решено было действовать в сторону модернизации самого мультиметра. Ну то он и «мульти» чтобы все было all-in-one.
B41T и UT61E надо сказать относительно близкие родственники, у них схожие чипы и по части измерения тока аналогичные номиналы деталей, по этому описанный ниже опыт будет наверняка применим к любым DMM на базе ES51922/ES51932.
В отличие от UT61E схемы на B41T найти не удалось, по этому пришлось поразглядывать плату и потыкать мультиметром в мультиметр.
Как оказалось по части измерения тока если UNI-T применяли хоть какую-то фантазию, то ребята из Owon особо не парились и скопировали прямо из даташита пример:

Как видим у данного чипа для измерения падения напряжения на шунтах предусмотрены два входа, IVSH — для низкого разрешения и IVSL — для высокого. При этом если вручную кнопкой «Range» выбрать диапазон 220.00 мА, то резистор на 9 Ом можно смело замкнуть и на показания это никак не повлияет, т.к. измерение происходит только с IVSH. На мкА аналогично все, как вариант на скорую руку решить проблему вполне себе, и вроде бы манипуляциями пином VBAR должно быть можно отключить сломавшиеся диапазоны, но это не наш метод.
Погуглив на данную тематику переделки мультиметров на этих чипах нашлось только одно видео от небезызвестного Joe Smith, и в принципе решение снизить сопротивление шунтов и применить операционные усилители напрашивалось само собой.
Т.к. в аналоговой схемотехнике я не особо силен, то за основу решил взять проверенное решение от широко известного в узких кругах Дэйва, благо схемы открыты. Операционники MAX4238AUT заказал также на Али по $15 за 10 штук, пригодятся еще когда-нибудь наверное.
План переделки представился следующим:

Соответственно получаем шунты 1 Ом и 100 Ом, в теории можно использовать еще один усилитель и убрать из цепи 90 Ом резистор получив 10 Ом для мкА, но для моих задач пока это не нужно, по сему ограничился одним ОУ.
Следующий вопрос который нужно было решить — питание ОУ, ведь нам нужно измерять ток в обе стороны, даже когда щупы перепутаны местами, значит «плюс» должен быть выше COM щупа, а «минус» ниже. Т.к. я с аналоговой электроникой дел имею мало, то по началу схема питания данного мультиметра немного ломала мозг, здесь к «земле» и соответственно COM щупу подключен +3В от батарейки, а чип мультиметра питается так сказать отрицательным напряжением. При этом ОУ хочет вполне себе нормальное питание и получается что у него в средней точке будет 3 вольта, надо бы поднять питание до вольт 5 хотя бы.
В видео у joe smith проблема решилась очень просто, у него в UT61E питание от «Кроны» и ОУ которому можно подать напрямую на вход 9 вольт, в случае с B41T так не пройдет. Но поизучав пристальнее плату и даташит, оказалось что у чипа есть встроенный DC-DC конвертер, который на 1 и 2 пинах обеспечивает +6 вольт относительно минуса батарейки, получаем прям то что нужно, средняя точка 3 вольта, питание 6 вольт.
У MAX4238 правда питание рекомендуется 5.5 вольт, а 6 вольт как абсолютный максимум заявлено, по этому воткнул в цепь диод на котором и упадут эти 500 мВ.
Набросал схемку:

На скорую руку развел платку:

Заказал у китайцев прототип вместе с другой партией плат, но понял что китайский новый год и посылку я получу не скоро, а результат хочется уже вот сейчас, по этому разогрел утюг, схватил перекись и лимонную кислоту и получил через полчаса свою плату.
Далее интегрируем все это дело в мультиметр:

В районе шунтов снимаем диоды и перепаиваем их на обратную сторону, там как раз место под эту защитную цепь есть, перерезаем дорожки как на картинке и запаиваем перемычки 1206. Провод для измерения припаян просто к последнему участку цепи без лишней коммутации через крутилку, не понятно почему Owon сразу так не сделали, ведь в UNI-T применили как раз такое решение.

Про защитную цепь

Снятые диоды напаиваем на обратной стороне чтобы получился диодный мост, а пятое место под диод можно замкнуть просто перемычкой, т.к. после модификации падение напряжения на шунтах выше 0,22 вольт не предвидится.

На сколько я понимаю эта цепь служит для более быстрого срабатывания предохранителя дабы не поплавить сами шунты в случае если вы воткнете по ошибке щупы не туда.

Остальные подключения выполняем вот так:

Дорожку идущую на вход IVSL нужно перерезать и припаять OUT усилителя к концу уходящему на чип.
Здесь под GND обозначена соответствующи контакт моей доп платки, а по факту данный вывод подключен к «минусу» батарейки, но при этом как было отмечено выше массой в самом мультиметре не является. Контакт REF подключен к дорожке идущей на COM клемму щупа, где +3 вольта от батарейки.
Какое-то время понадобилось на то, чтобы осознать почему мультиметр не показывает нуль, в общем самодельные платы без маски стоит тщательнее отмывать от флюса после пайки в таких высокоточных схемах и измерительные провода припаял ближе к самим шунтам. После этого показания пришли в нуль. Ну а дальше подстроечником откалибровал показания, воспользовался китайским ИОНом по которому ранее откалибровал напряжение, но на этот раз добавил резистор 10кОм чтобы получить источник тока в 1мА на 10 вольтах, в целом калибровке помогает еще то, что у нас остался нетронутым второй диапазон, щелкая кнопкой range можно сравнивать чтобы показания были не противоречивы.
После этого места пайки к дорожкам сдобрил термосоплями и прибор готов к использованию, результатом доволен.