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2015年6月

2015年6月26日 (金)

MOS FET Switching:Trace Inductance

MOS FETをスイッチング素子として使用した場合の配線インダクタンスの影響をシミレーションしてみました。

回路図においてS1,S2,S3をOFFさせてインダクタンスを挿入しました。

20150626_152151

結果は下図のようになりMOS FETのDrain配線の影響が確認できました。
駆動回路のグランドとMOS FETのSourceも最短距離にする必要があります。

基礎の復習:VL=L*di/dt(インダクターの両端に発生する電圧)

20150626_152122

上記グラフの右軸(for Red line)は-2VがGNDになり1V/div.です。

訂正:2015.6.29
上記データにおいてS1〜S3の記述が誤っていました。
それぞれのスイッチをOFFした時の状態が正しいので
ONをOFFと置き換えて下さい。

2015年6月25日 (木)

Variable tr&tf:Step Responce

LDOのStep Responceを測定する際にパルスの立上り、立下り時間がキーになります。

それらを変化させた時の挙動を観測する為の治具を作りたいと考えました。
MOS FETの入力に可変抵抗器を接続しゲート容量を充電する時間をコントロールします。
MOS FETのゲート容量は数千pFありますので高速充電の為のドライバが必要になります。
シミュレーション結果です。
ボリュームが最小時で負荷電流1Aの出力レスポンスです。
タイムベースは100nS/div.です。
tr、tfともに100nS以下になっています。

20150625_123204

ボリュームが最大時で負荷電流1Aの出力レスポンスです。
タイムベースは10uS/div.です。
PNP側の引きが弱いのでシンメトリカルになりません。
ボリュームで調整する事になりますが不便は無いと考えます。

20150625_123345

ZXT690BK、ZXT790AKは自作レギュレータを製作する目的でストックしてありました。
このトランジスターはVsatが非常に小さいです。(ZXT690BK:77mΩ,ZXT790AK:83mΩ)
MOS FETはアキ扱いの中からON抵抗が小さいもの(1.8mΩ)を選択しました。
3種類のスパイス・モデルをDLしてのシミレーションでした。
LTspiceの講習を受けたのですが...この手はMultiSimの方が直感的でよいです。

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2015年6月23日 (火)

Noise Measurements : ADM7151 vs Trident V3.0

キャパシタを追加してADM7151 DEMOボードとTrident Shunt Regulatorとのノイズを比較してみました。

Tridentには出力に100uF/6.3VのOS Conを追加しました。
Tridentの基準電圧は緑チップLEDです。LPF Capを追加してみましたがノイズに劇的な?変化は見受けられませんでした。
多分にCCS部とオペアンプのノイズが支配的になっていると考えられます。

20150623_193402_2

ADM7151はキャパシタを増やす程、1/f領域を改善できるようなので
写真のように追加してみました。
入力のキャパシタは過渡応答を評価する時のもので今回のノイズ測定には影響しません(バッテリ−駆動)

Adm7151

上記条件でのFFT結果です。
FFT Analyzerの入力には例によって60dbのアンプをかましてありますので
-100dbラインは-160dbになります。
両方ともにナイスなスペクトラムです。

Fft

上記条件でRMS値とp-p値も観測してみました。
すべて同一レンジです。
左が60dbアンプ入力終端ノイズです。
中央がADM7151でスコープでのp-p値はプリアンプのノイズに埋もれてしまうくらい小さいです。
Tridentは比較すると若干多めのノイズとなりました。
スコープの縦軸は5uV/div.
UA-1Sの周波数特性:20Hz〜150KHz
60db Ampの周波数特性:10Hz〜100KHz
写真では見えませんがUA-1Sのレンジは-50db(3mV)レンジです。
60dbアンプを通してありますので読みは3uV Full Scaleになります。

20150623_184008_2

負荷電流は10mAで測定しました。
Let's Enjoy

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2015年6月20日 (土)

Trident V3.0 Step Responceの測定

Trident V3.0,TPS7A4700とADM7151のステップ・レスポンスを観察してみました。

出力電流は常時10mA流してパルス入力で40mAをステップ通電しました。
スコープは3機種とも同じスケールですので直感的に比較できます。
Tridentは治具で発振しましたので100uFを出力に追加しました。
TPS7A4700とADM7151はデモ・ボードのままです。
*
Shunt Regulatorのステップ・レスポンスは初めて観察しました。
Shunt Regulatorなので抵抗のレスポンスです。
Shunt Regulatorが好まれるのはこのような応答のせいかも知れません。
*
ステップ波形の立ち上がり、立ち下がり時間を変えての挙動に興味がわいてきました。
*
入力電圧:5V
パルス入力周波数:10KHz
上部:治具の電流検出用抵抗0.1Ωのモニター波形
下部:レギュレータの出力波形

20150620_141314

20150620_141410

20150620_141341

測定風景です。

治具はJim Williams著「Linear Tecnology Application Note 104」

を参考に以前製作したものです。

Load Transient Response Testing for Voltage Regulators

DC Biasはオリジナルでは外部から供給していますが
本機では基準電圧を内蔵させて10回転のポットで可変出来るようにしてあり

単体では電子負荷として使用できますので便利かと思います。

20150620_141141

FFTでTridentのNoise測定

Twisted Pear AudioのTridentはBuffaloに特化したShunt Regulatorですが

興味があって購入してから随分と時間が経ちました。

仕様はIout:max.100mA,Vin max.:6.5V,Vout 3.3V+/-1%(25℃)。
ManualはComming Soon状態で詳細は不明です。
CCSは標準の状態で74mAでした。外付け抵抗で100mAに設定可能だそうです。
Tridentのシンメトリカルな基板は美しい!
アナログ回路の美しさは性能に比例すると思う。
さてと
Low NoiseのLDOはTPS7A4700,ADM7151との比較をしてみます。
デモ・ボードの出力電圧を3.3Vに設定し3種類のノイズ比較です。

1ldo_3pcs

入力電源は実験用電源とバッテリ駆動で行い、その違いも観測してみます。

ロー・ノイズなデバイス達に敬意を表して

50Hzの誘導や外乱を排除する為にシールドボックスにいれます。

負荷電流は10mAで
負荷抵抗の出力に60dbのLow Noise Ampを介してのFFT表示です。

2test_jig

測定結果です。

Tridentのバッテリ駆動時は100Hz以下のノイズがLDOより優れていました!

しかし
実験用電源(Tektronix CPS250)を接続するとCPS250のノイズに比例している結果でした。(RED)。

LDOは2種類ともに実験用電源でもバッテリ駆動でもほぼ同じでした。

今回の測定では入出力にコンデンサーは追加していません。

バッテリ駆動時に50Hzとその高調波を低減させる為にバッテリ・ボックスの
位置、角度を調整しました。

縦軸のレベルは60db Ampを介していますので-100dbラインは-160dbになります。

-160dbは10Vを基準とすると100nVに相当します。

バッテリ・ボックスはシールドしていますが微弱な磁界検出器状態でした。

3ldo_noise_fft_2

3種類ともに素のままの状態でしたが
それぞれにチューン・ナップの余地はありそうです。

2015年6月16日 (火)

What is nV/√Hz Noise?

データシートに良く出てくる電圧スペクトラム密度nV/√Hzの由来を調べてみました。

Eq1~3の式はまだ理解できていませんがE=V/√Hzが導き出されています。

出典はDesign Newsです。

注:small v=√

*

20150616_223317

抵抗Rのノイズ電圧=√(4 kTR⊿f)

H.Nyquistのサーマル・ノイズに関する論文を邦訳し

とても理解し易く解説されている有益な記事がありました。

*ハリー・ナイキストの論文
*
*
こちらはノイズ解析、測定方法等が詳細に書かれています。
19.3Mbyte(433page)あります。

20150616_203310

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2015年6月13日 (土)

LEDのKF値

Rohm SML-D12U8W ChipLED のspice modelには記載されていないKF値をモデルに追加して試してみました。

KF値は上から順番に1e-3,1e-6,defaultです。

20150613_094258

試験回路

20150613_095008

設定画面

最後の行に追加しました。

いつでもデフォルトに戻せるので便利です。

20150613_095531

Diode SPICE parameters

LEDのノイズ解析をSimulatorで出来ないものかと考え

LEDのスパイス・モデルを探したところ
RohmでChip LEDのスパイス・モデルがありました。
しかし、必要なKF値はありませんでした。
IKFは別物。
LEDのノイズは実測してからスパイス・モデルに反映させるしか無さそうです。
以下はWEBでの資料を元に自分用に作りました。参考迄....

20150612_223815

閑話休題

LEDのノイズ解析でWEBを徘徊していたら

Qucs(Quite Universal Circuit Simulator)

というマルチOSで走るOpen Source Simulatorを知りました。

http://qucs.sourceforge.net/

ちょこっと例題をシミュレーションしてみました。

GUIがナイスなスパイスですがとても奥が深いです。

Help Menuには例題に関しての詳細がありました。

20150612_165250

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2015年6月 9日 (火)

LED Current Drive (J-FET vs Resistor )

赤色LEDを基準電圧源に使用したく

J-FETと抵抗でLEDに電流を流した場合のLED両端の電圧変化を観測してみました。

20150609_214527

5V電源を4.5Vから5.0Vまでスキャンさせてプロットしました。

斜めに変化しているのが抵抗によるLED両端の電圧変化で

平行線がJ-FETによるLED両端の電圧変化です。

抵抗によるドライブは電源電圧の影響を受けて35mV/Vも変動します。

J-FETでは定電流ドライブなので変化は248uV/Vです。

上部LEDをShunt RegulatorのCSS部に下部LEDを出力の基準電圧に使うべく

5V入力で3.3V出力のShunt Regulatorを作りたいと考えています。

基本を復習してみました。

20150609_214338

2015年6月 8日 (月)

LEDとZener Diodeのノイズ

簡単な基準電圧源としてしばしば用いられるLEDとZDですが
LEDのノイズがどの程度なのか疑問に思っていました。

測定した方がおられたので備忘録として記しておきます。
大変に参考になります。
Christerさんのご尽力に多謝!
出典:diyAudio(10th June 2004)
*
試験結果の最終バージョン:Christer Noise Test Paper 1.4 
測定回路:noise_test_rig.zip 
*

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