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2015年7月

2015年7月28日 (火)

FINESSE VOLTAGE REGULATOR NOISE!

diyAudioのReducing noise in voltage regulatorsというフォーラムで

FINESSE VOLTAGE REGULATOR NOISE!というホワイトペーパーがある事を知りました。
面白そうなのでLTSpiceで挙動を観測してみました。
この回路はノイズを反転増幅させてグランドにシャントするような動作をするようです。

20150728_172400

オリジナル回路定数での結果です。
上から順にOUTPUT、LM317OUT、LM317REFです。
LM317REFはマーカーとして入れてあります。

20150728_170217

8.2Ωを間違えて8.1Ωとしてしまいましたがさして変化はありませんでした。

20150728_170352

C2を大きくすると低域も改善できると考え1000uFにした結果です。

フリッカー領域まで改善されました。

20150728_171914

回路定数をいじってみました。

R7を15Ωから10Ω,R3を1KΩから470Ωに変更しています。

C2は1000uFです。

R6の値はシミレーションしていてクリチカルな事がわかりましたので
.step paramという覚えたて!のコマンドを使って変化させてみました。

6Ωから9Ωまで0.1Ωステップで変化させます。

20150728_171142

RUNさせるとOUTPUT描画は上から下へそして上へと変化しました。

ディップ点の抵抗値は7.4Ωでした。

オリジナルの定数では14db程の改善でしたが

200〜20KHz領域では60dbの改善結果です、ホント!?

20150728_171131

最終結果です。

参考:10Vを基準にした時のdb換算

-80db:1mV

-100db:100uV

-120dB:10uV

-140db:1uV

-160db:100nV

20150728_170817

20150728_170405

この回路のノイズは定数をトリミングした結果、非常に少なくなりました。
しかし
出力電流はせいぜい10〜20mAです。ノイズ検出抵抗器のR7による制限です。
負荷電流を流した状態でLT317の電圧を希望値に合わせ込むと良いと思います。
用途としては
負荷電流があまり変化しない回路向きと考えます。
後日回路を組んでシミュレーション結果とノイズを比べてみます。
WenzelのホワイトペーパーにはR7を小さくする手法も記されています。
興味のある方はご一読下さい。

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2015年7月24日 (金)

PISO to SIPO Shift Registor

並列入力直列出力のシフトレジスターでデータを送り
直列入力並列出力のシフトレジスターでデータを復元させます。

MultiSimのビジュアル表示は愉しいです。

20150724_201444

下図は64ビット分をシミュレーションした結果を表しています。

これはLogicWorks4というシミュレータソフトです。

20150724_181732

回路の詳細です。

クロックから64ビット分のシフト/ロードパルスをカウンターで生成します。

クロックで64ビットを送り終えるとシフト/ロードパルスはローレベルになります。

このエッジの反転信号でラッチさせて1サイクル終了です。

8ビットの倍数で任意にI/O拡張ができます。

8ビットの倍数でシフト/ロードパルスを作ってあげれば良い。

TTLの品番を失念し記憶を取り戻すのにちょいと時間を要しましたが

シンプルな回路構成になったと思います。

Hex Keyboardで値をかえるとHEX Displayに結果が反映されています。

20150724_181545

2015年7月22日 (水)

LTspice

LTspiceのセミナー参加は2度目です。

今回は東京エレクトロンデバイス社主催でした。
場所は横浜ベイクォーターのそばにある横浜イーストスクエアで
横浜駅から徒歩5分はこの暑い時には助かりました。
僕にとっては目から鱗の内容で、これで解説本もより理解できるようになりました。
お土産はロゴ入り4色マーカーペンでした。

Img_1870

2015年7月14日 (火)

0.1Hz to 10Hz Noise Filter (Histgram)

ADM7150評価基板のヒストグラム(500秒)です。
スコープでトレンドを観測しても労する割には得られる情報は少ないですが
ヒストグラムにすると1/fの中味が見える気がします。

20150713_134006

トレンド・チャートは省略して1時間のヒストグラムを観測してみました。
観測時間が長いほど綺麗なガウシャン分布になりました。
TPSとADMは美しい裾野を描いています。

20150714_203603

20150714_205517

20150714_205611

2015年7月11日 (土)

0.1Hz to 10Hz Filter(Jim Williams)

Linear TechnologyのAN124

775 Nanovolt Noise Measurement for A Low Noise Voltage Reference

このノートの製作はかなりスキルが要求されテフロン・キャップの入手が最大の難関です。

Root-Sum-Square Correctionという0.1Hz to 10Hz Filterの回路があります。

LTspiceの勉強がてら特性をみてみました。

Rss

トップ部の拡大

Rss_2


0.1Hz to 10Hz Noise Filter 測定編2

先日の「0.1Hz to 10Hz Noise Filter 測定編」のデータは回路に不具合がありましたので改めて測定しました。

この領域は時間軸を長くしても最大ピークを観測する事は確率的に困難です。

しかしながら

時間軸をスコープの最大レンジでフル・スパン500秒のデータを収集してみました。

トリガリングして表示するまで結構な時間がかかります。

これらの波形に再現性はありませんが
0.1Hz to 10Hz Noiseはこんな案配に発生しているのだという雰囲気を味わっていただけれと思います。

フィルタ・ゲインは40db(100倍)なので縦軸は50uV/div.です。

ADM7150の場合:ピーク・カーソルの読みが27.325mV=273.25uVp-p

ADM7150評価ボード

Adm7150_3

TPS7A4700評価ボード

Tps4700_4_

Trident v3.0製品

Trident_3_

2015年7月 9日 (木)

0.1Hz to 10Hz Noise Filter 測定編

DigiKeyからチップ抵抗が着弾。

全て薄膜抵抗をチョイス。注文時に部品No.を入力しておくと2個のチップ抵抗でも
タグをつけてくれるので大変に助かります。

20150709_204924

「0.1Hz to 10Hz Noise Filter」 組立完了。

7500pF(NP0)を注文し忘れて手持ちの4700pFと3300pFをパラって8000pF。

Gainは60dbにする予定を変更してGain=40db。

入出力のコネクターはLEMOコネクター。

赤基板はオリジナルのユニバーサル基板で裏面はベタアース仕様。

20150709_204854

早速に「0.1Hz to 10Hz Noise Filter」で3種類のレギュレータを測定。

横軸は20Sec/div.でFull Span 200秒です。

縦軸は50uV/div.でFull Span 400uVです。

20150709_210610

20150709_210626

20150709_210640

2015年7月 7日 (火)

0.1Hz to 10Hz Noise Filter

1/f Noise領域を測定したいと考えました。

TIのPrecision Designsに下図のようなDUTのOPAを1000倍増幅してから
0.1Hz to 10HzのBPFを通してOPAのノイズをスコープで観測するという意図の回路がありました。20150707_170731
BPFの回路はTI社に感謝しながらコピーしてDUTの部分を10倍のLow Noise Ampに変更してTotal Gain 60dbの測定治具にすればいいと考えました。
TIのPrecision Designsは懇切丁寧なドキュメントを公開しています。
*
初段に使用するOPAを選ぶ為にTINAでシミュレーションしたところ
NE5534Aが良い結果でした。
部品が揃ったら組み立ててみたいと思います。20150707_165807
今迄は下記の測定器でLDO等のノイズを観測していました。
10Hz以下の帯域を補う治具が出来そうです。
日本オーディオ:UA-1Sの周波数特性:20Hz〜150KHz
Jim Willams:60db Ampの周波数特性:10Hz〜100KHz

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2015年7月 6日 (月)

Op Amp Noise Plot

Low Noise Op Ampを選択するにあたってノイズの視覚化を試みました。

斜めの線は抵抗の熱雑音です。
温度は25℃の他に-55℃と125℃をパラメータにし
抵抗は10,100,1K,10K,100K,1Mおよび10MΩをパラメータに
エクセルの散布図でLog-Logのグラフにしました。
散布図でないとLog-Logとして表示できないようです。
キャプチャーした図を下絵にしてイラストレータ上でプロットしました。
横軸のSource Resistanceはデータ・シートから1KHz時の
入力雑音電圧(en)と電流(in)を読み取りRs=en/inとしています。
縦軸はen値です。
OPAによって1KHzの仕様が無い時はデータシート上の(xxxKHz)で示してあります。
*
低雑音OPAを使う上で抵抗の熱雑音とのトレード・オフ点が見えてくると思います。
1KΩの熱雑音は25℃で約4nV/√Hzです。
右の固まりがFET入力OPAです。
摂氏とケルビン温度計はWikiから拝借しました。
参考にした資料はAnalog DevicesのApplication Note AN-940です。
興味を持たれた方はぜひAN-940を読んで下さい。
Let's Enjoy!

20150706_173824

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2015年7月 3日 (金)

TPS7A4700 評価ボードのStep Responce

レギュレータのステップ・レスポンスにおいてパルスのtr,tfを変化させた時の
出力レスポンスを観測してみました。

駆動回路は前回シミュレートした回路を組上げました。
周期は100mSでパルス幅は120uSです。
スコープのスケールは全て同一でHorizontal:20uS/div.
Upper:Vertical:1mV/div. 電流波形:Vertical:2mV/div.  
Lower:Vertical:5V/div.
TPS7A4700 評価ボードの出力は内蔵のセラミック・キャップのみです。
負荷電流は約8mAを常時流しておいて約50mAをスイッチしています。
*
治具が異なると収集波形も異なっていました。
これについて追試してみようと思います。
今回は応答波形がステップ入力パルスのtr,tf でどのように出力されるかという事に的をおきます。
tr,tfが約100nS時の応答波形20150703_170013
tr,tfが約5uS時の応答波形
100nSから5uSまで可変していくと出力振幅は遅延しなら徐々に小さくなっていき下図のようになりました。

20150703_202225

tr,tfが約100nS時の電流波形

(MOSFETスイッチのソースに100mΩのシャント抵抗器を追加しその電圧をモニター)

20150703_165949

tr,tfが約5uS時の電流波形

20150703_165928

TPS7A4700 評価ボードの出力にLow ESR 1500uF/6Vを接続
手持ちの色々なキャパシタを試してみましたが固体アルミ電解が良い結果でした。

20150703_202306

20150703_202249

雑感

LDOにもよると思いますが

もう少し大きな差がでると予想していましたので意外な結果でした。

20150703_170700

参考資料:TI

1.AN-1733 Load Transient Testing Simplified

2.High-Speed Load / Line Transient Jigs and App Report for Testing Fast Response POL Regulators

この図はAN-1799からの引用ですがとても理解の助けになります。

20150703_195702

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