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2016年10月

2016年10月27日 (木)

Simple Op Amp Measurements

-
AC CMRR特性の測定方法は..僕にとって、はっと考えさせられる方法でした。
赤字はメモとして追筆しました。

20161026_235714

上記CMRR測定方法の逆をいく考え方で
CM電圧で電源電圧を制御してCMRRを低減する回路がありました。
*
計測のためのアナログ回路設計:遠坂 俊昭著 CQ 出版社
*
p.130に
「電源をコモン・モード・ドライブする差動アンプの構成」として
具体的な回路が掲載されています。

20161027_000804

上図は「計測のためのアナログ回路設計」遠坂 俊昭著  p.119からの引用です。

2016年10月25日 (火)

Analog Discovery DC Drift

Analog Discoveryの入力端子短絡時のオフセット電圧とドリフトを観測してみました。

十分にエージング後にキャリブレーションしました。
下図の左端はフラットな状態が続いていました。
外部からファンで通風するとCh.1とCh.2の温度分布が均一になったように見えます。

20161025_230838

ファンで上部の隙間に通風している様子です。

20161025_222426

ロガーで電圧測定する時の縦軸のデフォルトはMaximですが
マニュアル設定で5mVに設定しました。

2016年10月24日 (月)

Analog Discovery Network Analyzer Interface

先に作ったNetwork Analyzer Interface回路をより特化して専用回路としました。

目的は増幅器のゲイン分をATTで減衰させてボーデ・プロットさせることです。

AWGからの出力はスプリッターを介してCH.1とATT回路に分岐させました。

20161024_202056

ATT回路のために銅箔テープでグランド・プレーンを作りました。

20161022_155551

チップ抵抗は1608サイズで回路図通りの定数で2個並列実装です。

減衰特性は0.05db以内に収まっています。

10MHzまでのATT回路はグランド・プレーンを強化するだけで段間をシールドさせなくて良いようです。

20161022_155645

今回はATTパターンをTDRでどんな風になるか観測してみました。

パルサーにRG316_1.5m(50Ω)を接続して先端解放時の反射です。

パルサーから同軸への接続は50Ωのフイードスルーで不要な反射を防いでいます。

スコープへは最短の直結結線としています。

 約15nSに反射が現れています(2番目のピーク)...同軸ケーブル長

TDR測定のためのパルサー回路はこちら。

20161024_201551

50Ωで終端すると反射は消えます。

20161024_201603

作ったATT回路の出力に同軸ケーブルを接続しATTはオープンの状態です。

20161024_201639

1db ATT ON

2att1db

2dB ATT ON

3att2db

3db ATT ON

4att3db

5db ATT ON

5att5db

10db ATT ON

6att10db

20db ATT ON

7att20db

2016年10月21日 (金)

Analog Discovery Network Analyzer

Analog DiscoveryのNetwork Analyzer Interface回路を作ってみました。

AWGの出力は固定にしてATT回路を付加して出力を可変できるようにしました。

20161021_205213

ATTはAnalog Discoveryの帯域をフルカバーできています。
フラット・ネスは0.03db。

20161021_185733

60dbを超えたあたりからはAnalog Discoveryに限界値。

20161021_193533

πATTの実装写真。

ベタアースをユニバーサル基板上に銅箔テープで。

20161019_195945

πATTの定数は全てE24シリーズ抵抗を2パラで計算値に近づけました。

10MHzまでは上記レイアウトで良い結果をだせたとおもいます。

20161019_200201

2016年10月16日 (日)

Analog Discovery Spectrum Analyzer (BINs vs V/√Hz)

キャプチャー画面はAnalog Discovery Ch.1入力を短絡させ
10KHz~100KHzのビン設定を変えた時のスペクトラムです。
4本のスペクトラムは同じ雑音密度になるはずです。
BINsは上から1025,2049,4097,8193です。
Bins10khz100khz_2
収集したデータをエクセルで処理したところ全て同じ電圧密度となり確認終了です。20161016_114638_2

参考まで........

20161016_114751_2

2016年10月11日 (火)

Low Noise Wide Band Amplifier(DC to 10MHz)-2

先に作ったFront EndのAD797の利得5倍を4パラにしたらどうなるか
気になりMultiSimでシミュレーションしてみました。
ノイズは並列個数のルート分の一になりますので

4並列ですから1/2になるはずです。
シミュレーションでは理屈通りでした。

20161011_215855

AD797を4パラにしても周波数特性の変化は見られませんでした。20161011_215728

時間が取れたおりにはAD797を4パラにしてAnalog Discoveryで測定してみたいです。

20161011_220222

2016年10月 9日 (日)

Low Noise Wide Band Amplifier(DC to 10MHz)

先に試作した帯域は10MHzを確保しつつ Low Noise を目標にした60db Ampをまとめあげました。

20161009_002404

初段のAD797以外は評価基板のパッチワークです。

20161009_002258

AD797はゲイン5倍なのですがグランド・インピーダンスは下げています。

このハモンドケースのパネルは強力なアルマイト処理のために

20161009_002611入力のBNCコネクターは銅板を介してアルミケースに接触するようにしました。

ケースの切断部分はアルマイト処理がなされていませんので.....

20161009_002659

内部の全体写真です。

20161009_002311

電源はバッテリー・オペレーションしました。

LT3042で+/-5Vを作りました。

20161009_002420

ロータリースイッチを使用した理由はLT3042正電圧レギュレータを負電圧に使用するために1次側で両ポラリティの切り替えが必要なためです。

ノブにLEDを仕込んでみました。

20161006_224654

ケース組込後のノイズ・スペクトラムです。

遠坂先生のアドバイスを踏まえた

窓関数はRectangularで補正値1.066を加味したデータです。

BIN数はスタート周波数の1/100に設定し

デカード毎に取り込んだデータをエクセルで体裁を整えました。

20161009_002008_2

確認のために入力を短絡した時と50Ω終端抵抗を接続したときの

10Hz~100Hz領域を観測してみました。

AD797 Gain=5 のフロント・エンドは功を発しているようです。

20161009_002037_2

最終回路図ですが図のR100はシミュレーションのためで実機には実装していません。

電源周りのパスコンも表示していません。

20161009_012630

ホントかなと思う程、低雑音の広帯域アンプになりました。

見過ごしている事が無ければよいのですが.............

...............この項は取り敢えずこれで終わりにしたいと思います。

2016年10月 8日 (土)

Analog Discovery Calibration

20161008_201252
正確なデータを収集する時はAnalog Discoveryをエージングしたあとに
キャリブレーションで微調していますが毎度の配線が煩わしく
Analog Discoveryのポートにスイッチ基板を作りましたら
とても便利に使えましたのでヒントのお裾分けです。
電圧計に接続するコネクタはSMAコネクタである必要は全く有りません。
*
キャリブレーションはとても簡単です。
Device ManagerからCalibrateをクリックします。

20161008_205905

右上のWizardを起動します。

20161008_210342

手順が示されます。邦訳すると

このデバイスのアナログ部品の校正をお手伝いします。

精密な電圧計とジャンパー・ワイヤーを用意して下さい。

*

精密な電圧計の分解能の指示はありませんが

経験上1mVを精確に測定できる必要があります。

20161008_211502

1.Wave Generator 1 Low Gain

2.Wave Generator 1 High Gain

3.Wave Generator 2 Low Gain

4.Wave Generator 2 High Gain

全て精密な電圧計で測定した値を入力します。

下図はAWG出力が0mVですよ、デバイスの測定電圧値は何ミリボルトでしたか。

という事で電圧計の読みを入力します。

下図の場合の測定電圧は多分数ミリボルトのずれだと思います。

測定電圧を入力します。

Wizardの指示に従ってひたすら電圧計の読みを入力して下さい。

20161008_211540

全て入力し終えると次のステップが表示されます。

5.Oscilloscope

「オシロスコープの校正をするので入力のNとPをグランドに接続して下さい」

入力は差動なので上記表記になっています。

IN1+とIN2+はPです。

IN1-とIN2-はNです。

差動入力のIN1+,IN1-,IN2+,IN2-の全てををグランドに接続します。

接続が終了したらNextで次に進みます。

20161008_213216

このステップの前にAWGが校正済みである必要が有ります。

今回はWizardのステップ通りに進んでいますから校正は済んでいます。

IN1+,IN2+をAWG1に接続しIN1-,IN2-はグランドに接続します。

20161008_213905

実行すると自動でAWGからの信号でスコープ・ゲインが微調されます。

20161008_214050

キャリブレーションが終了すると自動で次のステップの内臓パワーサプライ電圧の校正モードになり

校正結果も表示されます。

内臓パワーサプライ電圧の校正は

今までと同じように電圧計の読みを入力します。

正電圧の校正値を入力し終えると負電圧の読みを要求されますから同様に入力します。

20161008_214313

図には有りませんが
最後にApplyボタンをクリックして校正値を反映させます。

必要に応じてデータをHDに保存します。

文章で書くと面倒なようですが実際はそんな事はありません。

校正した結果をキャンセルもできますし、工場出荷状態にいつでも戻せます。

***********************

更正後のレベル確認です。

AWG設定:1MHz 1.414V

0dbが-04..dbは許容範囲だと思います。

FF(Fundamental Frequencyの振幅)値の差は0.029dbとマッチングがとれています。

もし納得のいかない結果の場合は再度キャリブレーションを行って下さい。

Calibrationの精度(微調)を確保するためには5V電圧測定時に0.1mVの分解能は必要かと思います。

1mhz_1414v_fft校正時のジャンパー配線を省くためのスイッチ基板の参考配線図です。

20161008_200141

配線の様子です。トグル・スイッチの金属部分はグランドに接続しました。
コネクタ部のストレスを軽減するために高さを揃える脚をつけました。

20161008_201308

AWGとOscilloscopeの微調はNetwork Analyzerのような比を測定する場合に
有効だと考えます。
環境温度によりAnalog Discoveryの内部温度も変化します。
アナログ素子は温度に敏感ですから校正の必要性が理解できると思います。
校正データを保存するときには内部温度をタイトルに+αしています。
以上でこの項は終わりです。


2016年10月 1日 (土)

Low Noise DC to 10MHz Wide Band Amplifier

Analog Discovery の帯域を有効活用する為のプリ・アンプです。

という事で帯域は10MHzで低ノイズを目標にしました。

ロー・ノイズ・アンプは初段で決まります。
ゲインを稼ぎながら帯域を確保したいのですが
あっちをたてればこっちがたたずで試行錯誤しました。
AD797はGB積がG=1000で110MHz typ.,G=10 で8MHz typ.です。
データ・シートからG=5にするとギリギリ10MHzまで持っていけそうと考えました。
AD797はハイ・ゲイン用なのでゲイン5倍の挙動は初めてです。
MultiSimで下図のようなゲイン配分でシミュレーションしてみました。
(試作器はAD797にオフセット調整ポットを実装してあります)20161001_150749
8MHz近辺でピークが観測されています。
上図のR100で60db減衰させたのでこのようになりました。
減衰させない時のシミュレーション結果はフラットです。
これはAD797を低利得小信号で使用した時の特性のようです。

20161001_150632

20161001_150651

上図はシミレーション結果でゲインが1000倍なので1uVが1nVに相当します。
下図は実測したノイズ・スペクトラムです。
デカードごとのビン設定はスタート周波数の1/100 にしました。
遠坂様のアドバイスから窓関数はRectangularで補正値として1.066を乗算した結果です。
エクセルで全体の体裁を整えたかったのですがちょいと手抜きをしました。
スパンをシミュレーション結果のように10nVにすればもう少し見やすくなったと反省。

20161001_160627_2

実測した Bode Plotです。

10KHzからレベルが落ちているのは初段のAD797がロー・ゲインのせいか
Analog Discoveryせいかは判断出来ていません。

取りあえずはゲインを微調整してケ−シングしたいと思います。

20161001_160016

参考:Analog Discoveryの−60db Bode Plotです。
200KHzを過ぎたあたりからレベル低下と1MHz超からは不連続性がみられます。
Analog Discovery1,2ともに類似した特性でした。

20161001_161135

スコープでの出力ノイズ観測。

一番ピーク・ノイズの大きいスイープ時間を選択しました。

20161001_153327

今回の試作は20年ほど前にGB積を評価した基板の復活利用でした。

右の基板には懐かしいナショセミのロゴが。

20161001_213849

閑話休題

ON SemiconductorがFairchildを買収しました。

世の趨勢とはいえFairchildの名前が消えるのは寂しいです!

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