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2016年12月

2016年12月28日 (水)

Troidal Core Current Probe

トロイダル・コアのストックでCurrent Probeの実験をしてみました。

なんの裏付けも無い遊びです。

Toroidal Core : R25.3x14.8x10mm

0.8Φポリウレタン線材:巻けるだけ。

20161228_000006

Function Generator : 1MHz、500mVp-p
BNC-Banana,Banana-BNC Adapterの中間にトロイダル・コアを挿入し
電流を測定しています。

写真では見えませんがCh.1は50Ωで終端しています。
スコープでの電圧値は486.4mVでした。負荷は50Ω Terminatorなので
計算値では486.4mV/50Ω=9.728mAで実測では9.81mAでした。

20161228_000445

トロイダル・プローブの出力は50Ωのフィード・スルーを介してCh.2に接続し50Ωで終端しています。

50Ωフィード・スルー有無の効果は下図のようになります。

20161228_001040

上は焼損させた75Ωターミネータを改造して50Ωのフィード・スルーに。

下はSMAコネクターでDIYしました。

あると便利です。

20161228_002121

Analog Discoveryで周波数特性をみてみました。

100Ωの負荷抵抗に流れる電流を測定しています。

Blueのポテンショ・メータはゲイン調整用です。最終的には固定抵抗に置き換えました。

20161227_222845

1KHzから10MHzまで使えそうですが100mV入力時はS/Nが劣化しています。

100Ω負荷なので1mA相当です。

20161227_183426

何かのときに役に立つかもしれないトロイダル・コアによるCurrent Probeでした。

トロイダルの巻線出力には

ゲイン調整用に510Ωとリンギング防止用に150pFをパラッてあります。

注意:このプローブで矩形波を測定する時は100KHz以上になります。

         参考までに1KHz矩形波入力時は下図のようになります。
         サインでは1KHz〜20MHz位まで使用できます。

Scope_29

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2016年12月23日 (金)

TPS7A4700 Noise Spectrum

猛烈なノイズ・スペクトラムを入力電源としての測定です。

20161223_221441

入力電源はAgilent(E3631A)のテスト・ベンチ用です。

測定は全て60db Ampを介して行いました。

電子負荷で200mA消費時のデータです。

商用周波数の影響は無視してください。

これを取り除くためにはバッテリ−電源でファラディ・シールド対策が必要と思われます。

20161223_230212

テスト・ピースです。この他に電圧設定無しでの出力電圧1.4Vも測定しました。

Noise Reduction用のキャパシタには1uF/35Vのタンタルを実装しました。

20161223_230237

冒頭のグラフをエクセルで体裁を整えてデータシートと比較してみました。

データシートでの負荷電流は500mAですが収集したデータの負荷電流は200mAです。

測定方法と条件が異なりますので参考データですがよく再現できていると思います。

出力電圧が1.4Vと3.3V以外はヘッド・ルームを1Vに設定しました。

参考:Analog DiscoveryのWave Forms2015

Device ManagerでScopeを2x16kに設定するとBINsはAUTOで8193になり
ストップ周波数を8.192KHzにするとResolutionが1Hzになります。

20161224_133313

下図データシートの横軸は1MHzですが収集したデータ(上図)は8.192KHz迄です。

注意して比較して下さい。

20161224_132622

テスト・ピースでの15V(200mA)時の10Hz〜100KHz BPF出力ノイズは少し
ふらついていますが5.8uVrms~6.4uVrmsでした。

TPS7A3301 Step Respnce

Feedforward Capacitorを増やす事によりノイズ・スペクトラムが改善されましたが

他のスペックに影響が無いかの確認測定を試みました。
手っ取り早く過渡応答特性を測定してみました。

下図はデータ・シートからの引用です。

縦軸は100mV/div.ですが....なぜにもっと感度を上げたデータにしないのでしょうか。
20161222_225946

それはさておき
Cf をデータ・シート推奨の10nFでのStep Response(過渡応答特性)です。
入出力条件は上記とあわせてあります。
縦軸の感度を上げていいるので凄く悪いように見えますが
ほぼデータ・シート通りの結果です。
Vertical:20mV/div.
Horizontal:100uS/div.

Step_responce_cf10nf

ここでまたノイズ・スペクトラムが改善されたCfを1uFにした時のレスポンスです。
微差異の説明は省きますがCfを1uFにしても応答波形は問題ありませんでした。
というよりか若干改善されています。

Step_responce_cf1uf

Cfを1uFにした時のスタート・アップ時間ですが安定するまで6秒程要しています。

消費電力を気にしなければ
Feedback Networkの値を一桁下げるのも一案かと思いてきました。

Scope_30

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2016年12月22日 (木)

TPS7A3301 Feedforward Capacitor

前回の記事でTPS7A3301 -15V出力電圧のノイズ・スペクトラムは
Feedforward Capacitor(以下Cf)を増やすと改善されました。

Cfを増やすと起動時間も長くなります。良く言えば?スロースタートになります。
Cfには電源オフ時にFBピンから出力に放電電流が流れます。
結果FBピンに一瞬、正の電圧が印可されます。
FBピンの絶対最大定格は-2V〜+0.3Vです。
下図データのCfは標準の10nFです。ピークで+600mV程あります。
時間は10mS程です。
絶対最大定格の+0.3Vを超えていますが時間が短いからダメージへの影響は無いのでしょうか。

Scope_18

ノイズ・スペクトラムが改善されたCfは1uFでした。
Cfを1uFにして観測してみました。
縦軸、横軸共に上記と違いますので注意してみて下さい。
300mVを超えている時間が200mS程あります。
この状態で実験していても破損する事はありませんが
毎回繰り返しているとICにストレスが加わると考えます。

Scope_19

FBピンにVfの小さなショットキー・ダイオードを接続してみました。
300mV程でクランプされています。
これで安心してCfを大きくした時の実験ができそうです。

Scope_20

上図を最初の10nF測定時のスケールと同じくしてみました。

Scope_22

実験した回路図です。

SDはR2に親亀小亀で実装しました。

出力に電子負荷装置で600mA流して入力電源をON-OFFした結果です。

負荷が軽くなってもクランプ電圧は変化しませんがクランプ時間は長くなります。

20161222_165655

2016年12月21日 (水)

TPS7A3301 -15V Noise Spectrum

パターン・ミスを発見!

Crefはグランドに接続しないといけないのに入力パターンに接続されていました。

下図のように修正して測定しました。

20161221_180219

-5V出力:微分補償用コンデンサのCfをは10nF

入力電圧:ー6V 負荷電流:150mA

入力電源はAgilent E3631A です。

下図はエクセルで体裁を整えました。

縦軸は収集したデータを10^(db/20)で計算させてlog-log表示にしてみました。

20161221_171259

-15V出力:微分補償用コンデンサのCfを変えた時のノイズ・スペクトラムです。

入力電圧:ー16V 負荷電流:150mA

入力電源はAgilent E3631A です。

Red:10 nF

Blue:100nF

Green:1uF

Black:60db Amp Noise Floor

*

LT3042と異なり原理上出力電圧をあげるとノイズは増えます。

上記-5V出力と比較してみて下さい。縦軸の表示方法は異なりますが

下図の-60dbラインが1uV/rtHzになります。

20161221_212009

TPS7A3301のデータシートからの引用グラフです。

出力電圧でノイズ・スペクトラムが変化しています。

20161221_184506

小さな放熱器を接着してヘッド・ルーム1Vで600mAを流して温度上昇を試験中。

20161221_230635

2016年12月20日 (火)

TPS7A4700,TPS7A3301共用基板

用途によって負電圧のレギュレータが欲しい時は
TPS7A4700用の基板を変更してTPS7A3301を実装していました。
その基板もストックを使い果たしてしまいましたので両用できる基板を作りました。
外形はルーター仕上げですがシルク印刷のギザギザが雰囲気を損ねます。
TPS7A4700,TPS7A3301はともに入力印可電圧が最大36V
出力電流が1Aという優れた仕様ですが
今回の基板もLDO特性を利用して入力電圧を出力電圧+1V強として
PSRRを確保しつつ放熱の制限から出力電流は100〜200mAに抑えて
という用途に限定されます。
入力にはX2Yを実装しました。
長穴加工部を半田で埋めてでグランド・インピーダンスが少なくなるようにしました。
これによって入出力コンデンサの共通グランド・インピーダンスが小さくなります。
半田面からTPA7Axxxxのサーマル・パッドに半田付けが容易な大きめなスルー・ホールを設け
小さな放熱器を導電性接着剤で取り付けられるようにレジストを抜きました。
LT3042 Smallと同じ大きさで12.8mmx23mmです。
というかこちらの大きさがオリジナルでLT3042 Smallを創りました。

20161220_232418

おなじみのTPS7A4700は半田ジャンパーで出力電圧を設定します。

20161220_225349

負電圧出力のTPS7A3301は TPS7A4700とピン・アサインが同じです。
出力電圧設定のためのフィード・バック抵抗を半田面に設けました。
R1が出力ピンの至近に配置できましたので
出力インピーダンスは良い結果ができる事を期待したい。
CFは部品面に配置しました。
理想的にはR2のグランドは個別にサーマル・パッドのグランドに接続したかったですが
長穴での太く短いグランド・パターンでカバーできたと考えたい。

20161220_225410

組上げましたらまたレポートします。

USB Isolator USB-01

USB Isolator USB-01を販売します。20120127_104156

USB-01はアナログ・デバイス社のADuM3160を採用しUSBインターフェースを絶縁するアダプターです。
外部電源(+6VDC)供給時は低雑音LDOのADP3338からクリーンな5V・1Amax.を出力します。
バス・パワーではADuM5000で100mAmax.を供給できます。
USBのデータ・ラインにはサージ対策及びノイズ対策を施してあります。

アルミ・ケースに実装しADuM3160、ADuM5000から発生する不要輻射ノイズのEMI対策をしています。

USB Isolator USB-01はUSB2.0 Full Speed対応(12Mbps)に特化した製品です。

High Speed(480Mbps)には対応していませんのでハイレゾ再生には使用できません。

--------------参考:後発のLT社のUSB Isolator LTM2884もFull Speed です。

High Speed対応のハイレゾ音源で使えるUSB Isolatorは現時点では独逸製のみだと思います。
-------------

Analog Discoveryで使用する時は表示スピードが緩慢になる時がありますが

測定精度に問題はありません。

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完成品:6.640円(本体のみ,税込み、付属品無し)+レタ−パック・ライト(360円)

振込手数料はご負担をお願いいたします。

お問い合わせはプロフィールのメアドへお願いいたします。

御見積書をお送りしますのでご検討の上発注して下さい。

注意:ケースの銘板は耐水インク・ジェット・ペーパーで印字したものです。

        ケースはタカチの特注品です。

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ACアダプターとUSBケーブルは秋月さんで購入できますが

代行購入して同梱できますのでお問い合わせ時にコメントして下さい。

下記代金以外の手数料は不要ですがレター・パックの厚み制限が3cmですので
ACアダプターにクッション材は使用できずそのままの形態で同梱します。

コメントを頂いた時は梱包に関してご了承して頂いたものと判断させて頂きます。

宜しくお願いいたします。

秋月価格

スイッチングACアダプター6V1.8A GF12-US0618  @650円

USBケーブル Aオス-Bオス 1.5m  @130円

USBケーブル Aオス-マイクロBオス 0.5m  @120円

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実験結果

Pcb_2

 

Usb_catalog_2

Usb_rear2

Usb_isolator_circuir

回路図の機能を基板のブロックで示します。

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2016年12月19日 (月)

USB Isolator for Analog Discovery

先週の土曜日に収集したデータです。

HP3325BのFunction Generatorから1KHz、10mVの正弦波をAnalog Discoveryでスペクトラム観測した結果です。

Analog DiscoveryはiMacのVMware Fusionで動作させています。

1KHzの高調波以外は

iMacとHP3325BのAC100Vラインでのコモン・モード電圧による影響で

USB Isolatorで奇麗になったと、土曜日は気持ちよく帰宅しました。

20161218_100947

USB Isolatorを介したデータです。

20161218_101134

本日追試しましたが再現が取れませんでした。ACラインの配線は同じ条件のはずなのですなのですが.....................

ということで下記のように接続してスペクトラムを観測してみました。

BNC ConnectorボードのCh.1はショート・プラグ、Ch.2は50Ωで終端してあります。

Ch.1のスペクトラムを比較してみました。

この方法は再現性が取れました。

50hz_test
USB Isolatorを介すと50Hzの誘導は軽減されています。
本来USB Isolatorの目的は外部AC機器をAnalog Discoveryに接続した時のコモン・モード低減にあるのですが
Analog Discovery単体で使用するときでもラインからの誘導を軽減できているようです。

20161219_194616

*******************************************************************
今回使用したUSB Isolator PCBです。
ACアダプター6Vを接続するとダウン・ストリームのUSB-Aコネクターの5V出力には1A_max.まで供給できます。
Analog Discovery2で+/-5Vを出力させ
電子負荷装置でトリップ寸前の+/-80mA流した時の
6V入力の電流値は679mAでした。
その時のAnalog Discoveryの出力電圧は+4.990V/-4.989Vでした。
Analog Discovery単体での消費電流は384mAで出力電源をONにすると無負荷で423mAでした。
トリップ寸前の電流値は個体差があると思われます。
USB Powerでの仕様は+/-250mWmax. なので5V出力時は+/-50mAがMax.ですが実測は上記数値(+/-80mA)でした。
通電後レギュレータのタブ部の温度をK熱電対で測定したところ52℃でした。
Pcb

2016年12月17日 (土)

High Impedance Analyze for Analog Discovery2-PCB販売

基板のみの販売をします。
組立後の技術的な質問はメールでお願いいたします。
知りうる限りお答えいたします。
Analog Discovery Blackで使用する時は+/-5V電源を外部から供給して下さい。
-----------
基板価格
4枚・1セット:    1セット_1.800円   2セット_3.000円
---------------------------------------------------------------
送料、振り込み手数料はご負担をお願いいたします。
納期を頂ければ完成基板も可能です。勿論1枚でもOKです。
ケース加工はご自身でお願いいたします。
お問い合わせはプロフィールのメアドへお願いいたします。

1

販売する基板には0603のチップ抵抗、フェライト・ビーズ、X2Y及びジャンパーは実装してあります。
電解コンデンサとOPA を除いたCRチップ・パーツは0805サイズなので実装の難易度は高くないと思います。
しかし
性能優先のためにベターアースに抜きの加工はありませんので半田付け時に留意して下さい。
電解コンデンサの場合はベタアース部のパターンにコテ先をあて半田を少量流せ込めるまで加熱します。
ランドに半田が流れたら電解コンデンサをずらすようにしてシルク位置まで移動させ上から押さえ込み半田ごてを離します。
Photo
全体の回路図です。
Current Pump回路は今回は使用しません。
電圧−電流変換が必要になったときに使って下さい。
回路の定数は1V入力で1mAの出力です。
出力は電源電圧の半分位までがリニアリティを確保できる範囲です。

Photo

参考部品表です。
適宜変更して下さい。
概略パーツ代算出のための参考部品表です。
エクセルファイルが必要な時はお問い合わせ時に請求して下さい。

20161217_000005

OPAの選択に関しては全てを調査していませんので
他のチョイスがあればアドバイスをお願いいたします。
また組立後にこんな性能を叩き出したとかのレポートを頂ければ
喜んでアップして皆様と情報を共有したいと思います。
宜しくお願いいたします.............羽澤

2016年12月16日 (金)

High Impedance Analyzer for Analog Discovery-3

測定抵抗は1MΩです。高い周波数で浮遊容量の影響を調べるために

High Impedance Analyzer基板の接続方法による違いを実験してみました。

A:アリゲータ・クリップで1MΩ抵抗をクリップして空中に浮かした状態です。

   浮遊容量の影響を受けている事が判ります。

B:1MΩ抵抗をクリップした下はアルミニューム板です。

    浮遊容量が少なくなっています。

C:ケースにいれてのケルビン接続。

D:ダイレクトにケルビン接続。

半田付けのめんどくささをいとわなければダイレクト接続がよい値でした。

DIY'erの評価実験としてはアリゲター・クリップでもありかなと、思います。

20161216_195702

2016年12月15日 (木)

High Impedance Analyzer for Analog Discovery-2

High Impedance Analyzerの測定原理です。

Photo

High Impedance Analyzer for Analog Discoveryの基板は4枚構成です。
一番上の基板はAWGからの信号が浮遊容量を介しての回り込み低減のために右上のランドからケースへ配線で接続します。
切り込み部にはスプリングをいれて陸軍端子を緩めると隙間ができてリード線を差し込みやすいようにしました。
また楕円状基板へのケルビン接続のための信号パターンがあります。
メイン基板にはインピーダンス測定回路とハウランド・カーレント・ポンプ回路が実装できますがハウランド・カーレント・ポンプ回路は使用しません。
楕円状の基板はケルビン接続のセンス端子として使用します。
反対側は同じパターンでハンダレベラー仕上げです。
ビアをリング上に配置して強度を確保しました。
長方形の基板にはAnalog Discoveryに直接接続するためのコネクターを実装します。

4

Improved Howland Current Pump (Output Impedance)

Improved Howland Current Pumpの定数決定のためにシミュレーションです。

カーレント・ソースは高インピーダンスが命という事で

Improved Howland Current Pumpの出力インピーダンスを最大にするために

抵抗値の精度がどのように影響するかを調べます。

使用するOPAで特性は変わります。ここでは THS4011でのシミュレーシンです。

基本的な結果は

回路でR11とR12の抵抗の絶対精度は重要でありませんがマッチング精度が出力インピーダンスに影響します。

(R14+R15)とCMR adj Networkのとのマッチング精度も出力インピーダンスに影響します。

以上を踏まえて読んで頂ければ..とおもいます。

Howland_test_circuit2

出力インピーダンスは下記回路でVz/IRzでシミレーションしました。

Zout_test_circuit

CMR adj Networkの合成抵抗(R131)をパラメータ・スイープした結果です。

理論値では11KΩですがTHS4011のバイアス電流の影響と思われる結果が得られました。

グラフの三角マークが11KΩです。
これはトリミングできるので問題無いですがシビアな抵抗値です。

Ths4011_zout

上記結果からCMR adj Networkを11.009KΩに固定してR11をパラメータ・スイープしました。

10KΩ+/-1Ωの変化で出力インピーダンスは1デカードも変化します。

1Ωは10KΩで0.01%です。

10KΩの絶対精度は必要ないので1%精度の抵抗が20個もあれば

相対精度で1ペアを選別できまると思います。

Zou_r11

Improved Howland Current Pump回路は抵抗値の絶対精度は必要ないが相対精度が要求される事が判りました。

R11、R12の抵抗は下記の個数で0.01%ペアを選別できました。

Photo

選別した抵抗をR11,R12に実装しました。

Hoeland_current_pump_pcb

-

Howland Current Pumpの出力インピーダンスを最適値に調整する原理図がTI社の
AN-1515にありましたので回路図を下記に引用し実際に試してみました。

20161214_232039

上図のセッテイングで出力インピーダンスを最大にするためのCMR adj. VRの調整です。

スコープはX-Y modeです。

VR位置はほぼ中央でした。

Photo_2

200Ωボリュームでの挙動。

Scope_15

Scope_16

2016年12月13日 (火)

High Impedance Analyzer for Analog Discovery

High Impedance Analyzer for Analog Discovery

インダクタ−等のハイインピーダンス測定用プリント基板です。

20161208_183105

太陽誘電のインダクターを測定しました。

Lhl10tb

下図は群馬大学の「アナログお役立ち実験室」でNF社製のFRA(Frequency Response Analyzer)を使用して測定したデータです。

第一回 インピーダンスの計測から「高インピーダンス計測方法」から引用させて頂きました。

この記事がきっかけでAnalog Discoveryでのインピーダンス測定にはまりました。

2年も以上も前からですが..........

Lhl10tb_2

インダクターに流れる電流は反転増幅器のバーチャル・グランドを利用した電流−電圧変換で測定します。
バーチャル・グランドは理想的には0Ωですが実際は有限の値をもちます。

下図の回路で2種類のOPAの入力インピーダンスをシミュレーションしました。

Input_impedanse_3

LT1363_GB:70MHz,Ib:2uA ....「高インピーダンス計測方法」で採用しているOPA。

OPA659_GB:650MHz,Ib:10pA ......今回採用したOPA。

OPAのたちで随分と違いがあることを知りました。

「高インピーダンス計測方法」でも述べられているように高い周波数で低インピーダンスを測定する時は入力インピーダンスが大きいと誤差要因になります。

Input_impedanse_2

シミュレーションで入力インピーダンスが低くGB積が大きいOPA659は実回路において
1Ωラインが高域までよい特性です。

Photo回路図です。

電圧検出は低入力容量のOPA659を使用してDUTの両端を測定しています。

Buffer OPAとI/V Convertor OPAは同じOPAを使う事により位相ずれを抑えられます。

20161213_020058

実験風景

回路図のHowland Current Pump Circuitは使用していません。

陸軍タ−ミナル部でケルビン接続になっています。

中央のしきり板はAWGから検出部へのストレー・キャパシターによる結合を緩和させるために設けました。

しきり板はスプリングで押していますので陸軍端子を緩めるとケルビン接続端子基板も移動します。

Photo_2

冒頭のデータはエクセルとイラストレータで体裁を整えました。

Analog Discoveryでの生データは下図のようになります。

位相特性は大変に奇麗?だと思います。

20161213_022553

Analog Discovery のレガシー・バージョンは電流リミットがシビアでトリップしやすくてあまり実用的ではありませんでした。

AD2の電源は強力になりましたが電源供給中はUSB電流をモニターするルーチンで動作が緩慢になりちょいといらつきます。試験中は基板に直接ケーブルを接続して外部電源から供給しました。

下図は今回の基板でAnalog Discoveryの電源リップルと[X2Y+フェライト・ビーズ+Cap]を通したあとの実測リップル波形です。

V:Ch.1 & Ch.2   2mV/div.

H:1uS/div.

Scope_14

上のリップル電圧測定はプロービングでのループ・インダクタンスを最小にするために同軸ケーブル直づけで測定しました。

20161213_025722

20161213_033117

20161213_033507

20161208_184637

20161213_033950

2年前の出来事....

終了って書いていますが重箱の隅を突っついた結果が今回の基板です。

2016年12月 1日 (木)

Balanced in-out Current Conveyor

唯我独尊、五里霧中の結果で備忘録としてアップしました。
先輩諸氏のアドバイスを頂ければ幸いです。

目的はDAC PCM1794を想定しています。

20161201_185753

*

20161201_185008

*

20161201_190117

*

20161201_184446_2

Constant Current Source(CCS)

CCSのリップル・リジェクションをシミュレーションしてみました。

検出抵抗1Ωで1MΩを接続した時は-120dbになります。

これを目安に異なるCCSの出力インピーダンスのシミュレーションです。

20161130_231822

1MΩの基準抵抗はシミレーションではフラットですが

実際は数十KHz近辺から右肩上がりになるはずです。

LM336-5 +2SA1015が良い結果でした。

オーソドックスなLEDを基準にしたCCSは素直な特性でした。

シミュレーション結果のデータはあくまでも目安です。

J−FETのカスコード接続は

ピンチ・オフ電圧が影響するのでこれは実測データで実験するしか無いと思う。

20161130_231806

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