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2018年2月28日 (水)

アンチエイリアシング用 7次 LPF(3)

カット・オフ周波数(ー3db)ポイントを拡大するとフィルター方式の違いが判ります。

この波形からチェビシェフとバタワースのステップ・レスポンスは
リンギングが生じるであろう事は容易に推測できるとおもいます。
赤:ベッセル
青:バタワース
茶:チェビシェフ
アンチエイリアシング用フィルタはバタワースで組む予定です。
FDNR(Frequency Dependent Negative Resistance)の性能を引き出すには
Cを選別する手間ひまにかかってきそうです。
20180228_164537

アンチエリアシング用 7次 LPF(2)

LPFのカット・オフ周波数とキャパシタから抵抗値を求め

正規化テーブルからBruton変換する表計算をエクセルでつくりました。

20180228_134936

Bruton変換した抵抗値をLTspiceに入力します。
上からChebyshev,Butterworth,Besselの値を入れました。
150Hz、1.5KHz、15KHz、150KHzはキャパシタ値をかえてLTspiceします。
0.22uF,0.022uF,2200pF,220pF

20180228_135027

左から150Hz、1.5KHz、15KHz、150KHzで
縦軸を150Hzに合わしてあります。
150KHzはOPAのGB積が足りないように見えます。

20180228_133731

OPAをLT1057(GBW=5MHz typ.)からLT1122(GBW=13MHz typ.)に変更してみると
Butterworthは7th(-140db/dec)を確保できたようです。

20180228_143327


2018年2月27日 (火)

アンチエリアシング用 7次 LPF

「計測のためのフィルタ回路設計」 遠坂 俊昭著

アンチエリアシング用 7次チェビシェフ・フィルタの設計 p.133の設計図を
LTspiceしてみました。
入出力には設計図には記されていないバッファを配置しました。
抵抗はE96を並列接続して設計値に合わせてみました。
7次のフィルタって凄いですね!
キャパシタ誤差0%でのシミュレーション結果はBrick Wall Filterです?

20180227_190118

コーナ部の拡大です。
Cut Off Frequency : 19.92KHz-3db
Ripple : +/-0.3db
リップルをシミュレーションに近づけるためには教本によると
キャパシタの相対精度の合わせ込み次第との事です。
20180227_191255
カットオフ周波数を変えての定数の決定方法を勉強中です。

2018年2月26日 (月)

DigiKeyからの贈り物

DigiKeyから贈り物が届きました。

t=1.6mmのPCBの表裏にmmとinchスケールで

プリント基板設計に重宝しそうなアイテムが満載です。

20180226_234420

20180226_234542

2018年2月24日 (土)

Capacitor Flux Cancellation

キャパシタを表裏に実装すると

フラックスがキャンセルされインダクタンスが減少する事の確認実験です

最終的には下図のような実装になりました。

チップ電解コンデンサは33uF/10Vです。

20180224_151350

Cカーブは33uFを20個並列接続のデータです。

Dカーブは33uFを基板の表裏に各10個並列接続したデータです。

同じ容量ですが表裏に各10個を配置すると

フラックスがキャンセルされてインダクタンス成分が減少しています。

表題の写真のデータはEカーブになります。

20180224_150957_2

スピーカのインピーダンス測定

スピーカのインピーダンスを測定してみました。

20180224_101023


設定はResistor Firstで1KΩです。
この辺りのインピーダンスだとOPEN-SHORT補正無しでもほとんど変化は有りません。
公称インピーダンスは400Hzで測定します。7.79Ωでした。

8ohm_sp_impedance

f0は141.7Hzでした。

20180224_100736

この測定方法は入力抵抗が1KΩで

DUTの8Ωに比して十分に高い抵抗値なので電流ドライブと見なせます。

  • 入力抵抗が1KΩなのでスピーカの駆動レベルは非常に少ないという条件になります。

2018年2月23日 (金)

アンチエイリアシング・フイルタ

80 万ヒットの応募はありませんでした。

多分に見過ごしてしまったかもしれません.....また企画..?します。

***

久しぶりにトランジスタ技術を購入しました。2月号。

Analog Discovery2 の和訳マニュアルが欲しかった?

記事で興味を持ったのはAnalog Discoveryでのスペクトラム測定時に

アンチエイリアシング・フイルタの必要性の詳述記事が勉強になりました。

Fcが150Hz,1.5KHz,15KHz,150KHzのLPFを用意すると正確に

スペクトラムと雑音測定が出来るそうで

LPFは7次のバターワース特性だそうです。

*

トランジスタ技術 2018年2月号 p.118からの引用↓..↓

20180223_204825_2

2018年2月22日 (木)

Analog Discovery_Impedance Analyzer(8)Load First

Analog Discovery_Impedance Analyzerの回路方式で今まではResistor Firstで実験してきました。

今回はLoad Firstで実験してみました。
100mΩ近辺のノイズが大きい結果となりました。

20180222_171655

20180222_171214

20180222_171232

緑の線はW1の出力でクリップ先端に半田付けしています。

少しですが100mΩ のノイズ低減が出来ましたが体制に影響は無いと思います。

20180222_171107

収集結果に贅沢な注文はつけられません。

なにせ抵抗一本でここまでのデータが採れるのですから!

Analog Discovery_Impedance Analyzer(7)

前回測定したAnalog Discovery_Impedance Analyzer(6)での

100mHと33mHのSRFが丸みを帯びていました。
ステップ数を200から500にして再測定しましたらピークが見えてきました。
ステップ数を変えたのでOPEN-SHORT校正をやり直しています。

20180222_134730

80万カウントのプレゼント

ご愛読有り難うございます。

2018年2月22日午後一時現在のカウント値です。

800000ジャストの方にささやかながらプレゼントを差し上げたいと思います。

800000ジャストの方は

Made in TOKYOの中からお好きなアイテムを一品選んで

カウント値のキャプチャ画面と一緒にプロフィールのメアドに送って下さい。

速攻でプレゼント品をお送りします。

20180222_125933

2018年2月21日 (水)

Analog Discovery_Impedance Analyzer(6)

超簡単な回路なのでユニバーサル基板に組み込んで再測定します。

Analog Discovery_Impedance Analyzerの周波数スパンは25MHzまで設定できます。
10uHのインダクタを測定してみました。
カタログでのSRFは14MHzです。
SRF:Self Resonance Frequency(自己共振周波数)

20180221_175239

SRFの実測値は21.9MHzでした。

周波数スパンは1KHz to 25MHz

Open-Short Compensation

20180221_180834

High(1KΩ)-Low(10Ω)をトグル・スイッチで切り替えられるようにしてみました。
Highはインダクタの測定用で Lowはキャパシタの測定用です。

20180221_191806

早速キャパシタの測定をしてみました。

20180221_193035

ナイスなチャートにCheers!!

Analog Discovery_Impedance Analyzer(5) Circuit_Mods

Analog Discovery_Impedance Analyzerの推奨回路を変更して収集したデータです。

スイープ周波数は異なりますが左下に注目して下さい。
インダクタ測定のBefore-Afterです。

20180220_213604

キャパシタ測定のBefore-Afterです。

よりNF社・FRA測定データに近づきました。

20180220_213128

推奨回路ではアナログ入力Ch.1の接続はAWGと並列に接続して発信器レベルを検出していました。

MODsした箇所は

アナログ入力Ch.1を検出抵抗器と並列に接続して流れる電流を電圧に変換した形で
検出するようにしました。

Analog Discoveryの入力は差動アンプ形式なのでフロ−ティング接続しても大丈夫です。

まだ見逃している事があるかもしれませんので参考程度にして下さい。

2018年2月20日 (火)

Analog Discovery_Impedance Analyzer(4)Capacitor

電解コンデンサのインピーダンスを測定してみます。

ディップ・スイッチの抵抗は左から

10Ω,100Ω,1KΩ,10KΩ,100KΩ,1MΩを実装しています。

20180220_31710

群馬アナログナレッジ様からの引用チャートです。

20180220_31437

グラフの上から33uF,100uF,330uF,1000uFで耐圧はすべて50VのMUSEで

上図と全く同じコンデンサで測定しました。

1000uF/50Vのカーブが若干異なり取り敢えずはペンディングとしますが

検討が必要かもしれません。

20180220_32008

疑問点を払拭するまでつづきます。

Analog Discovery_Impedance Analyzer(3)Inductor

前回まではAnalog DiscoveryのImpedance Analyzer機能で

Open-Short Compensationができる事を実験しました。
***
これはハードで組んだHigh Impedance Analyzerの再掲です。
過去の作品で回路は簡単ですが実装には気を使っている様子が伺えます。

20180220_15711

上記回路の収集データの再掲です。
誤植:Frequnce→Frequency
奇麗にデータ収集が行われていますが下図はエクセルで体裁を整え直しています。

20180220_15618

それに引き換え抵抗1本のみでのImpedance Analyzer(WaveForms3.7.5)の
収集データは低インピーダンス領域のS/Nをのぞき、ほぼ再現できています。
測定インダクタは上図と全く同じです。
治具の設定抵抗値は10KΩでアプリ・サイドのResistor値も10KΩにします。
Open-Short補正有り。
縦軸をΩ表示にする為にエクセルで体裁を整える必要も有りません。
ナイスなチャートだと思います!

20180220_14242

測定範囲を10Hzからにすると時間がかかりますので
はじめは100Hzをスタート周波数に設定すると良いと思います。
また測定ポイントを200、アベレージングは5回(または0)にするとストレスなく描画できました。
環境:iMac 27" Late 2012+VMware Fusion
気をつける点は
測定周波数、測定ポイントを変更した時点でオープン_ショートの再校正を行う。
治具の抵抗値とアプリのResistor値を合致させる。
未知のインピーダンスをS/Nよく描画させる為には抵抗の値を試行錯誤する必要が
出てくるかもしれませんが根気よく愉しんで下さい。

もう少しつづきます。

Analog Discovery_Impedance Analyzer(2)Open Compensation

Open Compensationの補正効果を確認します。
100KΩの抵抗を接続する前にjigの抵抗を10KΩに設定して
Compensation Menuを利用してOPEN-SHORT(解放−短絡)のデータを取っておきます。
OPEN:鰐口クリップ解放
SHORT:鰐口クリップ短絡

20180220_01620

水色は10KΩでのOpen Compensationの収集したデータです。
Enable Open Compensationのチェックを外した状態だと100KΩは下図の赤色のようになります。
100KΩの高域の抵抗値はOpen Compensationの収集したデータで制限されます。
Open Compensationのデータは治具を含めたAnalog Discoveryの入力容量の影響をうけています。
これを軽減する目的でOpen Compensation 機能が有ります。

20180220_02116

Enable Open Compensationにチェックをいれます。
Open Compensationデータで高域での抵抗値は補正されていることが確認できました。

20180220_02146

上図のポップ・アップ・メニューでのPerform Open Compensationに

マウスのポインタを当てると解放補正が実行されますので

前もって鰐口クリップを解放しておかないといけません。

同じくPerform Short Compensationのときは

前もって鰐口クリップを短絡しておかないといけません。

上記と下図は連動していてどちらで設定してもOKです。

補正作業は周波数やステップ数を変える毎に再実行が必要です。

Resistorの設定は10Ω,100Ω,1KΩ,10KΩ,100KΩ,1MΩで

治具側の抵抗と合致させる必要があります。

メニューのResistor値を変えたときにI/O出力に信号を出してくれると

治具側の抵抗を連動出来て設定ミスを防げるのと測定がはかどります。20180220_05413

つづく

2018年2月19日 (月)

Analog Discovery_Impedance Analyzer(1)Short Compensation

WaveFormsが3.7.5にバージョン・アップされていました。

20180219_181340

嬉しい事に Impedance Analyzerがサポートされていました!

Impedance Analyzerが抵抗1本で実現できます。

20180219_162626

オープン・ショート補正が出来ます。

1MΩ,100KΩ,10KΩ,1KΩ,100Ω,10Ωのオープン補正値。

20180219_181948

1MΩ,100KΩ,10KΩ,1KΩ,100Ω,10Ωのショート補正値。

20180219_182010

Short Compensationの効果を確認します。

回路構成はResistor FirstとしてLoad部を鰐口クリップにしました。

20180219_182847

Short Compensationは

プリント基板のパタ−ン部と鰐口クリップまでの配線インピーダンスを測定する事になります。

20180219_185014

抵抗はディップ・スイッチ(青色)で切り替えられるようにしてあります。

上の写真では抵抗が隠れていますが1KΩを選択しています。

Compensationタブをクリックすると下記のメニューが出てきますので

ディップ・スイッチの設定抵抗と同じ値(1KΩ)のShortをクリックすると補正が開始され

短絡した配線経路のインピーダンス曲線が得られます。

20180219_194247

短絡補正値はたいていの場合リード・インダクタンスの影響で右肩上がりになります。

短絡した鰐口クリップはそのままの状態でSingle(またはRun)で測定状態にします。

右肩上がりが補正できています(黄色)

美しい!!!

20180219_191423

Digilent社の説明書です。

Using the Impedance Analyzer

続きます............

2018年2月10日 (土)

Nazar Shunt Regulator+DC/DC(MCW03-05D15)_3

DC/DCコンバータからの輻射ノイズを調べてみました。

Nazara Shunt RegulatorとDC/DCコンバータの間にDIYしたループ・アンテナを配置して
近傍磁界をピックアップしてみました。
レギュレータの出力ノイズは50uVrmsでした。

20180210_131040

DC/DCコンバータからはスイッチング・ノイズが四方に拡散していると思われますので

DC/DCコンバータに銅板をたてかけて結合を遮断してみました。

スペクトラムは減少しました。

帯域500KHzのUA-1SでのNazara Shunt Regulatorの出力ノイズは

10uVrms程減少しています。

20180210_131057

ループ・アンテナは目に見えない?近傍高周波磁界が見えるようになります。

同軸は1.5D-QEV
直径は仕様目的にあわせて任意ですが15mm位が良いと思います。
50Ω終端してスコープやスペアナに接続して使います。

20180210_134542

おわり

Nazar Shunt Regulator+DC/DC(MCW03-05D15)_2

DC/DCコンバータ(MCW03-05D15)の入力スペクトラムを.........
DIYしたCurrent ProbeでDifferential Mode Noiseと
Common Mode Noiseを観測してみました。
カーレント・プロープのトロイダル・コアに配線を通す時に
クロスさせてDifferential mode Measurements
ストレートでCommon mode Measurementsとします。
20180209_233228

コモン・モード・トランスを通したスペクトラムは右側です。

コモン・モード(Green)は減少しファインメットの効きは良いです。

1uF/400V(Red Film Cap)をDC/DCコンバータの入出力グランドに接続して

絶縁型DC/DCコンバータの入出力をAC結合させると

測定上のコモン・モード電圧(Green)を排除できます。下の2画面。

20180209_234619

DC/DCコンバータの入力にLCフィルタを実装するとDifferential Noise(Red)が消えました。

20180209_233407

Nazar Shunt Regulator の入力として5V入力_+/−15V(+/-100mA)出力の
MCW03-05D15はノイズ的には問題無い事を確認できました。
HA800に使った時にどのような再生音になるかは後日の課題とします。
DC/DCコンバータの入力にLC Filterを入れるとスペクトラムは劇的に改善されますが
出力の500KHz帯域のUA-1SでのRMSノイズ電圧に変化は有りませんでした。
しかし可聴領域外とはいえ
高調波による輻射ノイズを低減させる為にLC Filterは入れておいた方が良いと考えます。
注意;
5Vの入力電源はAgilent E3631Aを使用しました。
入力の電源で上記観測スペクトラムはかわりますので相対的な判断材料です。
*
Current ProbeはAnalog Discoveryへ50Ω終端で接続し
スペクトラム アナライザーで測定しましました。

20180210_02706

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2018年2月 8日 (木)

Nazar Shunt Regulator+DC/DC(MCW03-05D15)

Nazar Shunt Regulatorの入力に既成品のDC/DC コンバータを接続してみました。

Nazar Shunt RegulatorのHigh PSRRの検証でもあります。
DC/DC コンバータはPFM方式なので出力電流の変化でノイズ・スペクトラムも変化します。
通常の負荷ではやっかいですが今回の負荷はシャント・レギュレータなので
ノイズ・スペクトラムの変化は僅少なはずで対策は容易になります。
DC/DCコンバータはMINMAX製  MCW03-05D15
 IN 4.5~9V     OUT+/-15V +/-100mA
Nazar Shunt RegulatorのセッティングはVout=+/-11.4V +/-85mA
左がNazar PCB
右がMINMAX製  MCW03-05D15
Nazarの出力はダイレクトに測定用プリアンプ(60db)に接続しています。
DC/DCとの配線長は18cmで輻射ノイズの影響を観測する為です。20180208_210802
DC/DCコンバータはあえてベタアース基板ではなくユニバーサル基板に組みました。
多分に輻射ノイズを撒き散らしていると思います。
DC/DCコンバータの入出力にはインダクタを配置して伝導ノイズ対策です。

20180208_210747

60dbアンプとは下図のように接続しないと同軸ケーブルでは50Hzの誘導を受けました。
基板は300mWの消費電力で設計していたので急遽TO-220を実装し放熱器を取り付けました。
シャント仕様 : +/-11.4Vx+/−85mAで約2Wの熱対策です。

20180208_210728

実測は
60dbアンプを介していますので1mVレンジは1uVになります。
ノイズの読みは700nVrmsでA補正をかけると240nVrmsでした。
                                           (Pri Amp BW:10Hz~100KHz)

20180208_210822

スコープでは5.7uVp-pという結果になりました。

Scope_12

DC/DCコンバータとの同居は距離またはシールド対策で克服できる事を再確認できました。

Nazar vs Salas_Output Impedance

Shunt RegulatorのSalasとNazarの出力インピーダンスをLTspiceしてみました。

入力電圧は9Vで出力電圧は約5Vに設定してあります。

20180207_230142

Nazar(赤)は1MHz位までフラットです。

Salas(青)は70KHzあたりから右肩上がりになっています。

Nazarは位相も平坦です。

20180207_230201

出力に配線のインダクタンスと抵抗を5nH,10mΩとして接続します。

20180207_230219

Salasはケルビン接続の効果で出力インピーダンスはほぼ同じような特性になっています。

また Salasの位相変化は少なくなる方向に寄与しています。

Salasはケルビン接続のインダクタンスと抵抗で再生音に影響がでるかもしれません?

Nazarは配線抵抗の影響を受けていますが位相は100KHzまで素直に推移しています。

20180207_230237

SalasはZobel Networkが必須らしいです。

Salasは気にはしているのですが、まだ組立てた事はありません。

Salas氏はdiyAudioで熱く語られています。

Nazar氏のLTspice データと説明はこちらから。

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

2月8日:データを追加しました。

上図のグラフは出力電圧のカーブで電流で割るのを忘れていました。

以下は出力電流で割っての出力インピーダンス特性です。

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2018年2月 4日 (日)

Composite Amplifier(LTspice)

HA800はComposite Amp(複合増幅器)形式です。

Composite Ampは直流特性と高速特性のいいとこ取りをするという優れものです。

通常、U1には直流特性の良いOPAをU2には広帯域のOPAを選択します。

必然的にU2のスルーレートはU1より大きくなりますしその必要性があります。

コンポジット・アンプ全体の利得はR3とR4で決定できます。

U1自体の利得は独立しての設定は出来ません。

残るU2の利得はどのようにして決めれば良いのでしょうか。

HA800でのTPA6120のスパイスモデルは入手出来なかったので

LTspiceにあるOPAで回路を組んで挙動を観測してみました。

20180204_203553

全体の帰還抵抗はR4=1KΩで入力抵抗のR3を

250Ω(G=6)赤,500Ω(G=3)青,1KΩ(G=2)黒と変化させた応答です。

U2の利得はR1=250ΩでG=5です。

G=6ではなくG=3でピーキングが大きくなっています。

20180204_203529

U2の利得をR1=500ΩとしてG=3です。

20180204_205634

U2の利得を変化させてR1=1KΩとしてG=2です。

20180204_210104

U2のゲインを下げるとピーキングは押さえらる方向に働くようで

所望する帯域とピーキングの兼ね合いは

U2のゲインを実機でステップ応答を観測しながらトリミングする事になると思います。

Slew Rate U1< U2の条件で

コンポジット・ゲイン=U2・ゲインから観測すると良いと思います。

おわり

2018年2月 2日 (金)

We Love Balanced Sound(Deboo Balanced Integrator)

00300202_195616_2

HA800のDC Servo回路の検証をアップし忘れていました。
Debooサーボ回路の出力はU1に接続します。
ここの回路の修正版です。

00300202_193141

下図はDeboo Integratorの挙動を検証する為の回路でHA800ではありません。

Deboo Integratorの出力をU2へ加算しています。

00300202_181807

DCオフセット電圧はゲイン倍されていてサーボ回路は機能していません。00300202_181822
Deboo Integratorの出力をU1へ加算しています。

00300202_181843

結果は良好です。

00300202_181857

組立てて挙動を観測しました。
後付けのこのポジションは放熱器サイドの半田付けが大変でした。

00300202_195550

Analog Discoveryの発振器からDC offsetを印可してDebooの動作確認をします。

00300202_194943_2

薄い色のカーブは1Vのオフセット電圧を印可しました。

2秒強で収束しています。

濃い色のカーブは1Vから0Vに戻した時です。

Deboo Balanced Integratorの動作確認でした。

Scope_11

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