Analog Discovery_Impedance Analyzer(9)DE-5000

随分と前のできごとですがLCRメータDE-5000は内部をいじって壊してしまいました。

今回はそのケースを有効活用する事にしました。

内部には都合の良い事に1MΩ,100KΩ,10KΩ,1KΩ,100Ωの精密なチップ抵抗が実装されていました。

10Ωのみ追加しました。

この状態でOPEN-SHORT補正を行いました。

ケーシングしているので補正結果は安定していて再現性があります。

外側が補正後のOPEN-SHORTです。

ケルビン・クリップも試してみました。

この状態でOPEN-SHORT補正してみました。

外側が補正後のOPEN-SHORTです。

縦軸は注意して読んで下さい。

OPEN-SHORT補正も限界はありますので配線はなるべく短い方が良い結果となりました。

OPEN-SHORT補正曲線の内側が測定可能範囲になります。

上記2点の測定結果の条件はRESISTOR FIRSTモードで基準抵抗は１KΩです。

アンチエリアシング用 ７次 LPF(5)パターン設計

アンチエリアシング用　７次 LPFのパターンを設計中で基板サイズは１００mmx25mm。

入出力コネクタは　BNCですがSMAも実装出来るように変更中。

アンチエリアシング用 ７次 LPF(４)

前々回の説明と重複する箇所があります。

バターワースで１５０Hz,1.5KHz,15KHz,150KHzのFDNR 7th LPFをLTspiceします。

***

アンチエリアシング用　FDNR ７次 バタワース LPFの抵抗値を正規化テーブルから求めます。

正規化テーブルは「計測のためのフィルタ回路設計」遠坂　俊昭著著p.127からの引用です。

BRUTON変換した抵抗値はE96(1%)を並列接続して計算値に合わせ込みました。

赤色が計算値と実装値になります。

実装する抵抗値でLTspiceしてみます。

キャパシタの誤差を含まないLTspice結果です。

150KHzはGBWの異なるOPA２種で試しています。

GBW=150KHz　:　LT1057　＜　150KHz_2 : LT1122

カット・オフ周波数：１５０Hz,1.5KHz,15KHz,150KHz

抵抗値は同じ条件でキャパシタをデカード毎に変更しています。

キャパシタ値は上図に記してあります。

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。

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。

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

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。

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。

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？

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。

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。

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。

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。

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。

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。

f0は141.7Hzでした。

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。

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↓..↓

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。

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。

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！