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07.Measurments

2016年3月 8日 (火)

ADM7151 vs LT3042 (Output Impedance) by Analog Dicovery

Low Noise Regulatorの代表格である2種類のOutput Impedanceの比較を試みます。
ADM7151は評価基板のByp Capとして100uF/4V polymer Capを追加してあります。
LT3042はユニバーサル基板でDIYしたものです。

入出力のCapは10uF/50V X7R+OS-CON 22uF/20Vで

Ref Bypass Capは4.7uF/35V PMLCAPです。

条件はLT3042の最大出力電流に合わせて測定しました。

Input Voltage : 5V

Output Voltage : 3.3V

Load Current : 200mA

ついでにTPS7A4700の評価ボードのデータも収集しました。

実使用時は出力に接続されるパターンやワイヤのインピーダンスが加算される事になります。

20160308_174543

という事で
リ−ド線と銅箔のインピーダンスが気になりあらためて測定してみました。

5x20mmの銅箔(35u..だと思う)で2mΩあります。

銅箔の中央部にそって半田を盛ったのがSolderで1mΩまで減りました。

銅線は2本を並列にするとインダクタンスが下がります。

セオリ−通り打ち消し具合が間隔により変化しています。

ピッチは5mmと2.5mmのアバウトな間隔です。

φ0.8 L=20mmのインダクタンスは半田付け部分をのぞいて17mmとすると12.58nHです。
100KHzにおけるインピーダンスは7.9mΩで実測値は6.8mΩでした。

20160308_174842

TPS7A4700評価基板の出力は端子迄グランドプレーン構造になっています。

これはかなりのインピーダンスだと思い測定してみました。

測定箇所1は出力端子の裏側で半田付け。

測定箇所2は出力キャップに直接半田付け。

20160308_181824

違いは驚く程ありました。

上記グランドプレーン構造のパターンは1KHzにおいて1mΩ弱でした。

レギュレータの出力インピーダンスを最大限に生かす為には

負荷端に太く短く配線する事が大事だという試験結果でした。

20160308_181752

LT3024のセンス端子の効用。

DIY_LT3024 PCBに20mm長のワイヤを配線して故意に出力インピをあげて
センス端子の効用を実験してみました。

20160308_190029

結果は若干ながら改善がみられれています。

20160308_191321

最後に活躍してくれたDIY Impedance Analyzer Intefaceの写真を再度掲載しておきます。

20160308_185643

今回のAnalog Discoveryでのデータ収集はWaveForms2015を使用しました。

WaveForms2015を1世代のAnalog Discoveryで動作させているせいかは不明ですが
Network Analyzerを10Hzから100KHzまでの500ステップ・スイープはWaveForms2.7.5よりかなり遅いです。
しかし
WaveForms2015のNetwork Analyzerには下図の機能がついているので使用しました。

MagnitudeのGain(X)機能のお蔭でExcelにExportしたときに直読容易なLog-Logにしやすくなります。

20160308_185824


ADM7151 vs LT3042(Load Transient)

3lt3042adm7151_pcb_2

Low Noise Regulatorの代表格である2種類のLoad Transient(Step Response)の比較を試みます。
ADM7151は評価基板のByp Capとして100uF/4V polymer Capを追加してあります。
LT3042はユニバーサル基板でDIYしたものです。

入出力のCapは10uF/50V X7R+OS-CON 22uF/20Vで

Ref Bypass Capは4.7uF/35V PMLCAPです。

条件はLT3042の最大出力電流に合わせて測定しました。

Input Voltage : 5V

Output Voltage : 3.3V

Load Current : 10mA-200mA

ADM7151

Adm7151

LT3042

Lt3042

LT3042はスパイク成分が1/2、200mA時の変動がほぼ0という結果でした。

あくまでも最初に記述した条件化のレスポンス結果です。

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測定治具は以前製作したJim William氏のLinear Technology Application Note 104です。

製作した治具の不具合を発見しました。

原典にはDUTとスイッチ部分の接続は最短と記されています。

考慮したつもりでしたが理解不足でした。

下図に詳細を記します。
上記データはDUTの出力に直接SMAコネクタを直づけしてDCR,Inductance成分を極力排除して測定しました。

Load_transient_response_inductance_

2016年3月 5日 (土)

Analog DiscoveryのFFT Analyzerについて

A Low noise laboratory-grade measurement preamplifierの記事の中で
FFTでのスペクトラムに関して

henさんから下記のようなご指摘がありました。

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http://www.diyaudio.com/forums/parts/229827-nxp-bf862-warning.html

BF862には1/f雑音のコーナーが高いものがあるそうです。
アナログ回路のおもちゃ箱さんのアンプはFFTでコーナーが5kHz弱に見えますが、これはanalog discoveryとどちらが原因ですか?
BF862が原因ならまさしく玉に傷です。20kや100kの帯域幅で見れば十分小さい傷ですが。

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下記は10Hzから100KHzまでのFFTで

 へんさんご指摘のように5KHzあたりから下の方が盛り上がっています。

20160215_222655

という事でアンプ単体を入力短絡で10Hzから10KHzまでのスペクトラム確認です。

上記写真の5KHzあたりからの盛り上がりはみられませんが
ここでまたスタ−ト地点が少し盛り上がっています。

4

2Hzから200Hzまでのスペクトラムです。
このカーブはアンプの1/fノイズだと考えます。

回りの測定器類の電源は全て切ってありますがわずかに50Hzがみえます。

1_2

henさん

Analog DiscoveryでのFFT Analyzerは設定帯域を広くするとスタート地点は盛り上がる傾向にありました。

ご指摘のお蔭でFFT Analyzerを使う際の注意点が判りました。

玉に傷で無くて良かったです。有り難うございました。

2016年2月23日 (火)

抵抗のジョンソン・ノイズ測定

先に製作したSamuel Groner氏設計のBF862_8パラの増幅器は100KHz帯域幅で入力換算0.12uVでした。

50Ωのノイズは√4KTBRから0.29uVになりますので今回の増幅器を通すと
1000倍されて290uVになるはずです。
入力に50Ωのターミネータを接続すると指示値は300uVでしたが
向きを調整して誘導を最小にすると270uV迄下がりました。
*
指示値(rms)を精確に読んでみました。
100Ω以上はケースを2重シールドにして測定しました。
括弧内はノイズ電圧の計算値です。測定値は1000倍した値です。
short→測定値118uV(1000倍,BW100KHz)0.118uV(RTI)
1Ω(0.04uV)→測定値122uV(アンプのノイズレベルに埋もれている)
10 Ω(0.13uV)→測定値160uV
100Ω(0.40uV)→測定値360uV
1000Ω(1.28uV)→測定値1090uV
以上、抵抗のジョンソン・ノイズ測定結果でした。
(アンプのノイズ電圧は計算値では約9Ωの抵抗ノイズに相当します)
*
このアンプを製作した当初は
前に作った60dbアンプとさして変わらないなぁとしばし放置していました。
今回の60db Ampの帯域が1MHz(-3db)のままのノイズは320uV。
以前作った60db Ampは10Hz~100KHz BPF で420uV。
帯域が広いまま比較していたという詰めの甘さを露呈した経過でした。

2015年8月14日 (金)

PSU for High end audio without electrolytic capacitors_3

さらなるチューンナップ。ノイズ波形が綺麗になりました!?

Test Condition

Vin:5.2V Battery  Vout:3.3V Loard:20mA

60db 10Hz〜100KHz Low Noise Amplifierでノイズを増幅して測定。

20150814_230246

夏休み自由工作の課題終了です。

2015年8月13日 (木)

PSU for High end audio without electrolytic capacitors_2

Nazarの回路を小さな基板にくんでTwistPearのTrident v3.0とノイズ比較をしてみました。

入力電圧条件(5V)が同じになるように前回の回路を変更してあります。
RMSメーターの読み(赤字)ではNazar CircuitはTrident v3.0の半分以下とLow Noiseな結果になりました。

20150813_210808

測定風景

20150813_211239

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 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 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

続きを読む "0.1Hz to 10Hz Noise Filter" »

2015年6月20日 (土)

Trident V3.0 Step Responceの測定

Trident V3.0,TPS7A4700とADM7151のステップ・レスポンスを観察してみました。

出力電流は常時10mA流してパルス入力で40mAをステップ通電しました。
スコープは3機種とも同じスケールですので直感的に比較できます。
Tridentは治具で発振しましたので100uFを出力に追加しました。
TPS7A4700とADM7151はデモ・ボードのままです。
*
Shunt Regulatorのステップ・レスポンスは初めて観察しました。
Shunt Regulatorなので抵抗のレスポンスです。
Shunt Regulatorが好まれるのはこのような応答のせいかも知れません。
*
ステップ波形の立ち上がり、立ち下がり時間を変えての挙動に興味がわいてきました。
*
入力電圧:5V
パルス入力周波数:10KHz
上部:治具の電流検出用抵抗0.1Ωのモニター波形
下部:レギュレータの出力波形

20150620_141314

20150620_141410

20150620_141341

測定風景です。

治具はJim Williams著「Linear Tecnology Application Note 104」

を参考に以前製作したものです。

Load Transient Response Testing for Voltage Regulators

DC Biasはオリジナルでは外部から供給していますが
本機では基準電圧を内蔵させて10回転のポットで可変出来るようにしてあり

単体では電子負荷として使用できますので便利かと思います。

20150620_141141