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High Impedance Analyzerの測定原理です。
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。
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。
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。
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。
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。
選別した抵抗をR11,R12に実装しました。
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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。
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。
200Ωボリュームでの挙動。
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。
太陽誘電のインダクターを測定しました。
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..........
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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.
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。
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。
00-0.Made in Tokyoのお知らせ 01-0.Made in Tokyo(LT3042) 01-1.Made in TOKYO(IAI) 01-2.Made in TOKYO(USB) 01-4.Made in TOKYO((LT4320) 01-5.インピーダンス・アナライザ(Made in TOKYO) 01-6.Low Noise Pri Amplifier 02-1.LT3042 Measurments 02-2.LT3042 Catalog 02-3.LT3042 Manual 02. Linear Regulator 03.Analog Discovery 04.Head Phone Amplifier 05.Linduino 06.DIY JIG 07.Measurments 08.Switching Regulator 09.DAC,I/V Convertor 10.XMOS & Amanero 11.USB Peripheral,USB Isolator 12-1.High Impedance Analyzer for Analog Discovery 12-2.Low Impedance Analyzer for Analog Discovery 13.ESP8266 14.DIY Instruments 15.Simulation 16.アナログ回路(Tips) Toy 日記・コラム・つぶやき
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