2015年6月10日水曜日

矩形波だけのファンクションジェネレーター 出力部の追い込み

回路図

基板図

波形がななめになった原因を調べてた

AVRからの矩形波出力(5Vp-p)をだいたいライン出力レベルの2.5Vp-pに減衰させるために、
R3の1kΩとJP5につなぐ1kΩのPOTで分圧させていたが、ここに原因があった

R3を差し替えできるようにピンソケットに付け替えた


LPFを無効にするために回路図のL2:ショート、C2:オープンにし、出力レベルがだいたい2VになるようにPOTを調節し、オシロのプローブのGNDはJP2-3(MOS-FETでGND、VGNDに切り替え、VGND出力)につないで測定した


R3:1kΩ JP5:1kΩ/A(1kΩ/Bの手持ちがないため代用)

JP2-P1:BUFFERD(NJU7032のボルテージフォロワーでバッファリングして出力)


赤色がAVRの矩形波出力、黄色がJP2-P2

Lo値がななめってるし、Hi値はオーバーシュートが出ている
AVRからの出力も同様


Rise Time: 450.0ns

JP2-P2:BYPASS(レベル調整のみでバッファリングせずに出力)


バッファリングしなくても波形の崩れは同様だ


Rise Time: 40.00ns

バッファリングしないと波形の立ち上がりはかなり急峻になる

R3:10kΩ JP5:10kΩ/B

JP2-P1:BUFFERD


10kΩ:10kΩにすると波形は改善された


Rise Time: 460.0ns

バッファリングした場合、1kΩ:1kΩの時と波形の立ち上がりは大差ない

JP2-P2:BYPASS


バッファリングしない場合も矩形波の波形は改善


Rise Time: 330.0ns

バッファリングしなくても波形の立ち上がりがなまる

R3:47kΩ JP5:50kΩ/B

JP2-P1:BUFFERD


47kΩ:50kΩでも矩形波の波形は良好


Rise Time: 690.0ns

10kΩ:10kΩに比べても立ち上がりがなまった
立ち上がり波形のオーバーシュートも見られなくなった

JP2-P2:BYPASS


矩形波の波形は良好


Rise Time: 1.450us

バッファリングした時より立ち上がりがなまっている(@@;

考察(?)

レベル調整のための分圧の抵抗値で、矩形波のマクロな波形(?)と立ち上がりの急峻さがトレードオフの関係になるようだ

GNDレベルを切り替えるためのT1、T2のMOS-FET(2SK4017)のDATASHEETを見ると
入力容量 Ciss : 730pF
となっている

R3+JP5(につないだPOT)のR値が低いとき波形は矩形波を微分した感じになる

このR値とT1、T2のCissでHPF的な働きをしてHPFのカットオフ周波数が下がって波形が崩れるんだろうか?

わからない(@@;

LPF

L2、C2も定数を変えていろいろやってみたがノイズの減衰はほとんど差がない

L2:ショート C2:オープン


L2:10uH C2:0.1uF


NJU7032もCMOSタイプなので入力容量は大きそうだ(DATASHEETを見たが数値は載っていない)

これもわからないけど、NJU7032を使っているかぎりLPFはあってもなくても変わらないので
L2:ショート、C2:オープンで使うことにする(←妥協)

インパルス関数

R2:10kΩ JP5:10kΩ/B L2:ショート C2:オープン
オシロのプローブのGNDはJP2-P3につないでGND(0V)に切り替えて測定した

JP2-P1:BUFFERD


JP2-P2:BYPASS


AVRからの出力は5Vぐらいまで上がってすぐGNDまで落ちているが
バッファリングなしの方でも波形がぐちゃぐちゃ

やったことと言えば分圧しただけなので、やはりT1、T2が影響しているのだろうか

ステップ関数

測定条件はインパルス関数と同様

JP2-P1:BUFFERD


JP2-P2:BYPASS


バッファリングしなくても波形は相当なまっている

対応策

この回路構成では分圧しただけで波形がなまるようだ

OPAMPに入力してインパルス応答やステップ応答を見てみたいので
AVRからのナマの出力も取り出せるようにしようと思う

ただ、5Vをつっこんだらやばい時もあるので、レベル調整やVGND/GNDを切り替えつつバッファリングしない出力もあったほうがいい

なので出力は

JACK A

  1. バッファリングした出力
  2. レベル調整だけした出力
  3. VGND/GNDの切り替え可能なGND

JACK B

  1. デジタル部からの出力
  2. NC
  3. デジタル部のGND

という感じにしようと思う

MOS-FETではなくて、普通のスイッチでGND/VGNDを切り替えるようにすれば改善されるかもしれないが、出力部の基板を分けてあるので、また気が向いたらやることにしたいと思います

そろそろドリルでバリバリ穴開けたい(^q^/