音源とオーディオの電子工作（予定）: DCO

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2019年12月10日火曜日

LME49600_HPA V2.1に使うOPAMP比較過渡応答 NJM4580 MUSES8820 MUSES8920 OPA2134 OPA2604など

LME49600_HPA V2.1の増幅およびDCサーボに使用する2回路入りOPAMPを取り替えて過渡応答を測定しました。LME49600は電流増幅に特化したバッファICで、OPAMPを使ったボルテージフォロアと比較して広帯域、高速なため出力に前段のOPAMPの特性が如実に現れることが期待できます。

実験のようす

製作途中ですが、PCM2704_HPAの筐体に収めているLME49600_HPAの基板を使用しました。ケース内部の左側のPCM2704_LineAmp基板は使用せず、右側の緑色のLME49600_HPAの基板に直接信号を入力しています。

電源: ±9V安定化電源
信号源: SQR_FG
出力負荷: 100Ωの酸金を3本並列にした約33Ωの抵抗負荷

比較したOPAMP

品種	メーカー	動作電源電圧	消費電流	スルーレート	利得帯域幅積	入力換算雑音電圧	THD	VIO	IIO	IB	RIN	価格@秋月	備考
NJM4580	NJR	±2～±18V	6mA	5V/us	15MHz	0.8uVrms	0.00050%	0.3mV	5nA	100nA	-	36円（5個入り180円）
NJM4558	NJR	±4～±18V	3.5mA	1V/us	3MHz	1.4uVrms	-	0.5mV	5nA	25nA	5MΩ	25円（8個入り200円）
NJM2114DD	NJR	±3～±22V	9mA	15V/us	13MHz	0.9uVrms	0.00050%	0.2mV	0.01uA	0.5uA	100kΩ	70円（5個入り350円）	NJM5532互換
NE5532	TI	±5～±15V	8mA	9V/us	10MHz	-	-	0.5mV	10nA	200nA	300kΩ	90円（マルツ）
MUSE8820	NJR	±3.5V～±16V	8mA	5V/us	11MHz	0.8uVrms	0.00100%	0.3mV	5nA	100nA	-	400円
LME49720	TI	±2.5V～±18V	10mA	20V/us	55MHz	0.34uVrms	0.00005%	0.1mV	11nA	10nA	30kΩ	270円
NJM072	NJR	±4～±18V	3mA	13V/us	3MHz(fT)	4uVrms	-	3mV	5pA	30pA	10TΩ	50円
NJM072B	NJR	±4～±18V	3mA	13V/us	3MHz(fT)	4uVrms	-	5mV	5pA	30pA	10TΩ	50円	TL072互換
NJM2082	NJR	±4～±18V	4mA	20V/us	5MHz	1.6uV	-	2mV	5pA	30pA	10TΩ	50円
OPA2134	BB	±2.5V～±18V	4mA	20V/us	8MHz	1.2uVrms	0.00008%	0.5mV	2pA	5pA	100TΩ	200円
OPA2604	BB	±4.5V～±24V	10.5mA	25V/us	20MHz	1.5uVp-p	0.00030%	1mV	4pA	100pA	10TΩ	300円
MUSE8920	NJR	±3.5V～±16V	9mA	25V/us	11MHz	1.1uVrms	0.00004%	0.8mV	2pA	5pA	-	480円

電源OFF時

ch1:入力

バイポーラ入力

NJM4580DD

ch1:入力 ch2:出力

NJM4558D

ch1:入力 ch2:出力

NJM2114DD

ch1:入力 ch2:出力

NE5532

ch1:入力 ch2:出力

MUSE8820

ch1:入力 ch2:出力

バイポーラ入力のOPAMPでは、4558系より5532系のほうが立ち上がりが高速なようです。MUSES8820は5532系に近い波形でオーバーシュートが少なくなっています。

FET入力

NJM072D

ch1:入力 ch2:出力

NJM072BD

ch1:入力 ch2:出力

NJM2082

ch1:入力 ch2:出力

OPA2134

ch1:入力 ch2:出力

OPA2604

ch1:入力 ch2:出力

MUSES8920

ch1:入力 ch2:出力

LME49720

ch1:入力 ch2:出力

FET入力のOPAMPはおおむねバイポーラ入力のOPAMPよりも高速です。

NJM072DとNJM072BDはTL072のセカンドソースで「072は072BのCcを小さくし、AC特性をアップさせております。いっぽう発振に対する安定度は072Bが優れています。」とあり、072Bのほうが少し立ち上がりが遅くなっています。

OPA2134、OPA2604、MUSES8920、LME49720といったオーディオ用と言われるOPAMPは072系に比べてレスポンスがよくなっています。MUSES8920とLME49720はオーバーシュートもほとんど見られません。

※LME49720はDATASHEETに特に記載がなく、入力インピーダンス等を見るとバイポーラ入力のようですが、過渡応答の波形からJFET入力に分類しました。

入力波形の歪

特にバイポーラ入力のOPAMPで入力波形が歪んでいて品種によっても歪み方が異なります。

信号源のSQR_FGはAVRのGPIO出力を300ΩのPOTで分圧して振幅を減衰させて矩形波出力としています。

これが、LME49600_HPAの入力のACカップリング用のCと干渉しているものと推測しています。電源を投入した場合だけ波形が崩れ、品種によって崩れ方が異なるのでOPAMPの入力インピーダンスも影響していそうです。

いずれもう少し詳しく調べたいと思っています。

2017年9月10日日曜日

AD8402 Wien Bridge DCO 基板設計

回路図

基板図

部品並べ

はんだ付けは2日ぐらいでしょうか。

発振周波数と振幅

前回かんたんにデータをとってみたがちょっと変なので、もう一度測定してみた。

抵抗設定値はAD8402に設定した値で0～255の8bit値。

多少ガチャガチャしているが、おおむね周波数が高くなると振幅が小さくなる。なんでそうなるのかはよくわからないです（＾ｑ＾；

測定値

Vr	発振周波数(Hz)	振幅(Vp-p)
0	6677	1.14
1	3828	1.69
2	2703	1.88
3	2089	2.05
4	1698	2.16
5	1433	2.26
6	1238	2.38
7	1089	2.5
8	972.8	2.62
9	878.7	2.74
10	801.3	2.84
11	736.4	2.86
12	681.2	2.98
13	632.9	3.02
14	592.4	3.06
15	555.6	3.08
23	375.2	3.12
31	282.1	3.34
39	226.2	3.38
47	188.7	3.48
55	162.1	3.42
63	141.8	3.48
71	125.9	3.6
79	113.6	3.64
95	94.6	3.6
104	86.6	3.72
111	81.1	3.76
127	71	3.78
143	63	3.74
159	56.8	3.76
191	47.3	3.84
223	40.6	3.84
255	35.5	3.8

2017年5月7日日曜日

PSoC 4 DCO ノコギリ波～三角波を可変して出力するようにしてみた。

矩形波のパルス幅（デューティ比）の値を利用して、ノコギリ波と三角波を連続可変できるようにしてみた。

ノコギリ波～三角波は16bit整数で上昇下降の傾きを出して計算し、8bitに丸めてPSoC4に内蔵のIDACに出力している。。周期を1/256して割り込みをかけているので、周波数が高くなると演算が追いつかなくなる。

また、単純に計算するとOverflow/Underflowしてしまうので、範囲チェックしている。Overflow/Underflowすると値が激しく飛ぶのでひどいノイズが発生します。

数学的な検証は全然していないし、演算量的にちょっと心配だったが、ベースで使う周波数あたりでは出力出来ているようだ。←ちゃんとテストしていないです。

Github:
https://github.com/ryood/PSoC4_DCO/tree/master/PSoC/PSoC4_PrototypingKit_DCO_for_NucleoF401RE.cydsn

2016年10月20日木曜日

PSoC DCOにショットキーバリアダイオードで電源の逆接続対策をしてみる。

「ダイオードで電源の逆接続に対策する実験」で試したのをPSoC4 DCOに施してみた。

回路図

基板図

Github:
https://github.com/ryood/PSoC4_DCO/tree/master/PSoC%204%20Prototyping%20Kit%20DCO

2016年9月14日水曜日

PSoC 4 Prototyping Kit DCOでけた。

回路図

基板図

はんだ面

PSoC 4 Prototyping Kitを取り外した状態

DCO単体テスト用配線

SPIのGND線

SPI用のヘッダに並行してGNDラインを予備的な意味で用意しておいた。電源ヘッダでNucleoとはGNDが繋がっているので低周波回路では不要。だが、NucleoとつないでみるとこのGND線が結構重要なようだ。

SPI信号の波形をオシロで測定してみた。

GND線をつないだ場合

ch1:MOSI ch2:SCK

GND線をつながない場合

GND線をつながないとSPI信号の波形が乱れるだけではなく、通信がうまくいかないようでDCOから変な音が出る。測定用の接続やら何やらのつなぎ方で、ちゃんと動作する場合もある。

電源ラインの逆差し対策

はんだ付けしてから気づいたが、電源ラインを逆差しした場合の対策をとっておくべきだった。PSoC 4 Prototyping Kitは電源系の回路が入っていないので、過電圧、逆電圧、サージに弱い。

つないだり外したりするので何とか対策できないか考えてみる。

メモ：

SPIバスのハブを作る場合はバス・バッファ？を使って信号波形を整えた方がいいかも。

クロックが10MHzにもなると基板を分ける場合はそれなりに対策が必要。

波形のスパイクはRを入れると低減されるという記事をどこかで見た気がする。が、波形がなまるし、同期がずれる可能性があるので実験しながら考えてみる。

2016年9月12日月曜日

PSoC 4 Prototyping KitのDCOの設計

Firmware:
https://github.com/ryood/PSoC4_DCO/tree/master/PSoC/PSoC4_PrototypingKit_DCO_for_NucleoF401RE.cydsn

ブレッドボードで実験。

ブレッドボード図

ピン接続表

外部クロックが使えないか試してみたが、外部クロックの入力端子のP0[6]をSPIのSCKで使ってて外部クロック用として設定できない。DWRエディタで他のいくつかのPinも指定できて、P0[6]を開けられれば外部クロックが使えそうなので頑張ってみたが、ビルドエラーになったり、正常動作しなかったりで結局P0[6]から動かせなかったのであきらめた。

回路図

基板図

部品ならべ

C基板サイズの縦。ホール数を稼ぎたいのでサンハヤトのICB-288を使用。

ストックしていた新しいPSoC 4 Prototyping Kitを使ってみたが、こちらは割と簡単にUSBの認識がされる。製造の当たり外れがあるのかな（＠＠？

メモ：

テスト表を作成してはんだ付け。

SPIピンを変更できないのはCypressのコミュニティで質問してみようか。

2016年9月10日土曜日

PSoC DCOをPSoC 4 Pioneer KitからPSoC 4 Prototyping Kitに移行してみる。

以前、PSoC 4 Prototyping Kitを外部48MHzのクロックで動かす実験をしたが、何かと不安定なようなので一旦内蔵クロックの48MHzで動作させてみることにした。

内蔵クロックなら簡単だと思っていたが、USERボタンを押しながらUSBを差しても認識しない。デバイスマネージャーのUSBの項目には何やら怪しげな項目が現れるが、ポート(COMとLPT)には何も現れない。（参考：「PSoC 4 Pioneer Kit用のProjectをPSoC 4 Prototyping Kitで使う方法 (PSoC Creator 3.3)」

怪しいので、Cypress Update Managerで「CY8CKIT-090-42xx PSoC 4 Prototyping Kit 1.0」をUninstallして、Cypress公式のPSoC 4 Prototyping Kitのページから「Download CY8CKIT-049-42xx Kit Setup (Kit Design Files, Creator, Programmer, Documentation, Examples) 」を再インストールしてみたら認識された（＾q＾／）

以前、PSoC 4 Prototyping kitを使った時はまだWindows8.1だったと思う。知らない間にWindows10になっていたのでこれが原因かもしれない。

PSoC 4 Prototyping KitはUSERボタンを押しながらUSB端子を接続してもなかなか一発では認識されないので結構困る。安いから仕方ないけどねえ。

配線図