E-MU 0404USB 10kHzの歪率改善

やっぱりOP-AMPを別品種に変更したら良くなりやがった。(爆)





DACとADCの両方を接続した時の歪率を0.0005%程度にしたい所ですが、
NJM2114、NJM2068、BA15532では無理でした。(爆)




e0298562_06221070.jpg








【ちょっと寄り道】
歪率改善に関係しているかも知れない追加の改造を入れました。

安価なCDプレイヤーとか、
コンセント極性によってはハムノイズが出る機器とかありますな。
ああいうコンセント電源からのノイズというのはコモンモード雑音だったりします。

現時点の改造0404USBのままですと、
下図の様に50Hzの整数倍のハムノイズやフリッカーノイズが検出されます。
e0298562_06300283.png
いろいろ考慮してアンバラ入力モードでも同相信号除去可能な回路とした訳ですが、
さすがに「アンバラ」の名称通りバランスが完全では無い訳ですよ。

そこで、
アンバラ入力モード時であっても同相信号除去能力(CMRR)を高める対策として
フェライトビーズ等の追加を考えました。
e0298562_06300763.png
具体的にはアモビーズAB3x2x6Wです。鈴商で売ってますな。
サイズがちょっと大きいAB4x2x8Wの方は秋月で扱い開始した様ですな。
大きい方が更に効くんでしょうが価格と手持ちの関係でAB3x2x6Wとしました。
こういう用途だったらファインメットビーズも良いでしょう。

これを4ターン巻きました。(4回穴通しするという事。)
赤がホットで緑がコールド。それぞれφ0.3。
e0298562_06301245.png
e0298562_06301721.jpg
ツイストすると電磁場の被曝に強くなります。
巻いた後にツイストしないと4ターンは巻けません。

これによってアンバラ入力モードであってもCMRRが向上します。
上記のダメCDプレイヤーでも下図の様にハムノイズが取れました。
e0298562_06302262.png
このアモビーズ追加によって、
入力ケーブルに誘導されたハムノイズなんかも除去される事でしょう。



ちなみにですが下図の接続はダメですよ。
e0298562_06302798.png
今回は下図に示したOKの例です。
e0298562_06471351.png
下図は似て非なりの悪い例。
e0298562_06472164.png
基礎的なインダクタの動作ですな。
あくまでも電子部品ですから、使った通りに動作します。(爆)












【OP-AMPの限界】
前回までの改造と検討によって
「電源電圧が低いと10kHzの歪率が悪化する」という特徴が判りました。
これはBA15532(NE5532)や、NJM2114、NJM2068の癖と思います。
まあOP-AMPの持っている限界性能でしょう。
高性能OP-AMPに変更すりゃOKでしょう。

お金で解決!(爆)


しかしその前に、注文したOP-AMPが到着するまで少々時間がありますので、
もうちょっと検討してみました。
現状のOP-AMPはどこまで可能なのか更に電源電圧をアップしてみました。

下図は前回に掲載したグラフです。現状の歪率ですな。
これでも改造前の0404USBからすれば大きく改善しています。
フルスケールじゃなくて、-6dBFSですが10kHzで0.0018%程度となっています。
e0298562_08193347.png
これに対してOP-AMP部分の電源電圧を更に変更してみました。
仮に、外部の安定化電源から±10.8Vを印加して測定してみました。
おおっ?
下図の-6dBFSのカーブですが、10kHzの歪率が0.001%に下がりましたよ?
e0298562_07262733.png
しかし改善はありますが、1kHzからするとまだ悪いのね。
そして-10dBFSでも悪化の傾向は見えますな。

ここで設定した仮の電源電圧±10.8Vというのは、
大幅な改造をせずに何とか可能な電圧なんですよ。
困ったもんです。


プラマイ15Vにした〜〜〜い!(爆)
だけど出来な〜〜〜い!(爆)











【妥協の±9.1V電源】
まあ高性能OP-AMPにしても電源電圧は高いほうが高性能でしょう。
電源電圧をアップする改造をしてみました。
最初は下図の回路で、動作と電源ノイズなどを確認してみました。
e0298562_07264240.png
*前回まではプラス側だけ+10.8Vを作り、定電圧回路で+8.5Vにしていました。
 今回はマイナス側も改造します。
*定電圧回路は電圧ロスが大きいので折角の電源電圧が下がってしまいます。
 とりあえずは電源電圧のロスが少ないLCフィルタで実験してみます。
 倍電圧整流回路+リプルフィルタという構成ですな。
*マイナス電源側ですが、
 マイナス電源からスイッチング・パルスをもらうと動作しませんでした。
 どうやら何らかの検出回路が働いてしまう様でうまくいきません!
 困ったあげく、スイッチング・パルスはプラス側からもらいました。
 具体的には、D53はマイナスから、C54はプラス側へ接続して動作しました。

ひとまずこれで実験。
e0298562_07264770.jpg
e0298562_07265366.jpg
そして更に、
DAC側のOP-AMPですがデカップリング・コンデンサも変更してみました。
e0298562_07265717.jpg
DACの3.3V電源にEMIチップを追加しても効果は無いと思います。(爆)

さて電源電圧は±10.8Vが得られまして、
歪率もまあ怪しいですがそれなりに改善する傾向は得られましたが、
やはり雑音が微妙な感じがします。(爆)

平滑+LCフィルタは低周波には効きません。当たり前だ。(爆)

下図は電源ノイズです。
元々が悪過ぎなんだね。(爆)
e0298562_07270396.png
OP-AMPの電源リプル除去能力(PSRR)で完全に除去できればOKかも?(爆)
いや〜、ちょっと微妙。
やはり単純なLCフィルタじゃ能力が足りないですな。

次の策は?
バイポーラTrで組んだアクティブフィルタ?
e0298562_07270725.png
R51,R52は小さい値にして電圧ロスを小さくしたいところですが、
なるべく低周波まで効かせる必要がある事を考えるとそうもいきません。
C57,C58に1000uFが使えればR51,R52を1kΩに変更しても同特性ですな。
しかしスペースの問題もあります。

こんな状態になりました。(爆)
e0298562_07271853.jpg
そして電源ノイズは?
一応は下図の様に改善できました。
e0298562_07272871.png
20Hzあたりの電源雑音の悪化が気になりますが、
この程度ならPSRRで十分に対処可能でしょう。

実際の信号経路の雑音に関しても下図の通り問題無しでした。
e0298562_07273366.png


しかし電源電圧は期待の±10.8Vから下がって±9.1Vになっちゃいましたから、
歪率も±10.8V時よりも若干悪くなった感じがありますな。
e0298562_08354175.png
まあ前回の状態よりもマシか?(爆)
OP-AMPを交換するから大丈夫でしょう。

OP-AMPの電源回路は倍電圧整流+アクティブフィルタに決定しました。












【歪率悪化の原因はやはりOP-AMP?】
そうこうしているうちに注文したOP-AMPが届きました。
価格と性能と入手性からLME49720にしました。
DAC側も変更するのでSOPです。

ADC側をどうするか?
面実装なので基板を起こしました。
んー、
手起こし。(爆)
e0298562_08394905.jpg
e0298562_08395375.jpg
この方法なら1時間も掛からずに基板が作れます。(爆)

しかし、LME49720でも悪かったらどうしよう!(爆)
という事も考えに入れて、
ADC入力の片チャンのみ組み込んでみました。
e0298562_08395787.jpg
Lチャン側ですな。RチャンはNJM2114のままです。
この状態で歪率を比較してみました。
ジャーン!
e0298562_08400101.png
あーあ。
結果が出ちゃった。(爆)
OP-AMPを全部交換だ。











【OP-AMP交換】
入力のRch側も変更しました。
e0298562_08400665.jpg
そして下図はDACの差動フィルタ回路。
ここも変更。
e0298562_08401068.jpg
いろいろ検討でいじくった跡があり汚いですな。
定数変更してもCR部品を交換しても意味がありませんからね。(爆)
そしてDACの出力バッファ。
e0298562_08401513.jpg











【性能確認】
色々と困難がありましたが解決できた様です。
歪率も良好になりました。
e0298562_08404868.png
e0298562_08405204.png
いい感じですな。
これなら計測用途として十分に使えるでしょう。

目的達成!
ヤッター!(爆)









注意点ですが、
高音質録音用ではありません。(爆)








以上です。
真似して改造してはいけません!
自己責任にてお願いします。

記事の内容は鵜呑みにせずご自身で実験評価して下さい。
そして当方はめんどくさいので一切サポート致しません。(爆)






















いや〜
アンバラでも十分に使えますよ。





















アンバラ・・・
変な事に使っちゃダメですよ。(爆)
e0298562_08560978.jpg














筒美京平氏「大村ちゃん、ドナサマーの新作聴いた?あの路線どう?」
大村雅朗氏「がってん承知!」

とか何とか。知らんけど。(爆)




似てる様な気もしますが気のせいですよ。


e0298562_08561446.jpg
















[PR]
by ca3080 | 2017-12-05 09:12 | 電子工作(一般)
<< チャ亻ナ製ファンクションジェネ... はしだのりひこ氏、逝く >>