Differensielle inngangstrinn - en bittepitteliten nerdetråd
- Trådstarter KJ
- Startdato
Diskusjonstråd Se tråd i gallerivisning
-
Ja, disse målingene er fantastiske. Du har 0,2uV mindre støy enn det jeg fikk til med mitt buffertrinn og 8dB bedre CMRR.
Hva slags loddetinn brukte du? Blyfritt? Jeg måtte opp på 370 grader for at det skulle bli noe flyt.
Alle loddinger var OK, men på SMD komponentene var det, vel... ikke bra. Ved å måle kontinuitet fra beinet på chippene og til et annet koblingspunkt på kortet fant jeg minst en feil på begge kortene. Typisk der banene har stort kobberareal som det tar lengre tid å varme opp.
USB mikroskop er kjekt for å se på ting i stillbilder, men å bruke det som verktøy når man lodder er ikke optimalt. Det er for stor treghet i bildet på det jeg har i hvert fall. (Dino-Lite PRO AM-413ZT).
Jeg har lagt ut en video der jeg fikser en av opampene på kortet ditt, og det var et slit å jobbe siden bevegelsene ikke er real-time. Man kan se på videoen at jeg veiver loddebolten fram og tilbake i mangel på "båndbredde".
Videoen er av begrenset interesse siden den er nesten 20 minutter.
Ved 5:22 ser man hvor kjekt det er med tweezers når man skal flytte på en SMD.
Ved 13:00 ser man hvordan man kan plassere loddebolten for å varme opp både pad og bein når man legger på tinn.
Ellers er det mest venting.
https://www.youtube.com/watch?v=TEkhhqDuKh4
Problemet med lodding av SMD er ikke at man har dårlig syn eller er skjelven. Det handler mest om at man ser det man driver på med. Uten at dette er på plass spiller det ikke noen rolle hva slags utstyr man har. Andre prioritet er en god loddestasjon med riktig tupp. Så kommer flussmiddel, godt loddetinn og en god pinsett også inn i ligningen etterhvert.Tusen takk for at du tok opp igjen disse kortene, og ryddet opp i loddearbeidet mitt
Ja jeg brukte noe blyfrie greier - Ag 3,8, Sn 95,5 og Cu 0,5 står det på snella. Det er det tynneste loddetinnet jeg har (0,35 mm). Jeg har faktisk ikke sjekket smeltetemperaturen og ser nå at den ligger på 217,5 grader ! Det jeg har av blytinn er nærmere 1 mm tykt, så jeg må ut å handle tynt blytinn.
Til selve prikearbeidet har jeg brukt «brilleluper» med inntil 3,5 X forstørrelse. Og ja det var ei utfordring å se hva det var jeg fiklet med. USB-mikroskopet har jeg bare brukt til inspeksjon, men har likevel ikke fått et så klart bilde av at alt loddetinnet lå oppå foten på den ICen - lav oppløsning og nesten ingen dybdeskarphet - kontrastene mellom tinn, fot og pad ble også utydelige.
Ang målingene. 8 dB bedre CMRR tror jeg kanskje er «heldig» og «tilfeldig» matching av de fire kritiske motstandene, kanskje + at signalbanene rundt disse motstandene er like for hver «signal-halvdel». Skjønt med 0,01% motstander så er som kjent worst case rett rundt CMRR på 80 dB og mer typisk CMRR skal være omkring 95 - 105 dB. Uansett rimelig flat CMRR rundt 100 dB opp til 20 kHz er nesten sensasjonelt.
Ang måleoppsettet med CMRR - måler du differansesignalet ut (dvs inkl. CMRR i måleriggen) ? eller er det det et «ubalansert» signal ut du måler ? Den «ubalanserte» CMRR målingen kan tyde på at det er «ubalansert» ut du måler på. I utgangspunktet så skal balansert og ubalansert CMRR være ganske like opp mot 20 kHz.
mvh
KJSist redigert:Laget en video til der jeg brukte Vision Mantis med 6x zoom imens jeg filmet med USB mikroskopet. Med bedre "syn" ser man mye lettere når tinnet flyter.
Jeg gikk også over til en tykkere spiss og 358 grader. Det er noen punkter på kortet ditt som suger varme.
På 2:41 ser man at en pad ikke har helt kontakt før jeg har på mer tinn.
http://www.youtube.com/watch?v=C5q9ECwTQBc
Jeg måler CMRR på følgende måte som skal være IEC60268-3 standarden:
1. Først sjekker jeg hva det differensielle signalet ut fra bufferet er med 1V inn. (På ditt kort er det 1V ut siden gain er 0dB)
2. Så kobler jeg med en jumper på kabelen vekk ene fasen fra UPV og driver begge fasene inn til bufferet fra en fase på UPV. (SW1 på bildet) Derfor må jeg også øke spenningen på UPV til 2V slik at det blir 1V i forhold til jord.
3. Jeg måler det resulterende differensielle signalet som kommer fra bufferet.
4. Dette blir gjentatt med 10Ohm skjev belastning som også velges med jumpere på kabelen.
Her er et bilde av det lille kretskortet som sitter på kabelen. Gul jumper velger mellom diff-mode og common-mode.
Ved å fjerne henholdsvis blå og rød jumper simulerer jeg 10 Ohm skjev kildeimpedans
Flere målinger av "fjøsmekket"
Det er en fryd å måle på slike produkter. Koser meg med en 10 år gammel singel skotte og ser på kurver.
Linearitet.
Litt rufsete sa du? Litt økning i øvre mellomtone? Sjekk skalaen!
+/- 0,003dB fra 20Hz til 20kHz.
IMD:
Sidebåndene ligger 116dB under signalene ved 19kHz og 20kHz. Disse ligger på 2V hver. 1kHz ligger over 120dB lavere. Dette er helt topp.
THD+N:
Jeg turte ikke å kjøre lengre enn 8V RMS siden jeg bruker bare +/- 12V power. Jeg ser ingen beskyttelsesdioder på kortet og da kan det være skummelt å kjøre på med et for høyt signal med kun 10 Ohm kildeimpedans.
Hoppene man ser i kurven er måleinstrumentet som må bytte måleområde etterhvert som spenningen stiger. Noise går da opp. I realiteten går nok kurven under 0,0001%
THD+N vs frekvens
Dette er med 40kHz båndbredde. Ingenting å melde...
DC offset:
Ene kortet har 2mV og andre kortet har 0,2mV.
Bortsett fra litt DC offset på ene kortet og at CMRR var 96dB i stedet for 97dB måler begge kortene kliss likt
Målingene vi ser er egentlig kun grensen for hvor lavt jeg kan måle.
Det er bare å applaudere
Er det andre målinger jeg skal gjøre?
Denne kretsen fjerner jo en del CM uten å konvertere signalet. Hvor mye utbytte får man av cmrr i påfølgende trinn?
Sent fra min SM-G965F via TapatalkDet er en loopback funksjon i måleriggen. Med et museklikk kan jeg bytte mellom balansert input og loopback. Siden ditt buffer har gain på 0dB er dette direkte sammenlignbart. På noise målingen synker noise fra 1,85uV til 1uV i loopback. På alle andre målinger bortsett fra CMRR er det likt. Jeg har ikke testet CMRR på instrumentet.
Snickers: Er dette et retorisk spørsmål? Nytten av CMR i neste trinn blir jo mindre viktig når det ikke er noe CM igjen. Det er jo eventuelt det som måtte bli plukket opp i overføringen til neste trinn da.
Nei, det var jo ikke egentlig ment som retorisk.
KJ nevnte jo at dette med CMRR avhenger av motstandsmatch, og at den kan ha vært heldig i akkurat dette eksemplaret. Vi vet jo at CMRR kan synke betraktelig om man er uheldig eller bruker motstander med større toleranseavvik. Det vil jo også fort være en temperaturfaktor inne i bildet.
Jeg satte jo sammen en nesten lik krets (simulering) omtrent samtidig med KJ som du sikkert husker, og vi diskuterte jo litt rundt hvilke motstandsverdier som var sensitive ift CMRR. Mener å huske at vi identifiserte noen som var ganske kritiske.
Men en annen ting som kan være interessant er jo om man eventuelt kan tillate seg å legge lista lavere. Kretsen er jo ganske enkel i seg, men om man for eksempel sier at 50dB er nok, fordi påfølgende trinn tar mer enn 50dB til, så er det ikke veldig kritisk å fintrimme motstander, ta hensyn til temperaturkoeffisent osv.
Vel, glemmer og glemmer, det er jo det jeg egentlig spør om. Har det skjedd i målingene dine, eller er det bare ikke fjernet fullt ut fra signalet.
Dersom du har målt utelukkende differensielt så er det jo den andelen som er konvertert til DM du har målt. Men om du har hatt med jord som en del av regnestykket burde det være enda mer å hente i neste ledd.
Jeg har bare målt differensielt ut så langt ja.
Men jeg skjønner at det er ønske om å se hva som er igjen av signal på utgangen i forhold til jord. Jada det kan vi måle.
CM rest på utgang (blått kort). Målt med 4V CM og korrigert med 4V dBr (relative) i grafene.
Grønn kurve viser rest målt differensielt. Gul kurve viser rest i forhold til jord på henholdsvis negativ og positiv fase. (positiv fase til høyre)
Vi ser at det er forsvinnende lite CM igjen på utgangen både på positiv og negativ fase i forhold til jord. Det er ganske imponerende dette her. Jeg mater altså inn 4V RMS på inngangen i forhold til jord og så er det nærmest fullstendig stillhet på utgangen. 15uV common og 30uV differensielt.
Vil det si at forvrengingen ut av bufferen er omtrent lik forvrengingen i ren loop-back ?
mvh
KJ
Prøver meg på et svar, uten at du skal ta det for god fisk at det jeg sier stemmer:
Forvrengningen i trinnet er uavhengig av loopback, siden man der kan kalibrere bort ulineariteter. Men støy, som er random av natur, kan man ikke kalibrere bort. Selv om han måler 1µV støy i loopback er den neppe vesentlig lavere enn 1,85µV siden det da vil være bufferet som dominerer målingen, men har vel forstått at dette også vil avhenge av måleområdet...?
Armand
KJ
Dette bufferet måler jo helt utmerket, og så vidt jeg husker var det ikke overdrevent hårete op-amper her heller. Det betyr at ideen om at vi også unngår 4x noise på differensialtrinnet holder vann. Hadde vi kjørt differensialtrinn med samme op-amper er jeg sikker på vi hadde endt på over 5µV støy.
Men jeg kunne tenke meg å sette fokus på C1, C2, C4 og C5. Jeg tror at disse bidrar til at CMRR synker såpass ved høyere frekvenser. Det kan hende verdiene er der de må være for at disse op-ampene skal kjøre 100% stabilt, og bytter man op-amper er man fort over der hvor layout blir eksponensielt mer komplekst... Men for å spørre sånn da: er det noe å gå på ift å senke verdiene på disse kondisene uten at det går ut over noe?
Legger for ordens skyld ved den siste skjematikken til KJ:
Jeg tror egentlig vi kan forutse med rimelig god sikkerhet hva som skjer. Med CMRR skjer det fint lite. Med støy øker den trolig til ca 3µV, og forvrengningen vil være signalavhengig, så den forvrengningen inngangstrinnet produserer med 1V inn vil vi fortsatt ha med 1V inn, og den utgangstrinnet produserer med 4V ut vil vi fortsatt ha ved 4V ut.Hei Armand
Hadde det vært mulig å få gjort noen målinger av den, satt opp som et "linjetrinn" med f.eks. 6dB forsterkning ?
Mvh.
Johnny
Men for all del, målinger er alltid interessant.
Men Armand , hvis det ikke er for mye å be om. Dersom noen kobler til en surrerundtreceiver, ubalansert, kortslutter negativ til jord, og kjører signal med 300 ohm utgangsimpedans på positiv pinne... Hvordan ser det så ut?
Ja.
Alt er likt og det betyr at bufferet har lavere forvrengning enn måleinstrumentet. Ikke så veldig rart egentlig siden OPA1612 har latterlig lav forvrengning. I instrumentet sitter det en haug med AD797 som var det råeste da det ble laget.
Det eneste som er høyere er altså noise, og det kommer jo av at du har 6 opamper i signalveien. Støymessig sitter de i en slags parallell-serie kobling så 1,85uV høres ikke så rart ut.
Det kommer til å fungere helt utmerket. bare å bytte to presisjonsmotstander. Ingen vits å gjøre målinger. Det blir det samme, men ca. 3uV noise.Hei Armand
Hadde det vært mulig å få gjort noen målinger av den, satt opp som et "linjetrinn" med f.eks. 6dB forsterkning ?
Mvh.
Johnny
Det er jo hårete opamper KJ har brukt. OPA1612 er den opampen med lavest THD+N i dag.
Ulempen med å redusere verdien på disse kondisene er at man slipper inn mer HF på inngangen.
Åh, jeg trodde han hadde valgt noe helt annet jeg. Jaja, så feil kan selv jeg ta
Det fremgår jo rimelig tydelig av bildet også. Lurer på om KJ brukte noen andre på en tidligere versjon elns?
Uansett, da er jo åpenbart oscillering og slikt ikke noe stort problem.
Men disse kondisene har jo først og fremst noe med HF å gjøre, og siden de er første ordens filtre har de uheldige bieffekter veldig langt utenfor sitt tiltenkte arbeidsområde, så hva om vi kunne laget dette som 2. eller høyere ordens filtre i stedet?
Det går vel ikke så bra. Signalet må ligge mellom fasene. Det er jo det som er anbefalt av Rane også. Slik som her:
Se post 241:Åh, jeg trodde han hadde valgt noe helt annet jeg. Jaja, så feil kan selv jeg ta
https://www.hifisentralen.no/forume...ittepitteliten-nerdetra-d-13.html#post3029743
Men det er vel for mye å forlange at man LESER POSTENE her inne...
Jeg beundrer ditt mål om å forbedre allerede svært gode tall. Slikt likar vi. Men 10 Ohm forskjellig kildeimpedans er mye i et vanlig Hi-Fi anlegg, og ser vi på ytelsen med lik kildeimpedans så er CMRR på nesten 100dB ved 20kHz. Helt ærlig mann: Er det ikke nok?
Du har bare byttet bilde du, det stod µA741 på den tidligere...
Se post 241:Åh, jeg trodde han hadde valgt noe helt annet jeg. Jaja, så feil kan selv jeg ta
https://www.hifisentralen.no/forume...ittepitteliten-nerdetra-d-13.html#post3029743
Men det er vel for mye å forlange at man LESER POSTENE her inne...
Når man vrir og vrenger på en krets lærer man den å kjenne, og man lærer også hvor risikoene, grenseverdiene og potensialet ligger.
Poenget er at å koble sammen pinne 1 og 3 for å mate en balansert inngang ikke er uvanlig. Selv om vi vet at det ikke er optimalt så hindrer ikke det folk i å gjøre det, og det gjøres i veldig stor utstrekning.
Det er med OPA1612 hele veien. Den har en inngangsstøy på 1,1 nV/sqrt(Hz). En utgangsstøy på 1,88 µV er ganske i tråd med simuleringene i TinaTI med 40 kHz båndbredde, og i pakt med en støytetthet på omkring 9,2 nV/sqrt(Hz), så vi klarer ikke å omgå 4X svekkelse i støyytelsen fra SE til balansert, men det er fortsatt utmerket.
Jeg tror ikke jeg monterte C1 og R2. R4+C2 & C4+C5 er en del av bootstrapen og toleransene her er ikke veldig kritiske for CMRR ved «lave» frekvenser. Disse kondensatorene er først og fremst for å begrense HF på inngangen til opampene. Dersom alle andre komponentverdier er perfekte så gir 100 pF og 10% toleranse på C4 & C5 en worst case CMRR på 100 dB ved 5 kHz. Jeg husker ikke om jeg monterte 100 pF eller noen høyere verdier her - 330 pF eller kanskje 1 nF.
De kondensatorene som er kritiske mht konvertering av CM til DM i det skjemaet er C23 & C24, med 33 pF og 5% toleranse så gir missmatch her en worst case CMRR ved 10 kHz på ca 80 dB og en gradvis svekkelse av CMRR med ca 20 dB pr dekade ved høyere frekvenser (ca 60 dB ved 100 kHz). Mismatchen her gir en konvertering av common mode til differential mode. Dvs siden jeg har vært heldig med verdiene på R19, R20, R21 og R22 (som er de motstandene som er kritiske mht CMRR), og får en CMRR nede på 100 dB så starter worst case svekkelsen av disse to kondensatorene nede ved 1 kHz.
Dersom vi på mystisk vis klarer å matche disse to kondensatorene (C23 og C24), så skal «differential mode» CMRR på utgangen bli ganske frekvensuavhengig opp mot 100 kHz. Mens CMRR med «ubalansert» utgang skal bli frekvensuavhengig opp til ca 500 Hz med et «CMRR-gulv» på 100 dB og ca 5 kHz med et «CMRR-gulv» på 80 dB.
C22 svekker også CMRR med «ubalansert» utgang, men ikke med «balansert»/«differential mode» utgang. Det vil si at den bidrar til svakere demping av common mode fra inngang til utgang, men den bidrar ikke til konvertering av common mode til differential mode.
Mht stabilitet er det også C22, C23 og C24 som er viktige (ev. også C10 og C11 dersom det brukes forsterking på inngangstrinnet).
Mht Armand sine målingar så er jeg er litt undrende til forskjellen i HF-CMRR mellom balansert og ubalansert kildeimpedans. CMRR burde ha vært likere.
mvh
KJ
Hvor viktige er forresten C6 og C8? Fristende å få dem vekk, kanskje heller sette inn en DC-servo.
Men siden førstetrinnet ikke er inverterende kunne man jo sett for seg å bruke en slik variant:
Jeg har en plan om å prøve LM4562 også, men på første forsøk som disse to kortene er, så gikk jeg rett på OPA1612 med kladdeloddinger ...Åh, jeg trodde han hadde valgt noe helt annet jeg. Jaja, så feil kan selv jeg ta
mvh
KJ
Det er nettopp det som er poenget mitt. Det burde logisk sett ha sammenheng med at C4 og C5 går rett til fast jord via C2 i stedet for å følge servoen. Dette reduserer logisk sett impedansen mot jord ved høye frekvenser (uten at jeg vet komponentverdiene her), og det (høy impedans mot jord) er jo første bud for å beholde høy CMRR.
Det eneste C6 og C8 skal bidra med er DC-beskyttelse på inngangen. Dersom DC på inn og utgang er ukritisk eller kontrollert på andre måter så kan de unngås. Jeg har valgt så store verdier (220 µF, 25 V) at de ikke skal påvirke LF-CMRR, frekvensrespons eller forvrenging i nevneverdig grad. På frekvensresponsen er Høypass - 3 dB ved ca 0,02 Hz. 20% mismatch på disse to kondensatorene svekker CMRR ved 80 dB under ca 0,8 Hz . For praktiske formål så kunne de kanskje ha vært på f.eks. 33 µF uten nevneverdige lydlige konsekvenser.
mch
KJ
Det gjør alltid litt vondt å se kondensatorer i signalveien, spesielt om det ikke er fast spenningsfall over dem.
Fristende å la seg inspirere av denne servoen her:
Planen min var at ev forsterking settes av R12, R13, R14 og R15 i kretsskjemaet under (MERK på kretskortet har andre nummer ...)
Det kommer til å fungere helt utmerket. bare å bytte to presisjonsmotstander. Ingen vits å gjøre målinger. Det blir det samme, men ca. 3uV noise.Hei Armand
Hadde det vært mulig å få gjort noen målinger av den, satt opp som et "linjetrinn" med f.eks. 6dB forsterkning ?
Mvh.
Johnny
Som ren buffer uten forsterking så er det bare R14 & R15 som er i bruk (3K3 ohm trur eg det var), mens R12 og R13 er 0 Ohm. Toleransene på disse motstandene er ukritisk mht CMRR og 10% toleranse gjør ikke nevneverdig forskjell på CMRR. En kan også sette forsterkingen med presisjonsmotstandene R19, R20, R21 og R22 (disse har også andre nummer på kretskortet), men da endrer vi også forholdet til common mode forsterkingen (R17 & R18 i kretsskjemaet over). Selv om motstandsverdiene i common mode loopen har vist seg ikke å være kritiske mht presisjon vs CMRR så har jeg ikke testet med ulik common mode og differntial mode forsterking. Det er noe å eksperimentere videre med - dvs å redusere CM-forsterkingen så mye som mulig uten at det ev leder til andre uønskede konsekvenser ?
mvh
KJ
Poenget med den kretsen jeg postet der var ikke DC-blokk men 2. ordens lavpassfilter.
Logisk sett vil vel forskjellen i gain mellom IC1B og IC3B kunne ha betydning for oversetting av CM til DM. Det, skulle egentlig være det som, ved siden av jordimpedansen, har avgjørende betydning for CM-DM. Egentlig har jo ikke CM-servoen noen betydning på CM-DM, den spiser bare CM fra signalet etter sistetrinnet.
Planen min var at ev forsterking settes av R12, R13, R14 og R15 i kretsskjemaet under (MERK på kretskortet har andre nummer ...)
Det kommer til å fungere helt utmerket. bare å bytte to presisjonsmotstander. Ingen vits å gjøre målinger. Det blir det samme, men ca. 3uV noise.Hei Armand
Hadde det vært mulig å få gjort noen målinger av den, satt opp som et "linjetrinn" med f.eks. 6dB forsterkning ?
Mvh.
Johnny
Vis vedlegget 569617
Som ren buffer uten forsterking så er det bare R14 & R15 som er i bruk (3K3 ohm trur eg det var), mens R12 og R13 er 0 Ohm. Toleransene på disse motstandene er ukritisk mht CMRR og 10% toleranse gjør ikke nevneverdig forskjell på CMRR. En kan også sette forsterkingen med presisjonsmotstandene R19, R20, R21 og R22 (disse har også andre nummer på kretskortet), men da endrer vi også forholdet til common mode forsterkingen (R17 & R18 i kretsskjemaet over). Selv om motstandsverdiene i common mode loopen har vist seg ikke å være kritiske mht presisjon vs CMRR så har jeg ikke testet med ulik common mode og differntial mode forsterking. Det er noe å eksperimentere videre med - dvs å redusere CM-forsterkingen så mye som mulig uten at det ev leder til andre uønskede konsekvenser ?
mvh
KJ
R12-15 til gain, postet ikke jeg en slik krets tidligere? Jeg tegnet i hvertfall en, men der satte jeg inn 4 like motstander i serie på hver side av nullpunktet slik at man kunne bytte mellom ulike gain-innstillinger ved å tappe signalet på ulike steder, og samtidig jevne ut temperaturelatert avvik.Jepp & jepp. Det var vel i post 98 at dette ballet startet for alvor : https://www.hifisentralen.no/forumet/tech-hja-rnet/93376-differensielle-inngangstrinn-en-bittepitteliten-nerdetra-d-5.html#post2862442 28. januar 2019 !!! Jeg forenklet litt ved å ta CM-signalet fra feedback nettverket på inngangen og bare bruke en OPAMP til CM-driver, og kompliserte litt igjen med å bruke den ledige OPAMP-en til CM-servoen.
mvh
KJ
Ja, se der ja! Skjedde mye rundt de tidene så det er litt begrenset hva som huskes av detaljer, men jeg husker at jeg hadde en versjon før dette der utgangstrinnet ikke var inverterende, og der CM-servoen var feedback.
Jeg liker tanken på feed forward. Det er så stabilt, men det tar ikke hensyn til symmetriavvik i utgangstrinnet da.
Men du skrev noe...:
Hva mente du egentlig med det?
Den jeg simulerte i innlegget du linket til ga 1,7µV til 20kHz. Så vidt jeg forstår klarer protoen din 1,85µV til 40kHz. Dette må da, om jeg ikke husker feil, fullstendig grusing av instrumentforsterkere? Eller mente du noe annet? -
Laster inn…
Diskusjonstråd Se tråd i gallerivisning
-
Laster inn…