Differensielle inngangstrinn - en bittepitteliten nerdetråd

[KJ]

En konvergerende misforståelse med felles multiplikator - 4X ?

... Det betyr at ideen om at vi også unngår 4x noise på differensialtrinnet holder vann. ...

... 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. ...

Ja det er en grusing av tradisjonelle integrerte instrumentforsterkere.

Det jeg trodde du siktet til er en grov «tommelfingerregel» om at en balansert inngang støyer omtrent 4 ganger mer enn en «tilsvarende» ubalansert inngang. Douglas Self dveler en del over dette i boka «The Design of active crossovers», der han ender opp med å bruke 4 parallelle «unity gain» instrumentforsterkere bygd med NE5532 (totalt 12 OPAMPer, balansert inn og ubalansert ut) for å nærme seg ytelsen i en enkel ubalansert inngangsbuffer med NE5532, og får et støynivå på -117 dBu som vel blir omtrent 1,1 µV. Den ubalanserte inngangsbufferen han sammenlikner med (en enkel NE5532 uten forsterking) har til sammenlikning et støynivå på -119 dBu som vel blir 0,86 µV.

Vi har ikke gjort noen ekstraordinære tiltak, annet enn å velge støysvake OPAMPer og lave motstandsverdier, for å komme fram til et støynivå på 1,88 µV, dvs -112,3 dBu. Men en «tilsvarende» enkel ubalansert inngangsbuffer med en OPA1612, kan gi et støynivå ned mot ca. 0,34 µV eller omkring -127 dBu.

mvh
KJ

 

[Snickers-is]

Det jeg sikter til er at i Diff-Se- konverteringen i en instrumentforsterker vil den noe spesielle koblingen gjøre at man har ca 4x gain lokalt på hver av inngangene sammenliknet med utgangen. Det faktum at man har signal på begge samtidig er det som gjør at den allikevel kjører 0dB gain totalt. Dette gjør dette trinnet til en støygenerator i langt større grad enn for eksempel en ordinær unity gain-koblet op-amp. Siden støyen til en viss grad stammer fra motstandene betyr det at det heller ikke er like kritisk hvilken op-amp man benytter dersom man benytter en av de bedre.

Jeg mener at det også av samme grunn burde være en viss forskjell på støyytelsen til inverterende og ikke-inverterende kobling med null gain. Vi ser jo også at dette slår ut både på båndbredde og på THD, selv om disse er nærmere knyttet til op-ampens egenskaper.

Men hva tenker herrene om servoen jeg postet?

Sent fra min SM-G965F via Tapatalk

 

[KJ]

Ach so, da snakker vi egentlig om den samme 4 gangen på støy med en balansert-/differanseforsterker sammenliknet med en enkel buffer, med litt ulik innfallsvinkel og variasjoner i ord. 4X støyforsterking + termisk støy i motstandene rundt + strømstøyen i inngangstrinnet som omsettes i motstandene >>> en grov (les optimistisk) tommelfingerregel. Den 4X unngår vi ikke samlet sett. Men du hadde i det samme en antagelse i det om at vi bruker sløvere opamper enn det vi gjør.

Ang servoen er jeg litt ambivalent. Jeg liker «flyten» og måten Bruno håndtere signaljord som en del av signalet i den forforsterkeren, men den servoen er jeg usikker på om passer inn i bufferen vår. Må sjå litt nærare på det. Jeg tror kanskje det fungerer best med to servoer i bufferen, men er jeg usikker på hvordan det slår ut ift CMRR bl.a. siden den ikke blir utsatt for bootstrapen. En servo «inne i» differanseforsterkeren gir også noen endringer i forsterkingen som jeg ikke overskuer på sittende bak.

mvh
KJ

 

[Snickers-is]

Med to separate servoer vil de kunne påvirke fasene ulikt. Det medfører en asymmetri. Dette skjer i såfall i området der bootstrapen henter sitt referansepunkt. Vi vil i såfall få en forskyvning i spenningen i det virtuelle jordpunktet, som igjen vil gi oss mer CM-DM-konvertering.

Om jeg har forstått Bruno sin løsning rett vil den påvirke differensial DC uten å påvirke absolutt potensial. Den "flyter" vel med gjennomsnittsspenningen mellom positiv og negativ fase? I såfall følger den spenningen bootstrapen genererer.

Om den ikke gjør det, må vi se på hvorfor.

Bruno sin løsning har inntegnet 3 jordkoblinger. To av dem tilsvarer spenningsdeleren etter førstetrinnet i vår krets (kan jeg kalle den det?). Disse er flytende. Det siste jordpunktet ha, i Bruno sin krets, selvsagt samme potensial som de øvrige jordpunktene. Derfor funderer jeg på om vi kan/bør styre dette punktet med en egen bootstrap som er DC-koblet og opprettholder DC-servoens funksjon. Eventuelt kan vi AC-koble den, og la DC-servoen ha samme LF-karakteristikk som det virtuelle jordpunktet på inngangen. Det siste virker logisk men da er jeg redd DC-servoen skal begynne å korrigere for DC asymmetri, noe som ikke er meningen.

Så lenge vi kontrollerer symmetrien i kretsen, differensiell DC, og har en DC-koblet CM-servo burde utgangene gå sakte men sikkert i null ved DC inn.

 

[KJ]

Kretsen er et produkt av diskusjonen/vekslingene mellom oss i tråden her så jeg syns det er greit å si at den er "vår". Jeg har fått mer enn god hjelp med kretskortet også, men jeg får stå inne for det slik det er, KJs Fjøsmekk.

Jeg må eksperimentere litt med DC servo. CM-servoen skal jo også ta en del av DC på utgangen (av den DC som bufferen lager selv) men den lager også sin egen DC ut.

Jeg ser ingen indikasjoner i Armand sine målinger om at de bi-polare elektrolyttene på inngangen oppfører seg ufint, så jeg ser ikke det store behovet for å bytte dem med en DC-servo. Det viktige med å bruke elektrolytter som koblingskondensator er å sikre at de ikke har noe som helst signalavhengig spenningsfall over seg. De skal kun brukes til å blokkere DC, men ikke til å definere noen nedre grensefrekvens eller andre filterfunksjoner i nærheten av hørbare frekvenser.

Mvh
KJ

 

[Drossel]

Klubben havde besøg af Purifi hifi i fredags. Brunos Mola pre var med. Det var en god aften siges det. Purifi havde også en af deres Klasse D med. Formanden mener det lød lidt for langt fremme skoene. Jeg var ikke tilstede.

 

[KJ]

Jeg har forresten fortsatt et overskudd på ti kort av førsteopplaget til fjøsmekket, så dersom noen har lyst å prøve SMDDB buffertrinnet kan de sende meg en PM. Det er samme kretskortversjon som Armand fikk skikk på. Prisen er drikkepenger etter eget skjønn + porto / ekspedisjon og en tilbakemelding om erfaringene. Kortene måler 5X9,5 cm og kan tilpasses ulike bruksområder mht fast forsterking eller demping. Kortene har en layoutfeil som lett omgås (en CM-spole på inngangen som ikke passer på kortet) og ei lita blemme som fordrer litt oppmerksomhet med manglende stoppmaske mellom via og loddepunkt. Kortene suger ganske mye varme så det kreves en god loddebolt med kraftig spiss å lodde paddene mot jordplan og CM-plan. Jeg tror jeg regna på at det koster ca 700 kr pr kanal/kort å bestykke kortet slik som Armand testet det.

EDIT ser at jeg regna på 840 kr pr kort/kanal i denne posten https://www.hifisentralen.no/forumet/tech-hja-rnet/93376-differensielle-inngangstrinn-en-bittepitteliten-nerdetra-d-11.html#post2900954

Mvh
KJ

 

[Armand]

^Hvis det er noen som er på utkikk etter et bra buffer så tør jeg påstå at man får ikke et buffer som yter bedre uansett prisklasse noe sted. Når dette tilbys for litt drikkepenger er det ikke mindre enn et røverkjøp
SMD lodding kan jo være en utfordring når man ikke har rette utstyret, så der kan jeg eventuelt være behjelpelig. Eventuelt at jeg lager hele kortet og tester det. Ikke at det skal være noen big business for meg, men jeg må nesten ta noen kroner for det.

 

[KJ]

...
CMRR med lik kildeimpedans:
Vis vedlegget 569536

CMRR med 10 Ohm skjev kildeimpedans:
Vis vedlegget 569538

Armand Kan du ta en titt på R4 & C1 ?

Jeg har en mistanke om at en feil på R4 (lodde-/kontaktfeil eller for høy verdi >>>1k) kan forårsake den observerte forskjellen i CMRR mellom balansert og ubalansert kilde. Jeg husker ikke hvor nøye jeg fulgte planen da jeg monterte komponentene, eller om jeg ombestemte meg i farta. Jeg tror R4 skal være 100 ohm (muligens til 330 ohm), og C1 skal ikke være høyere enn 1 nF, kanskje 100 pF.

mvh
KJ

 

[Snickers-is]

Hadde du hatt noe i mot å poste komponentverdiene KJ ?

Sent fra min SM-G965F via Tapatalk

 

[KJ]

Dette er skjemaet med komponentverdier til kretskortene. Noen komponenter er uten verdi og en må vurdere nærmere ift den konkrete bruken om hva som passer, f.eks ev forsterking i inngangstrinnet eller demping på utgangen. Alle komponentverdiene er veiledende, og jeg husker ikke om og hvor jeg ev har gjort andre valg i samlingen av kretskortene. Som nevnt har jeg brukt OPA1612 som opamper og de vil gjerne ha en liten kondensator over feedback-motstanden (C10/C11 og C23/C24). Andre opamper er mindre kilne.

mvh
KJ

 

[Armand]

Jeg har en mistanke om at en feil på R4 (lodde-/kontaktfeil eller for høy verdi >>>1k) kan forårsake den observerte forskjellen i CMRR mellom balansert og ubalansert kilde.
mvh
KJ

For å utelukke potensielle misforståelser må jeg poengtere at jeg ikke har testen kretsen med ubalansert kilde.
Det jeg har testet er 10 Ohms mismatch mellom kildeimpdansen på de to fasene. (I henhold til testprosedyren vist i post 245)
https://www.hifisentralen.no/forume...ittepitteliten-nerdetra-d-13.html#post3029813

 

[KJ]

Jeg har en mistanke om at en feil på R4 (lodde-/kontaktfeil eller for høy verdi >>>1k) kan forårsake den observerte forskjellen i CMRR mellom balansert og ubalansert kilde.
mvh
KJ

For å utelukke potensielle misforståelser må jeg poengtere at jeg ikke har testen kretsen med ubalansert kilde.
Det jeg har testet er 10 Ohms mismatch mellom kildeimpdansen på de to fasene. (I henhold til testprosedyren vist i post 245)
https://www.hifisentralen.no/forume...ittepitteliten-nerdetra-d-13.html#post3029813

En ubalanse i kildeimpedans på 10 ohm (med hhv 10 og 20 ohm i hver «fot») er ubalansert nok i min bok

Jeg gjorde noen kjappe simuleringer med utgangspunkt i testoppsettet du viste og jonglerte med verdiene på R4 - «høye» verdier på R4 gir forskjeller i CMRR som kan likne på de to målingene.

mvh
KJ

 

[KJ]

... Når dette tilbys for litt drikkepenger er det ikke mindre enn et røverkjøp ...

Jeg kunne jo ha gjort forsøk på en «normalkalkyle», regnet inn medgåtte timer fra alle bidragsytarar, lagt på en rimelig fortjeneste og delt på 20 kort ... og vi hadde kanskje endt opp med noen uker i krangel om IP-rettighetene og sløst bort overskuddet på fine advokater. Jeg tør ikke helt regne på hva en «rimelig» pris hadde blitt, men «noen» forgnertiere pr kort må det i alle fall bli.

Jeg kunne også funnet en high end svadagenerator og tatt en «high-end-kalkyle»^PI, solgt to kort til langtbortivekkistan og gått rett i pensjon.

P.t. er kompetente brukererfaringer mer verd enn penger i denne sammenhengen.

mvh
KJ

 

[Armand]

Jeg er nå den stolte eier av Port Charlotte Còig Deug. KJ forærte den til meg for mitt bidrag med loddingen på hans PCB. Den smaker helt fortreffelig, men det er ikke det eneste. Jeg har lenge fundert på hvorfor jeg ikke klarer mer CMRR i kretsen min, og har brukt noen timer på dette i dag uten å komme i mål.Etter to små glass med denne så løsnet det.

Jeg er nå oppe på 97dB CMRR på den dårligste kanalen. På den andre har jeg 118dB.

Det hele handler om PCB layout, impedanser i baner og antakelig også symmetri. Ny runde med kretskort skal forbedre dette!

Skål

 

[Drossel]

Kapaciteter mellem over og underside af PCB?

 

[Armand]

Parasittiske kapasitanser på PCB er nok også en årsak til at det blir dårligere oppover i frekvens ja.
Her er siste kurve der jeg har lagt inn 0,1 Ohm og 0,03Ohm i serie med de kortere banene på venstre kanal som lå på 90dB tidligere. Det hjalp ca. 10dB.
Den høyre kanalen har alltid vært bedre og ikke overraskende er banene der like lange.

Vi ser at Høyre kanal er mye bedre ved lave frekvenser, men den stiger fortere. Målet et 100dB ved 1kHz og det har jeg forsåvidt klart.
Jeg må se om jeg finner mer optimale motstandsverdier for å kompensere for banelengdene. I neste PCB layout skal jeg se om jeg kan få gjort dette mer elegant. 110dB ved 100Hz og 90dB ved 20kHz skulle være innen rekkevidde hvis jeg får det riktig.

Nå er jeg i hvert fall i fjøsmekk-land på den dårligste kanalen. Men KJ har lavere gain, så egentlig leder han enda...

 

[MusicBear]

Dine hjerneceller, Armand, må ha blitt velsignet med særskilte evner innenfor elektronikk ved fødselen av Ham der Oven. Eller at bunnen i trillevogna di når du var liten, var laget av samme materiale som printkort. Eller jobbet mora di på Tandberg i sin tid, eller samlet på transistorer når hennes venninner samlet hjerter til sine minnebøker

 

[KJ]

Ja løsemidler av fiiineste sort myrvann kan få mangt og mye til å løsne Husk å spare en skvett til snickersen.

Ang «Parasittiske kapasitanser på PCB» har du plass til et guard-plan over og rundt signal banene ?

mvh
KJ

 

[Snickers-is]

Husk å spare en skvett til snickersen.

Takker og bukker, setter veldig stor pris på det KJ. Er selv svært glad i Bruicladdich Port Ellen 10YO.

 

[KJ]

B-) Port Ellen har jeg kun smakt en gang, passende nok på White Hart Hotel i Port Ellen, Islay.

Mvh
KJ

 

[bambadoo]

Et par fjøsmekk pcb mottatt i posten idag. Drikkepenger vippses ganske snart

 

[Snickers-is]

B-) Port Ellen har jeg kun smakt en gang, passende nok på White Hart Hotel i Port Ellen, Islay.

Mvh
KJ

Jeg fatter ikke hvorfor jeg hele tiden blander Port Ellen og Port Charlotte. Det kan jo kanskje ha noe med å gjøre at kona heter Ellen...

 

[KJ]

... og jeg hengte meg opp i Port Ellen uten å reflektere over dissonansen med Bruichladdich, 10 år, og med Port Ellen i midten ...

mvh
KJ

 

[Armand]

Ja løsemidler av fiiineste sort myrvann kan få mangt og mye til å løsne Husk å spare en skvett til snickersen.

Ang «Parasittiske kapasitanser på PCB» har du plass til et guard-plan over og rundt signal banene ?

mvh
KJ

Jeg har nå gjemt unna flasken. Stoler ikke på meg selv hvis den er innen rekkevidde Nå er ikke jeg noen voldsom "kjenner" av whisky, men en ting jeg oppfatter er en slags "renhet" og naturlighet.

Nytt layout er nå under uttenking og jeg har kommet opp med et forslag som bør være bedre. Det som ikke hadde fått nok oppmerksomhet på forrige versjon var motstanden i banene fra OPA1612 til INA1620. Inngangsimpedansen på INA1620 er relativt lav og det går en del strøm i banene. Jeg brukte kun 8 mil baner på interne lag med kun 17um tykkelse og forskjellen i motstand var på det meste rundt 100mOhm på den kanalen som alltid målte dårligere. Det var jo ikke akkurat positivt for matchingen av INA1620 motstandene som er på 40mOhm...

Nå blir det slik ser det ut til.

Øverst til høyre sitten en en kanals opamp som driver bootstrap.
De to OPA1612 i mellom bryterne leverer signal opp til INA1620 på de fire vertikale banene som har litt forskjellig bredde for å kompensere for litt forskjellig lengde. (Må finregne litt til på de der).

En annen forbedring er at referansesignalet til bootstrapen hentes direkte fra utgangen på OPA1612. Tidligere tappet jeg meg bare innpå der det passet et tilfeldig sted i mellom OPA1612 og INA1620. Dette første til litt forskjellig spenningsfall på referansesignalet.

Kortet er fire lag, og stackup er slik:
Bottom layer: -15V. Dette laget sørger for kjøling av chippene som har kjøling på undersiden
Inner 1: +15V.
Inner 2: signaler routes her og det vil da være "guard plan" over og under. Skulle ikke være nødvendig med guard rundt (ved siden av) signalbanene??
Top Layer: GND. Dette laget holdes mest mulig "helt" for å redusere spenningsfall.

Blir spennende å se hvordan dette blir.

 

[Armand]

Enda mer nerding

Etter litt simulering av hva selv 1pF kapasitans i banene gjør ved høye frekvenser skjønte jeg at her må det gås grundigere til verks. Jeg fant et simuleringsverktøy som heter CapExt som har en ukes gratis prøveversjon.
Det fungerer meget bra. Man eksporterer gerber-filer som deretter importeres i CapExt. Dette programmet simulerer dermed kapasitans fra alle andre noder og plan på kretskortet. Ved å bruke informasjon fra stack-up fra PCB leverandør kan man modellere dette med stor nøyaktighet. Nå er de fire kritiske banene like lange, har lik bredde og ved å tweake litt på planene over og under banene fikk jeg kapasitansen innenfor 0,07pF

Det blir spennende å se hva denne layouten klarer å levere av CMRR. I følge simuleringene skal nå 95dB flatt til 20kHz være mulig selv med maksimal uflaks med motstandene i INA1620. Normalt sett bedre enn 100dB. På begge kanalene denne gangen..

Fasit kommer om noen uker.

 

[Snickers-is]

Det triste med dette er at det er så utrolig få som overhodet kan forstå hvor ekstremt dette er.

 

[KJ]

Ja jeg blir heller ikke rent ned av folk som ønsker å teste kretskortene. Jeg har fortsatt kort til overs. (håper Bamabdoo finner kvalitetstid i «furtebua»). Selv om det ikke er rift om kortene er det trivelig å se at nerderiene i denne ikke lengre bittepittelille tråden fanger en interesse - over 16 500 visninger og 300 innlegg om et forholdsvis sært og lite tema! Jeg fikk også ei melding før jul om at det var et savn etter litt mer liv i denne tråden

Belden rangerer CMRR-ytelsen som følger

-40 dB CMRR very poor noise rejection
-50 dB CMRR poor noise rejection
-60 dB CMRR average noise rejection
-70 dB CMRR good noise rejection
-80 dB CMRR very good noise rejection
-90 dB CMRR excellent noise rejection
-100 dB CMRR world class noise rejection​

https://www.belden.com/blog/broadcast/cmrr-what-is-it-and-how-do-you-get-a-good-number. Jeg må lære meg «hyperbolsk» - KJs World Class Fjøsmekk ™

Det er ikke så mange hifiprodusenter som reklamerer med CMRR. Mange (?) opplyser ikke engang om spec for CMRR, selv om de skryter høyt og lavt om «balansert». «World class» CMRR borger jo for et svært uproblematisk samvirke med tilkoblet utstyr, og jeg kunne tro at det var det verd å reklamere med.

Det er fascinerende hvor snevre toleranser som kreves og hvor pertentlig en må være med kretsutlegg for å ha «tilstrekkelig» kontroll med «parasittene», for å få så gode resultater på CMRR - 100 000 : 1 ! En picofarad her og noen hundredels ohm der så har en spolert potensialet.

...
Jeg har nå gjemt unna flasken. Stoler ikke på meg selv hvis den er innen rekkevidde Nå er ikke jeg noen voldsom "kjenner" av whisky, men en ting jeg oppfatter er en slags "renhet" og naturlighet.
...

Håper den fortsatt er trygg Like før den blir «silkemyk, nerve, klang, tilstedeværelse, ekthet, nærhet» etc.

...
Inner 2: signaler routes her og det vil da være "guard plan" over og under. Skulle ikke være nødvendig med guard rundt (ved siden av) signalbanene?? ...

Med 17 µm kobber så betyr vel ikke selve kapasitansen sideveis noe særlig og da er det kanskje mest et spørsmål om ev skjerming mot nærliggende kretsbaner i horisontalplanet ?

mvh
KJ

 

[Snickers-is]

Jeg og Armand drøftet litt rundt dette i går. Jeg hadde en design fra januar-februar i fjor der jeg henter CM-kontrollen før utgangs op-ampene i stedet for etter, altså en feed forward heller enn feedback. Jeg har lyst til å fikle litt mer med den kretsen da jeg liker dens enkelhet, samt det faktum at den er en ganske moderat støygenerator (på linje med din krets Knut). Ikke ar Armand sin akkurat er noen trussel mot hørselen, men så handlet jo dette også om optimalisering langt forbi det fornuftige.

 

[KJ]

Dvs kun med bootstrap og feedforward, omtrent som i innlegget ditt fra 31/1 2019 ?

...
Vis vedlegget 527124

mvh
KJ

 

[Snickers-is]

Dvs kun med bootstrap og feedforward, omtrent som i innlegget ditt fra 31/1 2019 ?

...
Vis vedlegget 527124

mvh
KJ

Ja, i bunn og grunn det prinsippet, men vi snakket også litt om å endre på utgangstrinnet her. En INA1620 vil jo for eksempel gi tilgang på matchede motstander og høy strømstyrke.

Jeg er også litt nysgjerrig på hva man kan få ut av å legge inn et lavpassfilter i loopen til inngangs-op-ampene, og time dette inn med HF-filteret før inngangsforsterkerne, for på den måten å oppnå høyere ordens karakteristikk så man kan flytte knekkfrekvensen noe høyere.

Det sagt, jeg kikket litt på kabler. For eksempel gir en vanlig Klotz oss 50pF mellom leder og skjerm pr meter. På 5 meter får vi 0,25nF pr side, rett til jord. Poenget mitt er at selv en svært god kabel med alle de rette egenskapene vil konvertere noe CM til DM dersom jordingen fra før ikke er helt i senter.

 

[KJ]

Er det ikke INA1620 som brukes i Vera ?

CM-servoen (X4 i skissa under) har noen fordeler sammenliknet med bare CM-feedforward (X3 i skissa under). I denne forenklede kretstegninga har jeg tatt bort krimskramset med CM-bootstrap.

- med servo blir toleransene på R5 & R6 mindre kritiske for «world class» CMRR. Uten servo (X4 og «enden» på R6 koblet til jord) gjelder de samme toleransekravene på R5 & R6 som på motstandene til differanseforsterkingen - R1 & R2 og R9 og R10 - dvs 0,01% for bedre enn 80 dB CMRR. Dersom vi bruker to INA1620 med trimmede motstander, så er ikke dette noen sak, men med en «diskret» oppbygging med OPAMPer og motstander så blir det også et budsjettspørsmål - en 1/2 dobbel OPAMP til 1/2 X 75 kr eller to ekstra presisjonsmotstander til 2X 120 kr ?

- det kan virke som støyen er litt lavere med CM-servo enn uten, rundtomregnet 2,5 dB ?

- CM-servoen fungerer også som DC-servo («uten» tidskonstanter) for common mode DC.

- degraderingen av CMRR med økende frekvens er bedre med servo enn uten, jf. mitt innlegg #103 : https://www.hifisentralen.no/forumet/tech-hja-rnet/93376-differensielle-inngangstrinn-en-bittepitteliten-nerdetra-d-6.html#post2863884. Med parametermodeller tilsvarende LM4562 og ideelle motstander, så holder servoen CMRR bedre enn 100 dB opp til ca 35k Hz (med C1 = 33p F), mens uten servo er CMRR dårligere enn 100 dB over ca 500 Hz

- den «iboende» CMRR ytelsen med servo og perfekte motstander er flere størrelsesordener bedre enn uten uten servo. Det er en forlengelse av foregående punkt, men det er mer et «akademisk» poeng enn praktisk, siden det er litt krevende å oppdrive perfekte motstander.

------------​

Ang. å legge til et ekstra LP-filter rundt inngangstrinnet. Dette vil vel være utenfor bootstrapen ? Dvs at toleransene her kan bidra til å konvertere CM til DM. Jeg tror ikke helt jeg ser hvordan vi kan konstruere et slikt filter som kan begrense båndbredden på CM uten å ødelegge CMRR. Da tror jeg kanskje et eller flere ekstra HF-trinn i bootstrapen er en mer farbar vei.

Ang kabler - ja en ubalanse i den kapasitive koblingen mellom leder og skjerm gir et direkte utslag i konvertering av CM til DM og redusert CMRR med økende frekvens. Det er derfor viktig å bruke kabler med en godt definert og stabil geometri slik at det er minimalt med forskjell i kapasitans mellom leder og jord. Er star-quad kabler gode på dette ? Men så har jeg lagt til muligheten for å legge bootstrapen også til XLR-pinne 1 og skjermen på kabelen, for de tilfellene en har kontroll på skjerm og jord (jf. active guard og aktiv skjerm). Da er bootstrapen med på å dempe konsekvensene av ubalansen i den kapasitive koblingen mellom leder og jord, på samme måte som for komponenten på inngangen.

mvh
KJ

 

[Armand]

Bruker INA1620 ja. Det fine med den er at den driver hva som helst uten å mukke. (130mA og over 600pF). Jeg kan dermed bruke den til å drive relativt lange ledninger/baner bort til NC500 uten motstander på utgangen. At den har 4 sett 1k 0,004% motstander innebygget er jo heller ikke å forakte. Man kan forsåvidt bruke de 4 settene helt uavhengig hvis man ønsker. En fantastisk god opamp rett og slett. En ulempe er at man må lodde 24 bein med 0,5mm mellom beinene og at den trenger kjøling under chippen.

 

[KJ]

...
Det sagt, jeg kikket litt på kabler. For eksempel gir en vanlig Klotz oss 50pF mellom leder og skjerm pr meter. På 5 meter får vi 0,25nF pr side, rett til jord. Poenget mitt er at selv en svært god kabel med alle de rette egenskapene vil konvertere noe CM til DM dersom jordingen fra før ikke er helt i senter.

Av og til tar det urimelig lang tid å «connect the dots», men kapasitansen mellom leder og skjerm i kablene kan være hoveddelen i svaret på på denne målinga som vi var litt skuffet over - dvs svekkelsen i CMRR med økende frekvens med ubalansert kildeimpedans/-motstand:

...
CMRR med 10 Ohm skjev kildeimpedans:
Vis vedlegget 569538

Denne målinga med en svekkelse av CMRR fra ca 97 dB @ 1k Hz til ca 73 dB @ 20k Hz er helt i samsvar med ca 180 pF fra hver signal-leder til skjerm/jord i kablene (med identisk kapasitans i hver leder til skjerm), sammen med kildemotstanden på hhv 10 og 20 ohm i hver signal-leder (slik som Armand brukte).

Denne svekkelsen av CMRR har dermed ikke så mye å gjøre ev med svakheter i kretsen/kretsutlegget, monteringa eller eller toleransene i de komponentene som er brukt.

Denne svekkelsen av CMRR som følge av ubalansert kilde i kombinasjon med kapasitansen mellom leder og skjerm kabelen, kan i stor grad motvirkes med å inkludere skjermen på kabelen i bootsrapen, dvs aktiv skjerm. Skjermen kan da ikke kobles direkte til jord/chassis i avsender. Det er mulig det er en fordel med dobbeltskjermet kabel med isolasjon mellom skjermene, der den ytre skjermen kan kobles til chassis i hver ende, mens den indre skjermen kobles til bootstrapen i mottaker, og ellers er flytende i avsender-enden - og selvfølgelig med tvinnet par eller stjerne-quad til signal.

mvh
KJ

 

[Snickers-is]

Det med aktiv skjerm er en interessant tanke KJ, men med ett stort MEN, og det er at straks man lager noe som ikke er helt i tråd med eksisterende standarder forsvinner også enkelheten. Det er én ting å jakte ytelsesøkninger i laboratorieomgivelser. Det er en annen å jakte ytelsesøkninger i den virkelige verden der mennesker skal koble sammen og betjene dette.

 

[KJ]

Ja som nevnt tidligere så er opsjonen med aktiv skjerm på kretskortene en eksperimentell mulighet. Det er ikke ubetinget kompatibelt med vanlig utstyr og kjøpekabler. Det er heller ikke feil å si at det er for «viderekommende» og uegnet for «allmen og generell» bruk. I hifi-sammenheng så er dette ei ukonvensjonell løsning. Jeg ser da bort i fra at enkelte boutiquekabelmerker reklamerer med «aktiv skjerm» som noe helt annet. Men jeg er ikke enig i at det er en laboratorieøvelse. Meget god til glitrende CMRR 20 - 20k Hz fra ubalanserte kilder vil jeg vel hevde kan ha sine praktiske sider ute i virkeligheten.

Kjappe googlesøk etter «active shield» og «active guard» kan tyde på at det ikke er så veldig utbredt i resten av verden heller. Jeg fant en liten liten strofe i en artikkel om instrumentforsterkere på ESP. Under pkt 4.1 i fig 5 er det ei løsning med aktiv CM-skjerm som er lik den jeg har tatt høyde for på kretskortet (det skumle er at jeg ikke har sett akkurat denne artikkelen før nå), men denne kretsen har av en eller annen grunn ikke med seg bootstrap for lastkomponentene på inngangen.

https://sound-au.com/articles/ina-preamps.htm#s41

mvh
KJ

 

[arild]

Etter litt simulering av hva selv 1pF kapasitans i banene gjør ved høye frekvenser skjønte jeg at her må det gås grundigere til verks. Jeg fant et simuleringsverktøy som heter CapExt som har en ukes gratis prøveversjon.
Det fungerer meget bra. Man eksporterer gerber-filer som deretter importeres i CapExt. Dette programmet simulerer dermed kapasitans fra alle andre noder og plan på kretskortet. Ved å bruke informasjon fra stack-up fra PCB leverandør kan man modellere dette med stor nøyaktighet. Nå er de fire kritiske banene like lange, har lik bredde og ved å tweake litt på planene over og under banene fikk jeg kapasitansen innenfor 0,07pF
Vis vedlegget 571387

Det blir spennende å se hva denne layouten klarer å levere av CMRR. I følge simuleringene skal nå 95dB flatt til 20kHz være mulig selv med maksimal uflaks med motstandene i INA1620. Normalt sett bedre enn 100dB. På begge kanalene denne gangen..

Fasit kommer om noen uker.

Det har gått noken veker no, og er VELDIG spent!

Mvh Arild

 

[Armand]

Joda. Nytt kretskort er testet og montert i neste versjon av Vera Audio forsterkeren. CMRR ble bedre, men ikke så fantastisk som jeg drømte om. Det å klare særlig bedre enn 80dB ved 20kHz er ikke så enkelt. Ved såpass høye frekvenser så smitter signalet rundt seg på "magiske" måter det er vanskelig å ha kontroll på.
Men 117dB ved 100Hz er jo ikke ille da
Faktisk er det litt bedre enn 1000 dollars transformatorer i følge denne uttalesen:
https://www.belden.com/blog/broadcast/cmrr-what-is-it-and-how-do-you-get-a-good-number

Slik ser det ut på høyttalerutgangen med 2V common mode signal.

Med 10 Ohm skjev kildeimpedans på + og - fase ble det sånn:

Målestandarden IEC60268-3 sier at det er worst case ved 1kHz med 10 Ohm skjev kildeimpedans som er gjeldene, og jeg havner dermed på 95dB. Det er såpass bra nå at jeg tviler på at å bruke mer tid på dette er særlig nyttig.

 

[Bolinder]

Med 10 Ohm skjev kildeimpedans på + og - fase ble det sånn:
Vis vedlegget 582187

Målestandarden IEC60268-3 sier at det er worst case ved 1kHz med 10 Ohm skjev kildeimpedans som er gjeldene, og jeg havner dermed på 95dB. Det er såpass bra nå at jeg tviler på at å bruke mer tid på dette er særlig nyttig.

Dette er glimrande! Og meir enn godt nok. Vi får vona at resten av hifi-industrien kjem etter og går over til balansert overføring. Så kan vi samla inn RCA-pluggane, smelta dei om og bruka metallet til noko nyttig.

 

[KJ]

HF delen av CMRR med ubalansert kildeimpedans ser vel ganske likt ut som det du målte på fjøsmekket ?

Jeg syns den er litt rar det kravet til spec fra IEC-standarden, både mht ubalansert kildeimpedans og mht 1 kHz. Det kan argumenteres for at CMRR ved nettfrekvens og multipler av denne kanskje er en av de viktigste hensiktene med «world class» CMRR, dvs undertrykking av brum/jordsløyfer. Dvs det er fint med 80 dB ved 10 Khz og 95 dB ved 1k Hz, men det er kanskje viktigere med 110 dB ved 100 Hz?

PS du får skaffe deg noen [EDIT RNFF : signalkabler] uten kapasitans til jord så du kan jekke opp skrytetallene.

mvh
KJ