Differensielle inngangstrinn - en bittepitteliten nerdetråd

[KJ]

^ Jeg tenkte på grønn kurve her :

...
Med 10 Ohm skjev kildeimpedans ser det typisk slik ut: Minimum på alle jeg har testet ligger på 94dB ved 1kHz.
Vis vedlegget 717360
...

Sammenliknet med grønn kurve i graf #7. Her er den nede på ca 115 dB @ 100 Hz sammenliknet med knappe 110 dB i graf #7. Det er glitrende uansett men litt merkelig.

Mvh
KJ

 

[KJ]

Med toveis zenerdiodene helt ute av kretsen blei det litt enklere å trimme CMRR, men det er snakk om en knapp 1/10 omdreining på hver trimpot mellom at det beveger seg riktig vei før det plutselig går feil vei igjen. Og det er en del fram og tilbake med å trimme hver fase - et lite «knepp» fram og et lite «knepp» til bake. Dette er med Bourns 3296W 25 turn trimere på 20 ohm. Jeg skulle kanskje ha valgt 10 ohm utgaven. Her er common mode forsterkingen med siste trim:

Jeg har redusert Y aksen til -20dB til -140dB så det blir litt lettere å lese. Dette er som tidligere «CM forsterking», og den ordinære signalforsterkingen, «DM-forsterking» på +20 dB, +40 dB og 60 dB, kommer på toppen. Frekvensresponsen er her 2Hz til 80kHz (avrundingen øverst i HF er mest på grunn av båndbreddebegrensingen på QA401). Det blei en del bedre ved de helt lave frekvensene ved 20 dB og 40 dB forsterking, men lite endring for 60 dB forsterking. For de høye frekvensene er det kun ei marginal forbedring. De ruglete kurvene for CMRR ved lave frekvenser skyldes antagelig en kombinasjon av frekvensoppløsningen for FFT og støynivået i målingene, dvs med 5 dBV @ 10 Hz inn så er signal ut ganske tett på oppløsningen og støygulvet for målingene. Målingene er en sekvens av diskrete sinustoner med 5 toner pr oktav, FFT på 256k men uten gjennomsnitt av flere målinger. Det er mulig det hadde blitt litt noe penere og bedre med f.eks. 5 ganger gjennomsnitt, men da tar det ulidelig lang tid å gjøre ei måling.

Når jeg legger sammen CM-forsterking og DM forsterking blir skrytetallene for CMRR med lik kildeimpedans i begge faser omtrent slik :

	CMRR
Forsterking​	10Hz​	100Hz​	1k Hz​	10k Hz​
+20 dB​	146 dB​	134 dB​	114 dB​	95 dB​
+40 dB​	146 dB​	138 dB​	120 dB​	100 dB​
+60 dB​	136 dB​	134 dB​	122 dB​	100 dB​

Selv om HF @10k Hz responsen kanskje er ca 20 dB «dårligere» enn det jeg håpet på, så er det ganske heftig for fjøsmekk, made på Grorud. Jeg tror CMRR for LF er ganske tett på det som er mulig å få til med denne kretsen og de valgte delene.

mvh
KJ

 

[Armand]

^ Jeg tenkte på grønn kurve her :

Sammenliknet med grønn kurve i graf #7. Her er den nede på ca 115 dB @ 100 Hz sammenliknet med knappe 110 dB i graf #7. Det er glitrende uansett men litt merkelig.

Mvh
KJ

Aha... Ja, ordet "merkelig" er passende. Det er mange ting som spiller inn her. Jeg gjetter at det er THAT-kretsen min som blander seg inn og tilfeldigvis gjør noe mer riktig ved 100Hz enn ellers. Trimpot hadde nok gjort seg på mitt buffer også, men siden dette nå produseres på fabrikk holder jeg meg til faste presisjonsmotstander på 0,1% og de 0,004% i INA1620.

Den tabellen din banker Vera-buffer med minst 10dB ved alle frekvenser. Gratulerer med resultatet. Det tar ikke fra meg nattesøvnen men merker at det klør litt etter å gi deg litt konkurranse

 

[KJ]

^ Da må jeg begynne å sikte meg inn på neste "knepp"

Mvh
KJ

 

[Snickers-is]

Men guttær, spellære mussikk a? Det betyr ente no om det målær bra om det ente spellær mussikk!

 

[KJ]

Faen heller men her strever jeg bare verre for å bli tatt opp i aspirantkurset til målemafiaen, så prekær u om å spellæ mussikk!!!

Nei for svarte tykje her skal det bare være rene sinustoner, grafer, tabeller og kretsskjema, ispedd ferske kretskort og en søtlig metallisk røyk av blyholdig loddetinn med litt høy temperatur og rikelig flux.

mvh
KJ

 

[Armand]

Jeg har oppdatert måleriggen min slik at jeg kan måle CMRR mer riktig. Som KJ gjorde rede for tidligere så har kapasitansen i kabelen en god del å si for hvor lavt det går an å komme. Den kabelen jeg har brukt tidligere er en 1.4 meter lang Canare L-4E6S «star quad» kabel med disse spesifikasjonene:

1,4 meter skal gi 210pF mellom fasene og 260pF mellom fasene og jord. Målinger med kapasitansmeteret Escort ELC-131D gir følgende tall: 180pF fase-fase og 270pF faser-skjerm, så målingene harmonerer godt med oppgitte data. En av ulempene med star quad er økt kapasitans, så jeg ville nå finne ut av hvilke fordeler man får ved å bytte til kabler med lavere kapasitans.
En annen ting jeg ville oppnå var å gjøre det raskere og enklere å teste CMRR på forsterkerne jeg lager. Med praktiske brytere kan jeg nå sjonglere med varierende kildeimpedans på begge faser og sjonglere med om jeg vil kjøre CM eller DM signal. Alt montert i en RF-sikret Hammond aluminumsboks.

Legg merke til mine nye ultrasexy rhodium bananplugger med ekspanderende tupp.

I henhold til IEC standard 602268-3 skal det dårligste resultatet av tre målinger ved 1kHz med 10 ohm på både "hot" (pin2) og "cold" (pin3) og med lik kildeimpedans måles, og det er slik jeg har laget switcheboksen.

Ved å bruke en kabel med 32pF fase-fase og 70pF faser-skjerm fikk jeg disse resultatene målt på forsterkerens utgang med gain satt til 21dB (11,2x).
Fra venstre mot høyre: Lik kildeimpedans, 10 Ohm mer på "hot" fase, 10 Ohm mer på "cold" fase.

Dette er målt med et CM signal på 2V på både "hot" og "cold" i forhold til GND.
Ved normal drift der signalet er i motfase på "hot" og "cold" (DM) ville 2V mellom fasene gitt en utspenning på 2V*21dB = 22,44V og dB-skalaen er derfor kalibrert mot dette.

Med lik kildeimpedans er det akkurat som før med minimum CMRR på 108dB ved 1kHz. Men når kildeimpedansen er ulik, fikk jeg en forbedring på rundt 10dB med den nye kabelen.
Minimum CMRR i henhold til IEC standarden blir dermed 104dB

@KJ
Det hadde vært interessant å sett dine resultater i henhold til samme standard.

 

[KJ]

CMRR @1k Hz bedre enn 104 , og typisk 110-120 dB @ 100 Hz begynner jo å bli ganske heftig for «masseprodusert» utstyr. Det er også litt surrealistisk at 150-200 pF fra eller til i samvirke med 10 ohm gjør en forskjell på 10 dB @ 1k Hz.

Du har vel fortsatt de to første prototypkortene som du kan måle på ?

Dersom du tenker på siste versjon så må jeg få snekret en BNC hann-hunn overgangsplugger med en seriemotstand i.

mvh
KJ

 

[KJ]

Jeg har just samlet en ny versjon av denne i innlegg #350. Nå er det også oppgradert til innmatbilder:

Hensikten med denne varianten av SMDDB er at den kan fungere som en måleforforsterker, og den har regulerbar forsterking med hhv 10X, 100X og 1000X. Den forrige versjonen hadde litt vel høy differensiell DC på utgangen ved 1000X forsterking, på grunn av noe vel høye motstandsverdier til inngangsimpedansen. Jeg har derfor laget et nytt kretskort med plass til større kondensatorer på inngangen, og med kondensatorer på utgangen, så nå er den AC-koblet både inn og ut, og den differensielle inngangsimpedansen er satt til 100k ohm. Det er fortsatt en del DC på opampene i utgangen men ikke veldig plagsomt. På inngangen står det nå 3 stk 220µF 50V kondensatorer, og på utgangen står det 220µF 25V kondensatorer. Til de kritiske motstandene på differanseforsterkeren på utgangen er det valgt relativt ordinære 1k ohm motstander med 0,1% toleranse og to 10 ohm 25-turn trimmere (Burns 3296) for å justere inn common mode undertrykkingen (CMRR). Planen var også å sette på noen overspenningsdioder på inngangen, men det blei plutselig noe leveringstid på de jeg har bestilt. En annen vri i dette bygget er at jeg har brukt LM4562 som common mode forsterker (CM-bootstrap, feed forward og servo), mens jeg bruker OPA1612 som signalforsterker.

Siden det er innmatbilde så er det også «utmatbilde», dvs tredje medlem i serien Fjøsmekk på boks™

Alle sammen drives direkte fra nettspenningen og bruker strømforsyninger basert på Traco TMT15215. TMT-forsyningen oppfører seg egentlig rimelig pent, men både MC-emulatoren og SMDDB forforsterkeren er ment å operere med svært lave signalspenninger, så det skal ikke mye forstyrrelse til før det blir for meget. Strømforsyningene til MC-Emulatoren og SMDDB står på egne kretskort og jeg skal prøve ut en ny vri med dobbel SMPSU fra Traco, en TPP 15-124 og to TEL 8-1215, etterfulgt av en kaskodekoblet regulator med 7805/7815 og 7905/7915, dvs der 5V regulatorene regulerer spenningsfallet over 15V regulatorene. Nye kort til strømforsyningene er i kjømda, men leveringstiden på Traco TEL 8 ser ut å trekke ut i tid, så får tiden vise om de nye forsyningene støyer mindre.

Selv med 25 turn på 10 ohm (0,4 ohm pr turn) så er det pirkete for ikke å si nær umulig å skru CMRR ned i støygulvet. Her er resultatet for 10X og 100X med lik kildemotstand i begge faser :

X-aksen er 20 til 20k Hz. Yaksen er «fortsterking» fra -165 dB til +15 dB. Blå kurver er 10X forsterking, og rød kurve er for 100X forsterking. Den differensielle forsterkingen er normalisert til 0 dB for både 10x og 100X, så CMRR kan leses direkte ut av grafen. Programvaren til QA401 takler ikke å korrigere/normalisere for 1000X/60dB forsterking i denne målingen så den har jeg utelatt.

Frekvensresponsen for både 10X og 100X er rimelig paddeflat.

CMRR for 10X forsterking er ca 128 dB i området opp til ca 100Hz og svekkes gradvis oppover over til 120 dB ved 1k Hz og ca 95 dB ved 25k Hz.

CMRR for 100X er rundt 150 dB rundt 10 Hz og svekkes gradvis til ca 125 dB ved 1k Hz og ca 100 dB ved 20k Hz

DHL har varslet ei ny last med kretskort fra kina på onsdag. Da får jeg bl.a. noen adapterkort som kan plugges nesten rett på BNC-terminalene på inngangene og jeg kan da sjekke CMRR for ubalansert kildeimpedans.

mvh
KJ

 

[KJ]

Her er måling av frekvensrespons og CMRR ved 60 dB/1000X forsterking. CMRR er målt med lik impedans i begge faser.

X-aksen er nå fra 2 Hz til 20k Hz. Y-aksen er fra -100 dB til +70 dB og er nå faktisk forsterking/demping. Den differensielle forsterkingen er grønn kurve og ligger på +60 dB, ganske jevnt. Common-mode-«forsterkingen» er rødkurve. Differansen mellom rød og grønn kurve er CMRR, og undertrykkingen av CM er ganske tett på resultatet med 40dB forsterking, ca 150 dB rundt 10Hz, ca 140 dB ved 100 Hz, ca 125 dB ved 1k Hz, og ca 100 dB ved 20k Hz. Frekvensresponsen for differensielt signal er målt med et nivå inn på -42 dBV, mens CM-forterkingen er målt med et signal på 5 dBV inn. Jeg skrev vel det samme ved forrige anledning, men nå tror jeg at jeg er rimelig tett på grensene for hva som lar seg gjøre med denne kretsen.

mvh
KJ

 

[Armand]

Med CMRR på 125dB ved 1kHz er du rimelig langt forbi absolutt alle andre målinger jeg har sett. Tror du trygt kan si deg fornøyd nå

 

[KJ]

Ja det er innafor med world class CMRR ved 20kHz, og resten er bonus jf Innlegg #308 Får se hvordan det ser ut med ubalansert kildemotstand.

Her er noe støybilder. Alle bildene er med støyen referert til inngangen, dvs. støyen er målt på utgangen og justert for forsterking og den står i forhold til signal inn. Skalaen er i dBV/rot Hz, slik at frekvensoppløsningen i FFT ikke «forvrenger» nivået. FFT-oppsettet er med 256k båser/bøtter, 50 gjennomsnitt, samplefrekvens på 196k Hz, og rektangulært vindu.

Først ut 10X forsterking:

X-aksen er fra 2 til 95k Hz. Y-aksen er fra -180 dB/rot(Hz) til 0 dB. Jeg tipper det meste av rusk og rask her er fra nettspenningen og strømforsyningen, men tonene rundt 2k - 10k Hz skyldes til en viss grad også instrumentet QA401. Alle enkeltfrekvensene er ved -150 dB eller lavere. Støyspenningen i båndet 20-20k Hz er målt til 545 nV, som tilsvarer en støytetthet på 3,86 nV/rot(Hz) eller -168,3 dBV/rot(Hz). Støytettheten er marginalt dårligere enn simulert, 3,68 nV/rot(Hz).

100X forsterking

Samme x og y akser som over. Her er det meste av grabset fra strømforsyningen borte, det er fortsatt et par hint av nettspenningen ved 50 Hz og 100 Hz. Det er igjen to nye pilottoner på ca 380 Hz @ ca -155 dB og 760 Hz @ -165 dB. Tonen rett over 80k Hz ved -160 dB tror jeg er strømforsyningen. Støyspenningen i båndet 20-20k Hz er målt til 364 nV, som tilsvarer en støytetthet på 2,58 nV/rot(Hz) eller -171,8 dBV/rot(Hz). Det er faktisk litt bedre enn simulert (!) der jeg har en støytetthet på 2,68 nV/rot(Hz)

1000X

Samme x og y som over. Hintene av nettspenning er nå mer begravd i støyen. Pilottonene ved 380 Hz, 760 Hz og over 80k Hz er på om lag samme nivå som over. Støyspenningen i båndet 20-20k Hz er målt til 345 nV, som tilsvarer en støytetthet på 2,44 nV/rot(Hz) eller -172,2 dBV/rot(Hz), men den simulerer til 2,56 nV/rot(Hz) (!).

mvh
KJ

 

[Snickers-is]

-155dB? Kan det kalles støy?

 

[KJ]

Ja, det er ikke signal, så da er det støy. Min mistanke er at de (380 Hz og 760 Hz) kommer fra strømforsyningen. Det er verd å merke at ca -155 dB i de to støymålingen for hhv 100X og 1000X forsterking står ift til signalnivået inn. La oss si nominelt hhv 10 mV/-40 dBV og 1 mV/ -60 dBV. Med nominelt nivå inn på så gir det SN på ca 88,8 dB for 100X/40dB forsterking og 69,2 dB for 1000X, begge for en båndbredde på 20-20k Hz.

Jeg må innrømme at jeg er ikke stø på FFT-parametrene, og hvordan de påvirker tolkningen av FFT-bildene. Men så lang jeg forstår så gjør rektangulære FFT-vinduer og omregningen av y-aksen til rot(Hz) at en ofrer presisjonen i målt nivå for enkeltfrekvenser mot at en får bedre representasjon av bredbåndet tilfeldig støy. Dvs at det eksakte nivået for disse enkeltfrekvensene er noe uvisst.

mvh
KJ

 

[KJ]

For å kunne måle CMRR med ubalansert kildemotstand med BNC inn på forforsterkeren måtte jeg ha et lite adapterkort. Tre BNC-kontakter, en inn to ut, to 10 ohms motstander i 1206 pakke, en liten vippebryter fra NKK :

& voila med to BNC-skjøtestykker:

Jeg vet ikke hvo mye kapasitiv last det er i BNC-kontaktene eller skjøtestykkene men jeg tipper et er ganske bagatellmessig sammenliknet med en halvmeter ledning. Da ser frekvensrespons og CMRR med 1000X/60dB forsterking slik ut :

X-aksen er frekvensrespons fra 5 Hz til 85k Hz. Y aksen er «forsterking» fra -100 dB til +75 dB. over ca 50k Hz er responsen til en viss grad preget av loopresponsen i QA401.

Den rosa streken er differensiell forsterking. -1dB ligger ved ca 30k Hz. -3 dB ligger ved ca 53k Hz og -6 dB ved ca 75k Hz, hvorav QA401 bidrar med ca -3 dB i looprespons, så da er vel -3dB for forsterkeren også ved ca 75k Hz.

Den grønne streken er common mode «forsterking» med lik ildeimpedans i begge faser. Den røde streken er common mode «forsterking» med 10 ohm ubalanse, 10 ohm ekstra i serie med positiv fase og 0 ohm i negativ fase. Den blå streken er samme som rød men omvendt, 0 ohm i positiv fase og 10 ohm i negativ fase. I tillegg kommer utgangsimpedansen på QA401 som skal være 47 ohm og er felles for begge faser, det er dog forskjellen mellom fasene som er det viktige, ikke så mye hvor mye som er felles for fasene. Det er den røde kurven som kommer dårligst ut fra 20 Hz og oppover. Som før så er det forskjellen i forsterking mellom differential mode og common mode som er CMRR. Nedenfor er samme bilde men med fokus på common mode «forsterkingen»:

Y-aksen er nå komprimert fra -100dB til -20dB. Med 60dB differential mode forsterking på toppen så er CMRR for alle tilfeller bedre enn 80 dB opp til 50k Hz. Med utgangspunkt i at den dårligste av de tre målingene teller, så er CMRR bedre enn 135 dB under 100 Hz, 116 dB @ 1k Hz, 96 dB @ 10k Hz og 85 dB @ 50 kHz.

Med balansert kildemotstand så er CMRR ca 150 dB @ 10 Hz, ca 140 dB @100Hz, ca 125 dB ved 1k Hz, ca 107 dB @10k Hz og ca 95 dB @ 50k Hz.

Mvh
KJ

 

[Ine123]

Imponerende resultater!
Mvh.
Johnny

 

[Snickers-is]

Dette er rått, men hvor trenger man 1000x forsterkning? Er ikke det RIAA-teritorium?

 

[KJ]

Ja det er ganske heftig & jo 1000X forsterking er er RIAA territorium, men dette er en måleforforsterker og hensikten med 1000X forsterking er å minimere inngangsstøyen. Det er også litt for eksperimentet og utfordringens del, hvor «lett» er det å klemme 1000X forsterking av dette trinnet ?

mvh
KJ

 

[Snickers-is]

Dritlett skulle det vise seg...

 

[KJ]

Jovisst, «lett som en plett» ... det funket i alle fall på første og andre forsøk vi kan kalle det nybegynnerflaks

Her er frekvensrespons og CMRR for 40dB/100X forsterking:

X-aksen er fra 5 Hz til 85k Hz. Y-aksen er «forsterking» i dB fra -165 dB til +15 dB, der 0 dB = 40 dB/100X forsterking, dvs at CMRR kan leses direkte ut av grafen. Rosa strek er forekvensresponsen for differensielt signal, -3dB er like over 70k Hz og marginalt lavere i frekvens enn QA401 i loopback. Grønn strek er CMRR for signaler med lik impedans i begge faser. Rød strek er ubalansert kildemotstand med +10 ohm i positiv fase og 0 ohm i negativ fase, og blå strek er omvendt med 0 ohm i positiv fase og +10 ohm i negativ fase. Utgangsimpedansen fra signalgeneratoren QA401 er i alle fall 47 ohm og felles for begge fasene i CMRR, for differensielle signaler er den 47+47 ohm. Justert for forskjellen i forsterking er kurvene CMRR ganske likt som med 60 dB forsterking. Her er samme bilde med bare CMRR-strekene komprimert y-akse til -165 dB til -75 dB :

Også denne gangen er det den røde streken som har dårligst CMRR fra ca 40Hz og oppover. Med ubalansert kildemotstand er CMRR under 100 Hz er bedre enn 135 dB, CMRR ved 1kHz er ca 115 dB, ved 10k Hz er CMRR ca 95 dB og den er bedre enn ca 80 dB under 50k Hz. Avrullingen rundt 50k Hz skuldes antagelig avrullingen i frekvensresponsen, mer enn at egentlig CMRR ruller av.

Når jeg måler «steady state» for enkelt frekvenser får jeg litt andre tall. CMRR for balansert kildemotstand er bedre enn 142 dB @ 10 Hz, 141 dB @ 100 Hz, 125 dB @ 1kHz, 106 dB @ 10k Hz og ca 95 dB @ 50k Hz. Målingene av CMRR ved 140 dB og lavere er preget av støy.

Next 20dB/10X forsterking

mvh
KJ

 

[KJ]

Her er frekvensrespons og CMRR for 20dB/10 X forsterking.

X-aksen er som over fra 5Hz til 85k Hz. Y-aksen er fra -135 dB til +15 dB og er forsterking, nå normalisert til 0dB = 20dB forsterking. Som over er rosa/magenta kurve er differensiell frekvensrespons, Grønn kurve er CMRR med lik impedans 10R+10R i begge faser, Rød kurve er med +10R i positiv fase og 0R i negativ fase, og blå kurve er 0R i positiv fase og +10R i negativ fase. Grafen under er den samme men med y-kasen komprimert til -135 dB til -75 dB:

Den blå kurven er her litt bemerkelsesverdig, omtrent padde flat ved -115 dB, men med en dipp rundt 50k Hz ned under -130 dB. Det kan se ut til at det er resultatet av variasjoner i verdiene for kapasitiv last i bootstrapen på inngangen (3 stk 33pF 1%) i kombinasjon med kondensatorene rundt differensialtrinnet på utgangen (2 stk 10pF 1%). Det er fortsatt rød kurve som yter dårligst, med CMRR ved 115 dB opp til ca 300 Hz, ca 112 dB ved 1k Hz ca 94 dB ved 10k Hz og rett under 80 dB ved 50k Hz.

Med lik impedans i begge faser er CMRR bedre enn 115 dB opp til ca 800 Hz, ca 114 dB @ 1k Hz, ca 99dB @ 10k Hz og ca 86 dB @ 50k Hz

Av en eller annen grunn er målingen av «balansert CMRR nå ca 15 dB «dårligere» enn første forsøk. Det eneste som er nytt er adapteret og jeg har ikke skrudd på CMRR trimmen siden den gang, så fåglane må vite hva det skyldes, målefeil eller noe annet. Uansett CMRR på 115 dB tilsvarer at den ene 10R trimpoten rundt differensialtrinnet står på 50% og den andre står på 50,015%, og det er ingen andre toleranser (med 25 turn er det ca 4% pr omdreining på potene), jf. innlegg #226

Forskjellen i CMRR mellom 60dB og 20dB er grovt regnet at CMRR for 20 dB er mer styrt av matchingen/trimmingen av motstandene rundt differansialtrinnet på utgangen, mens CMRR for 60dB er mer preget av egenskapene til boot-strapen på inngangen.

mvh
KJ

 

[KJ]

Godt nok er ikke godt nok. Jeg måtte selvfølgelig skru litt ... SMDDB CMRR ved 20dB/10X forsterking, andre tagning. Jeg klarte å trimme CMRR ved 100 Hz med lik kildemotstand i begge kanaler ned mot 135 dB, det er absolutt på grensen av hva jeg kan trimme. Det er så vidt jeg kan røre på trimpoten uten at det gir en ubalanse som svekker CMRR. Det ser heller ikke ut som den trimmen er helt stabil da nivåene her svinger en del opp og ned og den er sterkt påvirket av støynivået. Da ser bildet plutselig slik ut.

Y-aksen er nå fra -160dB til 70 dB. Grønn for lik kildeimpedans ble til lime. Rød for +10R i positiv fase ble til orange. Blå for +10R i negativ fase ble til lyseblå. For lik kildemotstand og +10R i positiv fase så er det ingen endring over hhv 3k Hz og 2k Hz. For den lyseblå kurven med +10R i negativ fase så ser det ut som den ekstra kildemotstanden utligner andre ubalanser i kretsen, og den ligger under 140 dB opp til ca 8k Hz før den klatrer opp til ca 110 dB ved 50k Hz. Det er mildt sagt merkelig.

Worst case CMRR for ubalansert kildemotstand er nå 113 dB @ 1kHz, og bedre enn 131 dB under 100 Hz. Med lik kildemotstand er CMRR bedre enn 135 dB under 100 ohm og CMRR @ 1k Hz er nå 118 dB.

Denne trimmen gir antagelig ikke så mye endring i CMRR for 40dB og 60dB forsterking, da de i mye større grad er preget av egenskapene i boot-strapen, i alle fall rundt 1k Hz og høyere i frekvens.

... med forbehold om nye bruker- og målefeil. Jeg forstår ikke helt den lyseblå kurven.

mvh
KJ

 

[KJ]

Balansert volumkontroll er mildt sagt en krevende øvelse. Det er to store utfordringer 1) matchingen av inngangsimpedans, og 2 sporingen mellom fasene. Dernest er det en utfordring å gjøre volumkontrollen tilstrekkelig støysvak. Uten foranstaltninger er det veldig gode muligheter for at fordelen (CMRR) med balansert signaloverføring og ev balansert forsterker går rett ut med badevannet i det øyeblikket en setter på en volumkontroll, i særdeleshet om dette er et vanlig potmeter.

I forbindelse med at @Ine123 hadde forforsterkerprosjektet sitt til måling hos @Armand kom det en liten gnist av inspirasjon i Ine bygger High End Amplifiers. Forforsterkeren bygger på en Muses 72320 volumkontroll og XRK buffertrinn. Armand målte CMRR til om lag 64 dB i forforsterkeren til Ine123, og min antakelse er at det er dominert av Muses chipen. Til å være en volumkontroll uten foranstaltninger så er en CMRR på 64 dB særdeles bra. Muses 72320 er i prinsippet fire digitale potmetre, to attenuatorer på nominelt 20k ohm og to kontroller til forsterking/tilbakekobling på 10k ohm. Til sammen gir dette et reguleringsområde fra -111,5 dB til +31,5 dB i trinn på 0,5/0,25 dB.

XRK Buffertrinnet som Ine123 bruker likner på det vi har syslet med her i tråden, da det har en CM-bootstrap på den balansert inngangen og har balansert utgang. Bootstrap-inngangen har som vi har vist i tråden utmerket toleranse for ubalansert kildeimpedans. Den lyse ideen som ramlet ut var - hva om vi kan integrere volumkontrollen, Muses 72320, inn i CM-bootstrapen på SMDDB ? Det kan se slik ut :

Her er Muses 72320 representert med fire volumpotmetre Vr1+Vr2 og Vr3+Vr4. Vr1+Vr2 er attenuatoren i Muses 72320 og er AC-koblet til CM-bootstrapen via C5. Inngangen til attenuatoren er også AC-koblet via C6 & C7. Vr3+Vr4 setter opp forsterkingen i inngangstrinnet (X1 & X2) og midtpunktet mellom Vr3+Vr4 forer CM-bootstrap-forsterkeren (X5). Strukturen i kretsen er ellers lik det som har vært vist tidligere.

Muses (JRC/NJR) opplyser at inngangsimpedansen på chipen nominelt 20k Ohm men kan variere ned til 14k Ohm (-30%). De gir ingen opplysninger om øvre grense, motstandsmatching mellom kanaler, eller variasjonen i impedansen på kontrollen til forsterkingen. De opplyser om toleranse ved 1X forsterking på +/- 0,5 dB og +/- 1 dB ved -60 dB og +15 dB. Toleransene for motstandene er med andre ord middelmådig og toleransene for «monotnoiteten» (linearitet vs demping/forsterking) er OK men ikke spesielt imponerende. På den andre siden har de disse to grafene for kanalmatchingen :

Dvs maksimalt avvik mellom kanalene ved demping i nærheten av 0,1 dB, og langt under 0,1 dB ved forsterking

Som jeg nevner i tråden til Ine123 så er det dog et stort spørsmålstegn ved hvordan Muses oppfører seg når referansepinnene til attenuatoren på inngangen, som normalt kobles direkte til jord/0V, i stedet kobles med høy impedans til jord (100k eller mer) og drives (AC) av common-mode-signalet. Kontrollen til tilbakekoblingen skal iht Muses vanligvis AC kobles til jord så den skal trives med uten definert men høy DC impedans til jord. Jeg tipper vel at det samme er tilfelle for attenuatoren.

Foreløpige simuleringer av CMRR vs toleranser i inngangstrinnet kan tyde på at toleransene i motstandene i Muses er forholdsvis uvesentlig, dvs i stor grad «annullert» av CM-bootstrapen ...

mvh
KJ

 

[Ine123]

Hei @KJ
En trimbar impedanstilpasning på inngangen til Muses er lett å integrere. Jeg har dette i min UGS Muses preamp. Skjema er vist tidligere i min tråd.

Mvh.
Johnny

 

[KJ]

Nettopp, men litt av poenget med å integrere volumkontrollen i SMDDB er å unngå trimmingen.

Her er en første simulering av CMRR. Her har jeg byttet ut potmetrene i forrige skjema med spenningsdelere, to motstander i serie, (siden jeg ikke er helt trygg på om/hvordan simetrix gjør det med toleranser på potmetre). Motstandene er med 30 % toleranse, iht spec fra Muses for nedre inngangsimpedans på volumkontrollen, men hver spenningsdeler er innbyrdes matchet til 1% (jf kanalmatching innenfor 0,1 dB). Det er tre Monte Carlo-simuleringer med 100 trinn hver. Simuleringene er med typiske verdier og toleranser i resten av inngangstrinnet men med eksakte verdier i differanseforsterkeren, siden det er konsekvensene av løse toleranser i Muses jeg undersøker. Simuleringene er videre med 10 ohm ubalanse i kildeimpedans (10 ohm i positiv fase og 0 ohm i negativ fase) :

Y-aksen er dBV ut (0 dBV inn) fra -50 dBV til -150 dBV og x-aksen er frekvens fra 10 - 100k Hz. Grøn kurve er ved 0 dB forsterking, Rød kurve er ved +6 dB og blå kurve er ved -6 dB demping. Siden Y-kasen er relativ til 1V ut så er det ikke direkte CMRR. Verst ut er blå kurve, -6 dB demping, attenuatoren på inngangen), den bedre enn -68 dBV ved 100k Hz, bunner ved -120 dBV ved 1K og kryper opp over 100 dBV ved 10Hz. Rød kurve, +6 dB forsterkning, er en del bedre opp til 1k Hz og over 10 k Hz. Grøn kurve 0 dB (ingen demping og 1X forsterking) kurve er stort sett upåvirket av de løse toleransene i Muses. Summa samarium er det bedre enn -100 dBV mellom 10 - 10k Hz. Da tror jeg at en konklusjon kan være at toleransene på motstandene i Muses 72320 ikke er til hinder for veldig god CMRR-ytelse. Med 0,01% toleranser på de fire kritiske motstandene i differanseforsterkeren er CMRR som kjent stort sett bedre enn -80 dB «very good noise rejection», jf. Belden om CMRR.

mvh
KJ

 

[Ine123]

Hei @KJ
Hvis dette prosjektet kommer til fungere, så håper jeg det blir et "SMD-hælvete" ? . Billigere og bedre toleranser på komponentene, samt et mindre "avtrykk" (les: et mindre kretskort). Men, fortvil ikke, overlat dette "smd-hælvete" til meg og min tidligere kollega . Dette gjelder prototyper også . At no cost for you, selvsagt ! .
Mvh.
Johnny

 

[KJ]

Ja dersom dette blir noe av så blir det SMD-hælvete i lange baner pitch på den muses saken er 0,65 mm. Hyggelig at du stiller "SMD-lakeien" din til disposisjon, du skal ikke se bort fra at det trengs. ... men det skal grubles mer før vi kommer dit.

mvh
KJ

 

[Armand]

Og så må vel dette lages rundt Muses 72323. Mindre støy og bedre data. Den har også 0.25dB oppløsning. Jeg skal skrive driver til denne snart uansett. Den har helt annen pinout men jeg har breakoutkort..

 

[Snickers-is]

Kunne man brukt 4 stk Muses-kretser? Den ene satt opp til å fungere som en ultrapresis kalibrerings for en volumekontroll? Man kalibrerer da positiv og negativ side med de to ekstra. Ser for meg at man setter disse opp som om de var trimpotmetere som bare tar seg av et lite offset i bunnen. Dersom offset ikke er likt for alle volumetrinn kunne man lage en profil der man kalibrerer hvert volumetrinn individuelt.

Bare sånn for å holde det enkelt altså.

 

[Armand]

Det blir en jobb å skrive en driver til et slikt system. Denne driveren må jo skrives slik at den jobber sammen med et målesystem slik at dette kalibrerer seg selv automatisk.
Man kunne kanskje økt oppløsningen til 0 1dB i samme slengen.
Du verden så tøft det hadde vært.

 

[Snickers-is]

Hehe, sånn at man har 1000 volumtrinn? Da kan man jo velge å ha volumkontrollen på -30,03dB den ene dagen, og -30,02dB den neste. For en lykke!

 

[bambadoo]

Litt sånn random volum hadde vært snasent. "surprise me" volum.

 

[Armand]

Man kan lage en AI som gjenkjenner hvilket volum man pleier å spille på ved ved forskjellige typer musikk og døgnets tider. Andre faste sykluser i familien vil også læres etterhvert slik at volum alltid er rett uten at man trenger - bokstavelig talt - å løfte en finger.

 

[bambadoo]

Now we´re talking

 

[KJ]

Og så må vel dette lages rundt Muses 72323. Mindre støy og bedre data. Den har også 0.25dB oppløsning. Jeg skal skrive driver til denne snart uansett. Den har helt annen pinout men jeg har breakoutkort..

Nettopp. Pinout ser ut som den passer litt bedre til det jeg tegner på. Jeg tipper at jeg legger volumkontroll chipen på et vertikalt datterkort for å forenkle rutingen av signal og bootstrap. Det gir også fleksibilitet til å gjøre andre ting med volumkontroll og forsterking på et senere tidspunkt. En halvering av forvrengingen fra 0.0005 % til 0.00024 % kan vel like god være tilfeldig variasjon i testoppsettet. Mindre støy er mindre støy, selv om spranget fra -118 dBV til -124 dBV neppe er vesentlig. Jeg liker ikke at motstanden i tilbakekoblingskontrollen øker fra 10k til 20k, men det er vel neppe dramatisk det heller.

Simulert med OP1656 i inngangen/instrumentforsterkeren, OPA1612 i differanseforsterkeren og LM4562 i common mode loopen, har kretsen et støynivå på utgangen i området -107,5 dBV med +6 dB forsterking, -112,5 dBV med -6 dB demping og -116,0 dBV med 0 dB forsterking/demping. Dette er med 20k ohm i tilbakekoblingen på OPA1656 båndbredde 20 - 20k Hz og uvektet.

I tråden til ine123 antydet jeg at ADA4625-2 var en aktuell kandidat på inngangen (den har ca 0,2-0,5 dB bedre støynivå enn OPA1656), men den simulerer dårligere på CMRR over ca 100 Hz enn OPA1656 og OPA1612. Med OPA1612 på inngangen er støy nivået ca 1,3 dB bedre med 0 dB, men 1,5 dB dårligere ved både -6 dB og +6 dB, den har BJT inngang og er er mindre aktuelle å bruke på inngangstrinnet i kombinasjon med muses-chipene da den krever ekstra AC-kobling for å unngå bias-spenning over de digitale potmetrene.

mvh
KJ

 

[KJ]

Egentlig så skulle jeg ha dratt nordover i dag (dvs i går tirsdag), men siden SAS og pilotene er bestevenner så ble flyet mitt kansellert. Da brukte jeg litt uventet dødtid på å begynne å tegne på et mulig proptype kort til SMDDB forforsterkeren, dvs det er to kort et mamma-kort og et datter-kort:

Hovedkortet er to SMDDB med felles strømforsyning uten regulering. Kortet måler 10 X 11,5 cm. Signal inn er til venstre og signal ut er til høyre. Her står opampene på linje langs signalretningen i stedet for som tidligere på tvers, slik at en nå kan velge en type opamp til inngangstrinnet (IC1 & IC4), en type til CM-forsterkingen (IC2 & IC5) og en type til utgang/differansetrinnet (IC3 & IC5). Presisjonsmotstandene er nå SMD typer (1206).

Datterkortet er til 2X Muses 72323 og måler (edit) 2,7 X 8,1 cm. Databussen og 5V forsyningen går til ei stiftlist som jeg ikke har lagt ned på hovedkortet, dvs med tanke på at en trekker ei ledning direkte fra kontrolleren. Stiftlista skal vel egentlig bli en passende kontakt. Det er noen SMD avkoblingskondensatorer som er lagt på undersiden av kortet.

Begge kortene skal pepres med vias for å koble planene (overside og underside på kortet) for hhv jord og common mode (et plan for hver kanal).

mvh
KJ

 

[Ine123]

Hei @KJ
Leit at du ikke kom deg nordover . Hvor skulle ferien ha gått ? Men, kudos for at du tar deg tid til dette prosjektet når pilotene streiker .
Selv sitter jeg på hytta i Kålvika, men været er som norsk sommervær er, dvs veldig. varierende.
"Datterkortet" ble noe stort ( 26,7 X 8,1 cm )! . La oss heller si 2.67 x 8.1cm. Et herlig prosjekt dette, som jeg følger !!
Mvh.
Johnny

 

[KJ]

Jeg skulle ha flydd til Svolvær via Bodø. Jeg gjør et nytt forsøk på fredag, etter å ha betalt blodpenger for å fly med Norwegian til Bodø.

Ja 26,7 cm blir litt meget på kortsida til 8,1 cm.

Mvh
KJ

 

[Aurora]

Hm... flyturer i dag er spennende... det går jo også ferge fra Bodø til Svolvær om det skjærer seg med Widerøe..

 

[KJ]

Det er vel ikke Widerøe jeg er mest «bekymret» for, bøygen i år er å komme seg til BOO.

mvh
KJ