[begemot]

Поскольку было предложено перенести сюда тему по моему источнику питания, выкладываю материалы:

Ну, если коротко, мне тут понадобился источник чистого питания с большим PSRR. В результате родилось это творение. По PSRR оно превосходит регуляторы, разработанные Юнгом и описанные в "Regulators for High-Performance Audio" и последующих публикациях. При этом используются значительно более дешевые и доступные операционники.
1. На первой картинке-схема.

   

2. Далее- результаты измерений PSRR на макетной плате. Монтаж-более или менее похож на мартышкину ж...пу. Тем не менее, работает по моему не плохо.
Измерения проводились примерно так-же, как у Юнга.
Вторая картинка-порог измерения анализатора. Голубая кривая-600 омный вход анализатора без входных кабелей. Для оценки предела измерения, ограниченного собственными шумами анализатора и внутренним пролезанием его генератора. Зеленая-вход анализатора подключён к выходу регулятора, для оценки предела измерения, ограниченного анализатором + шумами самого измерителя. Видна наводка 60 Гц и 180 Гц. На уровне -130дБ. Можно конечно слегка подшаманить и убрать её ещё на 5-10 дБ, но особо замотачиваться не стал по причине макетного монтажа. К тому-же, анализатор меряет в режиме измерения "crosstalk" (так же как у Юнга) и использует следящий полосовой фильтр. Т. е. это практически не влияет на результату измерений на других частотах.

   

3. Третья картинка-калибровочные кривые со второй плюс красная кривая-собственно подавление положительного питания. До 70Кгц-практически совпадает с разрешающей способностью измерений, что даёт основание предположить несколько лучшие реальные параметры, чем сам красный график измерений.

   

4. Четвертая картинка-два последовательных прогона измерений на выходе +15В. Красный график-тоже что и на предыдущей картинке, розовый-второй прогон. Есть небольшие различая, думаю что причина-шумы, может быть наводки. В общем-то измеряются довольно малые значения. Плюс монтаж на прото борде с довольно длинными проводами.

   

5. Пятая картинка-желтая кривая-убрал входной LRC (U2, R22, C6, C3) пассивный фильтр. Красная кривая-то-же что и в предыдущих, т.е. с фильтром. Результат несколько удивил. Думаю что улучшение (вместо ухудшения) как-то связан с изменением выходного сопротивления. Может быть-с особенностями монтажа.
Но вообще-умных мыслей на эту тему пока нет. А у вас?

   

6. Шестая - предыдущие кривые вместе с порогом измерений.

   

Выглядит это безобразие примерно так.
Слева, TI демо борда с LM4780 которая использовалась для инжектирования сигнала

           

Итак, как это намеряно?

1. Инжектирование сигнала. Сначала попробовал использовать трансформатор последовательно с входными 20В. В принципе, при наличии хорошего выходного транса так делать можно. Но под рукой не было ничего подходящего, а выбрасывать $100 с не совсем понятным результатом не хотелось. Поэтому использовал демо борду с LM4780 которую в своё время подарили TI'ные ребята. В принципе подойдет любой достаточно мощный и устойчивый УНЧ, выход которого можно сместить по постоянному току.
2. Измерение. Использовался AP2722 звуковой анализатор в режиме измерения "crosstalk". Этот режим использовался потому, что входной сигнал фильтруется узкополосным следящим полосовым фильтром, увеличивая разрешающую способность измерений и повышая помехоустойчивость. Недостаток-частотный диапазон ограничен 200Кгц. Канал B использовался как опорный и , кроме того, автоматически подстраивал амплитуду выходного сигнала генератора, поддерживая практически постоянную амплитуду опорного сигнала на входе измеряемого регулятора напряжения.

   

В принципе, получились неплохие результаты. Хотя пришлось шаманить несколько дней чтобы более-менее убрать наводку генератора и понять, что именно мешает получить результаты сравнимые с результатами симулятора. Даже на низких частотах, при дифференциальном входе анализатора, хорошем кабеле и скрученных 2х см соединительных проводах. Шаг влево, шаг вправо - потерялось 5-10дБ.

Шумы.

Для измерения шумов собрал простенький усилитель на SSM2019. Полоса более 20-200К при неравномерности не хуже +/- 0.15дБ. Усиление 100.5 при сопротивлении генератора 40 Ом и 100к нагрузки. Схема на картинке.

   

Питание-2 Кроны. Можно было конечно сделать что-то с более низким уровнем шумов, но для данных измерений вполне сойдет. Зато просто. Честно говоря, понравилось как эта штука работает. Ничего на вход не насасывает, не потребовалось никакой экранировки.
Шумы этого усилителя с закороченным входом (приведённые ко входу) в полосе 20-20К = 0.28 мкВ RMS

Шумы самого источника в полосе 20-20К = 1.2 мкВ RMS

Собственно, вполне ожидавшийся результат.
Измеренный шум отфильтрованного источника опорного напряжения на конденсаторе С1 - 0.56 мкВ RMS ( в полосе 20-20К)
Считая заявленный TI шум 5532 равным 5нВ/корень(Гц) получим около 0.71 мкВ RMS ( в полосе 20-20К)
Параллельное сопротивление входного делителя 383||750=253 шумит с напряжением 0.28 мкВ
Таким образом должно было получиться: Корень( 0.71*071 + 0.56*0.56 + 0.28*0.28 + 0.28*0.28) = 0.99мкВ
Т. е. довольно близко. Ну 2 дБ где-то потерялось.

На первом графике- шумы усилителя на SSM2019, приведённые к его входу.
На втором - шумы источника питания.
Примерно соответствуют намеренному интегральному шуму.
Максимальная частота к сожалению всего 130Кгц, т.к. максимальная частота дискретизации АЦП - 260Кгц.

       

Итак, самое интересное.
Устойчивость.
Берем нетворк аналайзер. Типа "Model 300 Analog Frequency Response Analyzer".
Инжектирование сигнала: Разрываем ООС в точке между +15В и входом делителя ОУ. В разрыв включаем плавающий инжектор сигнала (последовательно, т.е точно так же как я это делаю в симуляторе). Меряем до и после инжектора. Отношение этих сигналов-петлевое усиление.
Чем инжектировать? В принципе, в комплекте прибора идет специальный трансик (то ещё дерьмецо, хотя и запатентованное). Мне он не нравится. Поэтому, берётся старый добрый пассивный Hewlett Packard-овский токовый пробник переменного тока. Подключается к выходу генератора. Он пассивный и AC, т.е. обратимый преобразователь и, по сути, просто катушка индуктивности. Его импеданс достаточно высок, чтобы не перегружать генератор. Вторичная обмотка инжектора-просто 3-5 витков тонкого провода, такое колечко из этих витков диаметром 1.5-2 см. Пробник защелкивается вокруг этих нескольких витков и получается широкополосный трансформатор с низким выходным сопротивлением и довольно низким коэффициентом передачи. Но нам и не нужен большой коэффициент, т.к. инжектируемый сигнал должен быть очень мал во избежание перегрузки тестируемого устройства.
Это кстати накладывает ограничение на измерение низких частот (шумы, т.к. сигнал очень мал).
Некоторые особенности измерения данной схемы.
ОУ питается от выходного напряжения. Поэтому при таком разрыве ООС, остаётся некий паразитный путь ОС через питание ОУ. С одной стороны он не очень велик и связан подавлением питания ОУ. С другой-усиление петли довольно высоко и не очень просто учесть разные пути прохождения этого пролезания и их усиления петлёй внутри ОУ.
Поэтому второй график - попытка это учесть. Для этого ножка положительного питания ОУ отсоединена от шины +15В и подсоединена к входу делителя ОС (т.е. после инжектора).
В общем, результаты измерения (мягко говоря) не очень точно соответствуют результатам моделирования на низких частотах. Что мне непонятно.
Частота 1'го усиления и запас по фазе-примерно соответствуют. Но вот резонанс на 1.2 Мгц на модели не заметен. Ну, модель, она и есть модель, не учёл какие-то паразитки. Выходные кондюки моделировал с паразитками, а вот кондюки обвески-без. А может ещё что.
По причине сомнений, расчехлил старый добрый HP 4194A Network Analyzer и перепроверил. Результаты примерно такие-же.

       

[begemot]

Метод измерения петлевого усиления с использованием Network Analyzer'а для оценки стабильности имеет ряд существенных недостатков.
Во первых, требует наличия этого самого аналайзера, прибора довольно дорогого и практически недоступного в домашних условиях.
Во вторых, сам метод имеет ряд существенных ограничений. Самым большим из которых является то, что по сути метод использует предположение о линейности анализируемой системы.
Т.е. метод-слабосигнальный. Но это даёт очень ограниченное представление об устойчивости реальной системы. Во многом он похож на AC анализ в симуляторе. Очень удобно для предварительной оценки и выбора элементов. Но недостаточно для окончательной оценки устойчивости. Особенно в случае "линейного" регулятора напряжения.
К тому же, в отличие от симулятора, всё время приходится оценивать ошибку, которую может дать сам метод инжектирования.

Другим распространенным способом проверки устойчивости регулятора напряжения является оценка его реакции на скачок тока нагрузки. Метод очень удобен, обычно не требует узко специализированного измерительного оборудования и очень показателен. Подумайте, ведь это то что ваш регулятор напряжения должен уметь хорошо делать, т.е. держать выходное напряжение при изменении тока нагрузки. Ничего личного, чистый бизнес. И ничего искусственного. Метод позволяет оценить полосу петли, примерный запас по фазе, линейность и качество регулирования при "большом сигнале", свойства выходной развязки.
Пожалуй, единственным недостатком является то, что он не всегда укажет на конкретного виновника проблемы. Но наличие некоторой доли здравого смысла и такого мощного инструмента как современный симулятор позволяет не очень переживать по этому поводу. К тому-же, необязательно даже знать что внутри регулятора, вы ничего в нем не изменяете и можете проводить измерения на полностью собранном устройстве в параллель с реальной нагрузкой. Главное-не превысить допустимый ток и мощность. Но какой-никакой запас есть всегда.

Существует много различных способов получения этого самого скачка тока. Один из самых простых - средней паршивости полевичок в ключевом режиме, резистор определяющий величину скачка - между стоком и выходом регулятора. Функциональный генератор с хорошими фронтами-на затвор. Таким образом легко получить достаточно большую величину скачка, определяемую резистором и выходным напряжением. А на полевике сеится довольно немного. Если конечно его быстро переключать. Недостаток - существенно разные времена нарастания и спада. К тому же, тяжело обеспечить малую паразитную индуктивность. Что не есть хорошо, так как цель-оценить устойчивость регулятора а не звон самого источника тока.
Поэтому при небольших токах (наш случай) более удобно применять несколько другую схемку.

   

R1-чтоб избежать звона несогласованного входного кабеля, R2-немного сгладить фронты (в принципе-не обязательно).
R3, выходная амплитуда и смещение функционального генератора - задают выходной ток который измеряется осциллографом на R3 (I=Vr3/R3)
Смещение ФГ желательно подобрать так, чтоб полевик всегда был в активном режиме, т.е. всегда протекал небольшой начальный ток, процентов 5-10 от величины скачка. Тогда фронты получаются относительно ровные.
R4, C1 - небольшой снаббер, чтоб слегка задемпфировать паразитные колебания. Немного замедляет фронты но существенно уменьшает продолжительность звона и слегка-его амплитуду. Без них то-же будет работать.
В качестве полевичка выбран NTD4815 в IPACовской посуде. Собственно то что было под рукой. Выбирать что-то с очень малым сопротивлением (1-8 мОм) не советую. Их сложнее быстро переключать, а преимуществ для подобного применения-никаких. Так-же не советую выбирать что-то в большой посуде. Большая паразитная индуктивность. А нам нужны неплохие фронты при минимальном звоне. Но в принципе, можно применять почти всё в диапазоне 10-100мОм.
Размер скачка 0.1А. При 15В это даст примерно 0.75W, т.е. можно обойтись без радиатора и принудительного охлаждения.
Монтажка и подключение-на фото. Поскольку результаты получились вполне читабельные, дальнейшим укорочением проводов и уменьшением паразиток не заморачивался. Всё равно, к 0 не сведешь. Но существенного небрежения эти вещи не допускают. Если вы конечно хотите получить читабельные результаты в диапазоне до 10-20Мгц. Длина соединительного провода-1см.
Фронт/спад тока - примерно 20-25 нСек. Можно конечно улучшить раза в 2 без особых напрягов, но для данного приложения - достаточно.

       

Реакция на скачок тока.

Ток нагрузки-100мА, задаётся постоянным резистором 150 Ом на выходе. Скачек тока примерно 100мА. Схема генератора скачка приведена выше. Частота-1Кгц.
Ток мониторится напряжением на истоковом резисторе генератора скачка. Поскольку резистор 10 Ом, 1В напряжения соответствует 100мА тока. График тока отображается голубой кривой в нижней части скриншота (канал 2).
Чувствительности каналов отображаются слева внизу. Временная шкала-первая цифра правого нижнего блока. Выходное напряжение мерилось пассивным пробником, большинство остальных-активными дифференциальными 1Ггц пробами.
Полосы каналов вместе с пробами видны около чувствительности канала.

1 Обзорная картинка. Видны короткие просечки в местах переходов.

   

2. Задний фронт, спад тока, 500нС/дел.

   

3. То-же самое, увеличена чувствительность, добавлены вертикальные маркеры, внизу посередине-данные измерения с
маркерами.

   

4. То-же самое, 50нС/дел.

   

5, 6, 7. То-же самое, нарастание тока.

           

15V_VR_1.zip Размер: 433.39 KB  Загрузок: 30

По уму надо-бы продолжить разговор про стабильность. Посмотреть и сравнить с тем что предлагается например Linear Technology. И почему в своих рекламных кампаниях они так налегают на то, что их дизайн стабилен при использовании керамики на выходе. И чем приходится расплачиваться даже за эту не слишком хорошую устойчивость. В действительности, у многих так называемых "линейных" регуляторов отклик на скачок существенно нелинеен а стабильность (особенно при работе на керамику) оставляет желать лучшего. Что в общем-то видно если перейти в даташите от первой страницы (описывающей какой их регулятор замечательный, белый и пушистый) к последующим (показывающим реальные измерения реакции на скачок тока). Предложенный способ с применением переключаемого источника тока очень показателен. Так что возможно чуть позже глянем на это поподробней.

Выходное сопротивление.

Как мерилось? Берём сопротивление 100 Ом. Подключаем через электролит в несколько сот микрофарад к генератору. Другой конец резистора - к выходу измеряемого источника. Меряем отношение напряжений с обоих сторон резистора. Чтоб не утонуть в шумах и наводках, сигнал с выхода усиливается в 100 раз. Тем же самым дифференциальным усилителем на SSM2019. Хорошая штучка однако. При таком измерении, выходное сопротивление 1 Ом будет давать 0дБ. А 0.001 Ом соответствует -60 дБ. Нетворк аналайзер используется в режиме с эквивалентной полосой примерно 3 Гц. В принципе, можно использовать полосу и пошире. Но фильтровать при таких выходных сопротивлениях нужно обязательно. К тому-же, естественно, полезно мониторить осциллографом сигнал на выходе SSM2019. Кто его знает, что он там себе насосет.

1. Калибровочная частотка. Измеряется выходное сопротивление 1 Ом. Т.е. делитель 100 Ом - 1 Ом. Вместе с усилителем на SSM2019. Как и ожидалось, около 0 дБ, завал на 1 МГц-2.5 дБ, на 10 МГц - 27 дБ.

   

2. Одно из первых измерений. Игрища на тему расположения точки съёма обратной связи. По желанию трудящихся, могу сделать 1 милиОм во всём звуковом диапазоне. Правда не понимаю зачем.

   

3. Собственно выходное сопротивление. Естественно, в общем и целом, обратно пропорционально петлевому. Минимум примерно 30-40 микро Ом. На 20КГц - чуть меньше милиОма.

   

.

[s3t]

Эмм... а что, если не извращаться с транзистором в качестве переключалки нагрузки, а использовать обычный сигнальный генератор, ввиде кое-как сделанного источника тока? Т.е. с резиком на выходе.

у меня такой - http://www.ferner.se/Prod/PDFer/Tabor/8021.pdf - может 15вПП в 50ом нагрузку, т.е. максимум 300мА, что для слабосигнальных более чем нужно, особенно если проверять "с точки зрения потребителя", который может потреблять ну максимум 60мА.
Да и для слабосигнального теста ПХ достаточно и мелкой инжекции тестового сигнала...

Как-то так:

только не синусом а прямоугольником )

[begemot]

Не вижу препятствий. Если тока хватает-почему бы и нет.
Есть один момент. Большинство линейных регуляторов рассчитаны на то чтоб отдавать ток.
Исключение-параллельные (если хватает диапазона) и "termination" регуляторы (типа VTT для памяти).
Они могут и "отдавать" и "потреблять".
Так вот, для обычного регулятора надо будет подгрузить его чем-то (резистор и т.д.) чтоб он
оставался в режиме "отдачи" тока.

[s3t]

А еще прикол - если подключить звуковушку заместо осцилла, да подать частоту пульсов ниже 1гц, да сделать ФФТ... то получим ФФТ импульсного отклика стабилизатора... т.е. его АЧХ, или в простонародье импеданс в звуковой области ))
правда то будет step response. с него нужно будет взять производную - в цифре или в аналоге (дифференциатором), чтоб ФФТ рисовало АЧХ а не что-то другое. хотя... я в сих делах нибумбум.
Теоретически хай-пас фильтр и есть дифференциатор, при условии что он выше частоты повторения импульса. т.е. все вполне ОК получается и без приблуд )

[begemot]

Всё конечно так, но не совсем. Такой анализ предполагает линейность режима. Ты должен будешь следить за тем чтоб оставаться в линейном режиме. Т.е. использовать малую амплитуду. При этом скорее всего всё утонет в шумах. Для выходного сопротивления проще по старинке, как у меня. Любая звуковая карточка по сути - нетворк аналайзер.

[alex10]

Защиту по току было бы желательно. Может, чтобы не усложнять, использовать до Вашего стаба LM317/337?

[flipper]

begemot, для каких целей питальник делал? :)

[EDWARD]

Евгений, иногда надо +-12В или +-13В. Как понизить?

[drdupery]

вот ещё бы уровень шума на низких частотах дотянуть бы до ADM7150, наверное тут сказался макет и/или используемый опер
а вот PSRR действительно огонёк, да и задачи ставились с упором на это в первую очередь как я понял

[БендеровецЪ]

Более высокий шум на НЧ может быть не от ОУ а от меньшего подавления НЧ фильтра опоры. Я не помню что-бы у 5532 1/f шум упирался в полку аж на 300Гц. А пара-тройка сотен nV/sqrtHz у TL431 при срезе полтора герца где-то на сотне-другой герц как раз и сойдет на нет. Хотя не спорю что и те и другие могут быть и сильно разными от разных производителей. В любом случае шум на НЧ улучшить то можно, но практического смысла может и не быть.

[s3t]

потомучто порядки искажения времени соответствуют порядкам временным в звукоизвлечении. Мы пространство слышим от 300 до 4-6кгц по временным характеристикам. т.е. на протяжении 1/300с по времени частота не должна меняться, дабы не провернуть фазу между каналами при извержении КИЗ данной частоты. Правда я считал, и там (с точки зрения геометрической) допустимый уровень временных искажений КИЗ довольно высок, выше наносекунды. но уши - они такие уши
туда и падают эти самые близкие к несущей шумы.
Плюс низкий ФШ у несущей - зачастую идет рядом со стабильностью самого гена (не бегает не прыгает частота - а оно очень страшно выглядит когда меряешь, будто срыв синхры в звуковушке аль контакт плохой) и низкой ФШ выше по диапазону (что промерять гораздо сложней, т.к. оно быстренько так, с 100-1000гц убегает за шумовую полку измериловки).

[БендеровецЪ]

А кто то смотрел на спектр шума старого и нового регулятора? Проверял устойчивость? А то так можно долго искать регулятор с самым низким 1/f шумом :)

[БендеровецЪ]

Тогда ой. Поставте что нить в милитари спек. Будет дорого и пафосно :)

[begemot]

а SAW как раз-таки родом из этой области - связь, авиа, высокие частоты, стабильность

В случае фильтров - да. Да и то, их желательно включать несколько последовательно и вместе с обычными пассивными.
В связи с особенностями внеполосного пролезания.
В случае генераторов-ну не знаю.
Кстати, SAW скорее всего им понадобился для того чтоб упростить создание очень высокочастотных генераторов.
А не потому что это обеспечивает очень маленький джиттер.

Чего-то как-то не особо впечатлили эти генераторы. http://www.eea.epson.com/portal/page/por...%20Jitter)

Что-то средненькое. Ни в чём серьёзном это использовать нельзя. Для audio-сойдёт. Требований же особо никаких.

Как всегда несколько публикаций с японьскими именами, длинными формулами и, ...почти не о чём.
Ну сравнили они их с кем-то в приведённых публикациях, ясен пень что можно найти и что-то похуже.
И кстати, имена тех с кем сравнивается обычно не указываются, считается не этичным если это делает сам конкурент.
В даташите - данных вообще почти никаких. Не, ну конечно, лапшу на уши нашим Тайваньским друзьям эта штука навешает.
Это как раз то, для чего и пишутся такие "white papers".

Тогда -уж скорее вот это: http://www.foxonline.com/xpresso_labeling.html

Или вот это: http://foxonline.com/pdfs/FXU-LC51.pdf
Хоть более-менее нормально написан даташит

Хотя FOX то-же всегда был не выше среднего уровня. Но некоторые новые изделия довольно неплохо смотрятся

[s3t]

с эспрессо тож не все гладко - оно на PLL собрано, им же и выдает частоты высокие... график обычно должен быть вогнутым, а тут такой странный с изломом на 300кгц.
есть еще NDK, у них график прямой получается, но все портит приписка "typical" что по русски означает "некоторые гены в некоторых условиях смогут иногда нарисовать подобный график". на деле - сталкивался и с плевками в сторону НДК что только некоторые гены у них нормально меряются, а из совершенно-другого-источника - ему платять чтоб чувак сидел и промерял каждый, отбраковывая кривые. он их на ebay (отбракованные, но все еще приличные, сливает поштучно - даже ФШ график прикладывает в комплекте).

насчет SAW - интересно, но странно.
по SAW-у, обсуждение твоего источника :)
http://www.diyhifi.org/forums/viewtopic....&start=240

The whole saga piqued my interest because Joe R. powers his SAW clocks from super cap based PSU's with supposedly ultra low, very low frequency
noise. That was the whole design focus - reduce super low frequency jitter. So then you use a SAW and IMO there is a direct contradiction in design here.

So my question to him was - have you measured the PS noise at these low frequencies to make sure you are not kidding yourself, have you measured
(or had measured) the SAW oscillators phase noise.

You know the answer to those questions. In the end IMO, they should throw -all- the techno mumbo jumbo theories / explanations out and just say honestly 'well this
combination of bits sounds best, but we don't know why'.

[БендеровецЪ]

В сети можно найти восторженые отзывы на что угодно. Так что, все пробовать?

[БендеровецЪ]

Ну я бы на чей-то авторитет особо не полагался. Масса примеров когда авторитетные люди, и вовсе не в таком балагане как аудио, страдают от предубеждений, заблуждаются.
Еще такой момент. Какой набор тестов вы спланировали что-бы увидеть что стало действительно лучше? И с чем собственно сравнивать будете? А то ж как часто получается, сравнивают два абсолютно разных девайса, каждый со своими костылями, в которых разве что клемники одинаковые, а потом говорят "ну, это, наверное ж таки джиттер меньше!"

Я не хочу вас обидеть, мне просто кажется что ничего полезного из подобной затеи вы не вынесите.

[БендеровецЪ]

А как вы будете "переключатся" назад если возникнут сомнения? Проведете ли вы проверку того самого джиттера, что он и там и там такой как должен быть, что не подсунули некондиционный экземпляр? Ну или просто не перегрели его при пайке?

[nazar]

ОФФ
Если цап такой чувствительный к НЧ джо то его не "ровнять" надо а выбрасывать.