しろくま製作所

オペアンプの矩形波測定 OPA2211編

OPA2211の矩形波応答を測定しました。
※OPA211のDual品

高速オペアンプとして音も良いと話題のオペアンプです。

使用した発振器
Analog Discovery

1MHzは発振器の限界付近なので波形が綺麗ではありません。

オシロスコープとの接続
同軸ケーブル

オシロスコープの設定
1MΩ DC

10kHz


100kHz


500kHz


1MHz


1MHz FFT


OPA627より広帯域ですね。
個人的には割と好きなオペアンプです。

オペアンプの動作試験機を作りなおしました。
去年から使っていたのは穴あき基板で手配線したものでした。

こういうの


ワイヤーで飛ばしていたり、色々稚拙な部分が気になってきたので感光基板で作りなおしました。
(振動を拾うので…)

新しいの


測定中にケーブルの硬さにつられて動いたり、電源装置の設定が面倒なのでケースに入れて電池駆動としました。
周波数が上がってくるとおかしなことになりそうなので、プローブ用端子も増設しています。

中身は変わらず非反転増幅回路でゲインは11倍ぐらいです。
この治具は出荷時の検査やオペアンプの矩形波応答比較に使いますので、かなり重要な機材だったりします。
今回は正負12V対応の物しか使えない仕様なので、低電圧用やシングルオペアンプ用も作る予定です。

オペアンプの矩形波測定 OPA2134編

OPA2134の矩形波応答を測定しました。
※OPA134のDual品


使用した発振器
Analog Discovery

オシロスコープとの接続
同軸ケーブル

オシロスコープの設定
1MΩ DC

1k


10k


100k


500k


500k FFT付


100kまではOPA627にかなり似た波形ですが500kからは大きく変わってます。

NJM2114DDの矩形波応答を測定しました。

使用した発振器
Analog Discovery

オシロスコープとの接続
同軸ケーブル

オシロスコープの設定
1MΩ DC

1k


10k


100k


500k


500k FFT付


NJM4558DDより周波数が伸びてますね。
リンギングが出てしまうのが特徴的です。

OPA627AUの矩形波応答を測定しました。
単体ではなく2枚のOPA627AUをDUALにする基板に実装したもの使用しています。

使用した発振器
Analog Discovery

オシロスコープとの接続
同軸ケーブル

オシロスコープの設定
1MΩ DC

1k


10k


100k


500k


500k FFT付


人気なだけあって高性能です。
変なリンギングもないですし、周波数も伸びてます。
最後にどこまで高調波を増幅できるか見るためにFFT結果をつけています。

ちなみに過去見たことがあるOPA627の偽物の波形ですが、100kHzの段階で矩形波にならない物でした。
リマーク品として使用できる安価なオペアンプといえば4558系のセカンドソース品あたりになると思うので、立ち上がり性能が劣って当然かと思います。

測定環境を一部更新したので、オスロスコープの画面撮影がとても楽になりました。
というわけで音の評価とは無関係ではあるのですが、性能の指標になり得る矩形波応答の結果を載せていきたいと思います。

使用した発振器
Analog Discovery

オシロスコープとの接続
同軸ケーブル

オシロスコープの設定
1MΩ DC

1k


10k


100k


100kでは波形が鈍っていますね。
オーディオ帯域では問題ないかと思います。

LTSpiceでヘッドホンアンプ作ってると歪率を調べたくなったので、手順のメモっときます。
というわけでいつもの備忘録的な記事です。

手順
入力にvinというラベルを接続します。
出力にvoutというラベルを接続します。
SPICE Directiveで「.Four 1k v(vout) v(vin)」を記述します。
SPICE Directiveで「.option plotwinsize=0」を記述します。
トランジェント解析で1kHzで10ミリ秒で解析しますので次のように指定します。
「.tran 0 10m 0 1u」

解説
入力と出力でFFTを行いその結果をログに出力します。
デフォルトですと結果を圧縮してしまい測定精度が落ちてしまうので、圧縮しないオプションを付けます。

結果


歪率は0.006349%となります
あんまり成績良くないね…

Analog DiscoveryでLEDチカチカしてみました。



とりあえず矩形波発振してブレッドボードにつなぎます。

接続してみた図


マウス操作で簡単設定ですね。
普通にLEDチカチカしました。
出力はご利用のLEDに合わせて指定してください。
赤色の場合は2V程度で光ると思います。
電流制限抵抗は500Ωを使用しました。


矩形波の立ち上がりを見ましょうか
条件
500kHz
10:1プローブ


問題ない立ち上がりだと思います。

どこまで矩形波らしく発振できるかテストしてみましょう

テスト方法
接続：同軸ケーブル
カップリング：50Ω
出力：500mV

500kHz


1MHz


2MHz


５MHz


周波数が上がるとそれなりに鈍りますね。
1M以内なら問題ないのかな。

ご機嫌斜めなKenwood FG-275との2MHzでの比較


オーバーシュートしているような感じです。
最大5MHzの機種なんでこんなものかな

Analog Discoveryを購入しましたが長いこと触っていませんでした。



Analog Discoveryって？何？というわけですが、これ一台でデジタルオシロスコープと信号発振器とスペクトラムアナライザ、ロジックアナライザなどの機能を持っている便利ツールです。
本来の構成ではBNC変換アダプタはついていないのですが、秋月電子様で購入した時に一緒に買いました。BNCケーブルとか普通のオシロプローブが使えるので必須です。

今更使おうと思った理由なんですけど、Kenwoodのファンクションジェネレータのご機嫌斜めになりまして、使ってるうちに発振周波数が狂ってしまうのです。
どんな風になるかというと、オシロスコープで見てる最中に波形がびよ～んと伸びてしまいます。
オペアンプの検査にも使っているのでこれはだめというわけで、Analog Discoveryのファンクションジェネレータ機能を使ってみました。

Analog Outを起動します。



基本的な信号発振はここから行うことができます。
左メニューから発振したい波形を選択します。サイン波、矩形波、三角波、ノイズなどを出力できます。
右側で周波数、出力、オフセットを設定できます。
出力用のケーブルをM1に接続し、Run AWG1をクリックすると発振開始します。
BNC接続のワニ口ケーブルがいいかもしれません。

基本的な使い方はこんな感じです。

ただ、うちの環境の問題だと思うのですがちょっと輝線が太いのです。
PCのノイズが乗っているのかもしれませんので、そのうちUSBアイソレーター使ったら変わるか試したいと思います。

応用編
AM変調をやってみます。

搬送周波数と変調したい周波数を設定します。
今回は1MHzの搬送波に10kHzのサイン波を設定します。
こんな感じ


実はやってみたかった事がありまして、デジタルオシロスコープとアナログオシロスコープを比較してみようかと思います。

6年前に買ったTektronix MSO2012の表示


デジタルフォスファ機能付きでもこんなものかなぁ。
そのうち里帰りさせて校正したいです。

ジャンク品のTektronix 2445Aの表示


これがアナログらしい表示です。
アナログは残光して徐々に消えていくので綺麗な濃淡表示になります。
デジタルとは大きく違う表示ですね。
でもね、このオシロスコープですけど、何か狂ってるみたいで輝線が妙に太いのです…
撮影した時にピンぼけになってしまいました。

ちなみにAnalog Discoveryで表示するとこんな感じです。


残光表示が無いのでまた違う感じですね。


アナログは味があっていいですね。
高度な表示ができるデジタルオシロスコープだとアナログと同じような表示になるようです。

自力でDAC作りたくて挫折して幾年…
ハードウェアモードでも動かず、どこが間違っているかもデータシート見てもわからず、マイコン制御したいよねということでI2Cでやってみようにも以下略)

という前置きは置いといて。
I2Cで制御できたので備忘録を残しておきます。

必要なもの
raspberry pi(使ったのはb+)
諦めない根性
オシロスコープ

あったらいいもの
ロジック・アナライザ LAP-C

注意事項
raspberry piのI2Cは内部自動プルアップです。別途プルアップ抵抗は不要です。

WM8805編
共立電子様のDAIトランシーバ独立実験基板「WM8805_G」を使用しました。
組み立て完了し電源供給ができたら、raspberry pi b+ のSCL、SDA、GNDをWM8805基板のCN2Gの所定ピンにつなぎます。
raspberry pi b+にI2Cで必要なライブラリを導入します。
sudo su -でrootになってからi2cdetect -y 1 を実行します。
このコマンドはI2Cでの鬼門となるデバイスアドレスの探索を自動でやってくれる神コマンドです。
多分デバイスアドレスは0x3a辺になると思います。以下0x3aと仮定して記述します。
初期状態のWM8805はクロックなどがパワーダウンしているので、起動するためフラグを書き込む必要があります。
起動コマンド
i2cset -y 1 0x3a 0x1e 0x00 b
光TOSLINKを使うのでそれ用のセッティングを入れます
i2cset -y 1 0x3a 0x09 0x00 b
このままだとスレーブモードでの動作になり必要なクロックなどが出ないので、データフォーマットの指定とマスタモードの指定をします。
i2cset -y 1 0x3a 0x1c 0x4a b
これでI2Sフォーマット24bit長マスターモードになります。
この時点でSPDIFがロックしていれば信号が出ています。

ロックの確認
i2cdump -y 1 0x3a
48kHzでロックしている場合は0cレジスタの値が0x20になっていると思います。
オシロスコープなどで各シグナルが出ているか確認して下さい。
もし出ていない場合はロックしていません。

CS8416の場合
共立電子様のDAIレシーバ独立実験基板「CS8416_B」を使用しました。
このチップの動作には癖があるようで、説明書ではリセット端子に10uFのコンデンサをつけたら動作する事が書かれていますが、安定しない時があるようです。
組み立て完了し電源供給ができたら、raspberry pi b+ のSCL、SDA、GNDをCS8416基板のCN2Gの所定ピンにつなぎます。
sudo su -でrootになってからi2cdetect -y 1 を実行します。
多分0x10あたりに出てくると思います。
こちらも初期状態ではクロックのパワーダウンが行われており動作しません。
起動コマンド
i2cset -y 1 0x13 0x04 0x88 b
起動してもスレーブモードですので、マスターモードの指定とデータフォーマットの指定を行います。

i2cset -y 1 0x10 0x05 0x88 b
指定した内容
右寄せ
24bit
MSBファースト
マスターモード
となります。
こちらもロックしていたら信号が出ますのでオシロスコープで確認して下さい。

出力されている信号をDACに接続して音が鳴るか確認してください。


WM8805の注意点
i2cdump -y 1 0x3a b の結果ですが、RaedOnlyのレジスタ以外は内容の表示がされません。つまり設定値の確認はできません。