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位相特性測定用FRAの自作

スイッチング電源とかのループ特性を測定するための測定器.
あまりゴテゴテした機能は付けず,シンプルに.

虎の子はアナデバのDDS AD9833 ×2である.
マスタクロック25MHzで5MHzまでを扱う.

仕様:
入力部
入力周波数 1Hz to 5MHz
入力電圧 4Vpp Cカップリングのみ 単電源5Vのオペアンプで受ける
入力インピーダンス 1MΩ
ヘッドアンプゲイン x1,x10
入力換算ノイズ TBC

信号出力部
出力周波数 1Hz to 5MHz シングルエンド
出力電圧 4Vpp Cカップリング 5Vのオペアンプで駆動
出力インピーダンス 50Ω
絶縁出力

同期検波部
単相アナログスイッチ式
fc=10kHzのアナログ一次LPFでカット.これより低いバンド幅はデジタルフィルタで実現.
差動で出力されるので,計装アンプでシングルエンドに変換&中間オフセット付加&PGA

復調出力部
絶縁USB出力

シンプルにするための工夫

二位相式ではなく,単相式にする.二位相式にするには,直行クロック生成のため,4xfcのオシレータが必要.
また,ミキサから後の回路が二倍になり面倒.
ループ特性は静的なものなので,時分割で復調しても問題は無いと思われる.
まずcos側で復調->復調信号の位相を90度ずらして復調->ベクトル演算

局発と注入信号が同一周波数になるため,DDS周りのLPFを共通化できる.細かいLCの定数が共通化できるのは良い.

設計:
入力部ゲイン構成
PGA1段構成にする.
PGAゲイン 1,10
入力10MHzでゲイン10倍だと,オペアンプの帯域は400MHz以上ほしいところ
ゲインを確保する意味:
オペアンプの開ループゲインを測定するような用途だと,入力電圧がループゲインに抑圧されるため,非常に小さくなるため.
OPA659を選定.GW=650MHz

JFET入力の必要性
入力インピーダンス10MΩ確保のためには,入力の抵抗を10Mにする必要がある.
オペアンプの入力バイアス電流が大きいと,入力抵抗部で直流電圧が発生し,オフセットの原因になる.
仮に,バイアス電流1uAだと,10MΩで直流オフセットは10Vとなり,全く実用にならない.
OPA659の入力バイアス電流は±10pAで問題なし.

入力保護
100Ω1Wの直列保護抵抗+シリコンDiで保護する

ミキサアナログスイッチの検討:
10MHzをスイッチングするだけの能力が必要.

CPU
STM32F303とする.5Mspsの12bitADを4ch搭載する.ぴったりである.
ノイズジェネレータとしてDACを使い,分解能を上げてみる.