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ドメインを取得しました

アナログ回路とは縁遠い話ですが、最近中古のドメインというのに興味があり、結構な数を取得しました。取得の際、バックリンクを必ずいくつか確認するのですが、意外とそこから面白いサイトを発見したりで、ちょっと癖になっています。アメリカのMITからリンクされていたドメインや、ハリウッド映画女優のサイトに使われていたドメインなど、ドメインの過去そのものも楽しませてくれます。一方ウイルスをまき散らす危険なサイトもあるため、ウイルスバスターに守られながらのサーチをしてます。
oldドメインともいわれ、欧米では何年も前からもてはやされているとのこと。効果のほどは懐疑的な部分もありますが、コレクションして楽しんでるような感じです。oldドメインのサイトも作ってみました。ちなみに下が最近取得したドメイン…結構な数です。

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19 : 55 : 08 | 未分類 | トラックバック(0) | コメント(0) | page top↑

ホームページ無料テンプレートサイト

アナログ回路とは全く別ですが、ホームページの無料テンプレートサイト【LUNA-WEB】の運営のお手伝いをさせていただいています。XHTML+CSSによるシンプルなテンプレートです。

ホームページを自身で開設したいとき、ゼロから始めるより、テンプレートを利用してカスタマイズすることでHTMLの知識が身につきます。

いずれはこのブログの内容も含めて体系的に分かるようなアナログ回路のtips集のホームページを作りたいと思ってます。

テーマ:Webサービス - ジャンル:コンピュータ

19 : 00 : 17 | 未分類 | トラックバック(0) | コメント(0) | page top↑

広帯域アナログ演算ICの入力バイアス電流

アナログ演算ICといえばオペアンプが代表的です。また複雑な演算をするアナログICもあり、演算可能な周波数帯域も年々広がっています。

このアナログ演算ICはいくつかの入力端子と演算結果が得られる出力端子、さらにオフセット端子や付属機能の端子などが設けられています。

高い精度で演算結果を得るために、アナログ演算ICは0.1%誤差の金属皮膜抵抗で温度特性は50ppm/℃など高価な抵抗器を使うことも多くなります。また抵抗のバラつきを考慮して高精度の抵抗アレーを使うこともあります。(抵抗誤差は1%でも、同じアレー内の抵抗のばらつきは0.1%というものを使ったほうが抵抗単品を並べるよりも良い結果が得られることが多い)

ただ、そういった高価な外付け部品を使って出力は0Vを望んでもmV単位のオフセット電圧が出力されることが経験されます。

この傾向は広帯域化された演算ICほど顕著になります。

アナログ演算ICのデータブックには実に多くのパラメータについて数値やグラフが描いてあり、全てを理解して使うのは難しい面もあり、結果上記のようなオフセット電圧などはオフセット端子にボリューム(VR)などをつけて調整してしまう、ということも多くあると思います。ただ入力電圧が変化したり、出力回路が変わるとオフセット電圧が再び発生したり、オフセット調整用端子からのオフセット電流が影響することもあります。

このアナログ演算ICのたくさんあるパラメータにはたいがい入力オフセット電流という項目を見ることができます。また入力オフセット電流の温度特性のグラフも提供されていることがあります。

この入力オフセット電流というのは、簡単には入力端子から流れ出る、あるいは流入する電流値です。しかし実に曲者で、シンプルなオペアンプを例にとると、入力オフセット電流が1μAと書かれていれば、入力とアナロググラウンドに10kΩの抵抗が接続されれば10mVの電圧が発生します。オペアンプには+、-と書かれた入力がありますが、-側には出力から抵抗で負帰還抵抗を接続します。これらの合算抵抗値を各入力に接続して入力オフセット電流により発生するオフセット差動電圧を打ち消す(バーチャルショートとは別に)ことが原理上できます。

しかし実際にはオペアンプの入力、出力には別の回路網が接続され思うように出力オフセット電圧を小さくできないことが往々にしてあります。また広帯域オペアンプなどは差動アンプの入力がバイポーラトランジスタで構成されているものも多く、入力オフセット電流の温度系数も大きいことから温度変化で演算結果が大きく変わることもしばしばです。サーミスタで補正しようとしても大概はうまくいきません。

特効薬はありませんが、直近に接続された部品の精度だけでなく、回路網にも目を配り、オフセット電流により発生する電圧が同じになるように工夫するしかありません。

数MHz以上になるとインダクタなども入ってきて抵抗を入れていたつもりが直流的にはインダクタによりグラウンドと短絡していたなどということはよくありますので確認してみると良いでしょう。また交流、高周波を扱うのであればコンデンサでカップリングすることで直流的に回路網を切り分けることも可能です。

広帯域アナログ演算ICはオペアンプを含め位相余裕の問題で寄生発振が話題になりますが、直流的な面での考察も設計時にしておくと、妙な出力が計測された際、寄生発振なのかオフセット電圧なのかが切り分けし易くなり、あとで楽をすることができます。
03 : 40 : 14 | 高周波アナログIC | トラックバック(0) | コメント(0) | page top↑

ダイオードを使わずに検波する

一般的に検波と言えば、高周波に何らかの変調がかかっている信号から、何らかの変調成分を取り出す、逆にいえば高周波成分を取り除くことを言います。この目的を簡単に実現できるのがダイオードです。

ダイオードはご存じのとおり順方向には電流が流れ、逆方向では電流が流れないという基本特性を持っています。ところが高周波でこれを利用すると接合容量や順方向電圧などが問題となってくることがあり、さらに高周波では検波に頻繁に使われるショットキーバリアダイオードに至っては逆方向の漏れ電流の温度係数が大きく、不安定な検波出力を得ることにもつながってしまいます。現在はほぼ使われていませんが、ゲルマニウムダイオードも同様です。
ana-DIdetect.jpg

そこでそもそも検波とは何かと考えると、0Vを中心に正負に振れる高周波電圧を0V以上つまり正の電圧を得ることになります。この「正負に振れる」を元に考えると、信号を二乗すれば必ず計算結果は正になる、つまり検波と同じ作用となることが想像できます。

一般的な検波との相違点は、出力の振幅が指数的に変化する、具体的にいえば二乗しているわけですから入力信号の振幅の二乗になるという点です。

その実現方法のヒントは、逓倍器にあります。逓倍とは元の高周波を整数倍するということですが、一般的には元の信号を「歪ませて」2倍や3倍、それ以上の周波数成分を作る回路をいいます。この歪ませる、という操作も数式上では掛け算を行わせているにすぎません。二乗というのはこの掛け算のなかで同じもの同士を掛け算している特別な条件です。
cosxcos.jpg

ana-kakezanki01.jpg


この逓倍のなかで2逓倍、つまり2倍の周波数を得るのに、DDBM(ダイオード・ダブル・バランスド・ミキサ)を使う方法がよく用いられます。3つのポートを持つDDBMですが、RF入力とIF入力に同一周波数、同位相の信号を入力すると、2倍の周波数信号が得られます。これは二乗が目的ではありませんが、掛け算器として扱われるDDBMを二乗器として扱っています。出力信号はDDBMに一般的に内蔵されるトランスを介しているため、交流となっています。

ではもっとその用途に特化した掛け算器はないのかというと、アナログデバイスのAD834をはじめとする4象現の高周波掛け算器が多数存在しています。これらはアナログ的に交流・高周波を正確に掛け算する目的で設計されたICですので、間違いない使い方をすれば大変優れた結果、つまりダイオードを使わずに高周波から正の電圧(振幅変調などのかかった脈流も含みます)を得ることができます。さらに部品の精度を高めると正確な演算をさせることもできます。

その高い掛け算の精度を生かすと、高周波電力の測定電圧をダイオードを使用する事なしに、さらには「測定電力が増えると目盛が詰まる、測定電力値を直流に直しても指数関数的に増加する(ダイオード自身の特性も加わるため、実際にはもっと複雑な関数…非線形)」という問題を一気に解決する方法が実現できます。

高周波電力をダイオードで直流に直せばE=SQRT(P・R)の関係から電力の増加の平方根ずつ検出電圧は変化します。これが測定電力が増えると目盛が詰まる理由ですが、高周波電圧を二乗することでダイオードを使わず正の電圧を得られるだけでなく、測定電圧は電力に正比例します。つまり目盛りはずっと等間隔になるということです。

具体的な回路例は各々のICのアプリケーションマニュアルなどに載っていますが、実際には高周波を直接二乗するアナログICにはいろいろと厄介な問題もあります。それはまた別の機会に紹介できればと思います。
20 : 59 : 50 | 高周波電力測定 | トラックバック(0) | コメント(0) | page top↑

フルブリッジ型高周波アンプの基本

高周波アンプの回路方式には、

1. シングル方式
2. プッシュプル方式
3. ハーフブリッジ方式
4. フルブリッジ方式

の4つがあります。高周波アンプの回路で歴史があるのは1項と2項で、特に2項は現在でもGHz帯まで含めても主流です。(一般にジェミニパッケージと呼ばれる1パッケージに2個のFETがソースコモンで接続されている素子は全て2項の方式で実装を容易にするためのものです)

一方3項と4項の方式は高周波アンプとしてはあまり知られていません。しかしこれらの方式はスイッチング電源でも特に大電力のタイプではごく標準的な回路で、電源メーカの人からすれば逆に慣れ親しんだ回路だと思われます。もちろんスイッチング電源の回路にはこのブリッジ型以外にフォワード型、ダブルフォワード型、RCC(リンギング・チョーク・コンバーター)方式などトランスの使い方で多数の方式があります。

下の図は4項のフルブリッジ方式の基本回路です。動作の流れは簡単で、FETを使った回路ですが、Q1~Q4をスイッチとして考えて差し支えありません。

Q1とQ4をONすると赤の経路に電流が流れます。次にQ1とQ4をOFFしてQ2とQ3をONすると緑の経路に電流が流れます。結果としてトランスTには双方向に交互に電圧がかかり、出力側に高周波電圧が発生します。
FUll-bridge01.jpg
この回路方式は連続キャリアまたは断続キャリアを出すことを主な目的としています。従ってリニアリティを必要とする用途には向いていません。それは3項のハーフブリッジ方式も同じです。なお3項のハーブブリッジ方式は上図のQ3とQ4をコンデンサに置き換えたものです。

フルブリッジ方式で各素子を飽和状態で使用することによる最大の特長は、非常に高い変換効率が得られることです。30MHz程度までで90%以上のDC→RFの変換効率も比較的容易に得ることができます。

また1素子で構成(シングルエンド)するEクラスのアンプなどでは、負荷条件によってはFETの耐圧(Vdss)を超える電圧波形により簡単にFETを破損させてしまいますが、このフルブリッジ方式は原理的にDクラス動作となるため、FETのドレイン~ソース間の電圧は矩形波に近く、また電源電圧で素子にかかる電圧がクランプされるため、破損の危険性は低くなります。

下図がFETのドレイン~ソース電圧(Vds)波形とドレイン電流(Id)波形の関係です。実際にはVdsは立ち上がったところで、さらにスイッチングサージ電圧が発生し、またIdの形も負荷やFETのCoss、トランスTの漏れインダクタンス(リーケージインダクタンス)などにより形や電流の立ち上がりのタイミングが変わります。
FB-waveform-blg01.jpg
大きな電流が流れればスイッチング電源と同じくしてFETのOFFのタイミングで高い電圧サージが発生しFETを破壊する危険性もあるので注意が必要です。

FETを数十から数百MHzで使用すると、Vdssを瞬時に超えてもなかなか破壊しない事例が多数見られています。接合部内の電子の移動速度(加速)とその瞬時の時間の関係で破損に至らないとも考えられますが、はっきりとした原因は知られていません。…顧客などに説明ができない。

このフルブリッジ方式を実際に実現するには次のポイントをクリアする必要があります。

1. Q1とQ3は素子そのものがグランドレベルから浮いているフローティングの状態で、ハイサイドスイッチとも呼ばれています。この素子のドライブもフローティングされている必要があります。スイッチング電源などでは、スイッチング周波数が数百kHz程度以下なので、フォトカプラなどを介して、絶縁された電源を使ってドライブできますが、数十から100MHzとなると、トランスを介して絶縁した高周波でドライブする必要があります。

下図がドライブ部分の一例です。入力したRF信号は0度で2分配し、ドライブトランスTdを介して直流的に絶縁し、各FETのゲート~ソース間にRF電圧を加えます。トランスの●は巻き始めとします。これによりFETの組を交互にON/OFFできるようになります。実際にはFETのゲートに直列抵抗を入れるなども必要です。
FB-Drive.jpg

2. そのQ1とQ3は高周波アンプ用で従来から見られるパッケージ(フランジがFETのソースと接続されている)素子は使用できません。従来からあるMRF150(モトローラその後メイコム)やSD2931(STマイクロ)などフランジがFETのいずれの端子からも絶縁されているタイプが使用可能です。アメリカのマイクロセミ社ARFシリーズではこの方式のための素子がいくつかリリースされていています。

3. 原理的に増幅素子をスイッチとして使用しているため、出力の制御はドライブ電力の可変ではほぼできません。(増幅素子は常に飽和する条件のドライブ電力が供給されている必要があります。具体的にはFETのVgsthを十分に超え、かつVgss以下の高周波電圧となります。)そのため電源電圧Eを可変することで出力電力を制御(変化)させます。従って出力電力を一定に保つ制御をする場合は、検出した出力電力を直流電源の電圧可変部分にフィードバックする必要があります。つまり全体構成を考える場合には電源部分の制御回路とともに検討する必要があります。

電源電圧以外で出力を可変する手段で、Q1とQ4のON/OFFのタイミングをずらす方法もあります。(Q2とQ3も同様である)ドライブの位相制御とも呼ばれていますが、Q1とQ4の同時ONの時間(重なり時間)を広げたり狭めたりする手段です。短所として、出力電力を絞りきれないという問題があります。これは使用するFETの出力容量(Coss)への充放電により、出力されてしまうというものです。

4. 高周波アンプでは負荷条件が広く、素子から見た負荷が誘導性となる場合(通信用の場合でも同軸が短絡したりオープンになった場合、同軸の長さによっては誘導性負荷となる場合がある)、素子がFETであるならばドレイン~ソース間の寄生ダイオード(ボディダイオード)のリカバリー特性(trr)が影響し、Q1とQ2が同時にONするようなアーム短絡モードが存在します。但しリカバリー特性以上に早い周期でドライブされているため、モータードライバのような破壊までは到達しないといわれています。それでも出力電力はほとんど得られていないにもかかわらず、非常に大きな電流がFETに流れる状況であるため、適切な保護回路が必要だと考えられます。

以上が実現するためのポイントですが、実際にはさらに細かい部分の検討事項が必要となります。フルブリッジ方式は回路自体は昔からありますが、高周波アンプへの適用には細部で改良の余地が多数あると思われます。
15 : 01 : 52 | 高周波アンプ回路方式 | トラックバック(0) | コメント(0) | page top↑
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プロフィール

1966年生まれ。15年ほど100MHz以下の高周波ジェネレータ、スイッチング電源などの開発に従事。趣味のアマチュア無線で50MHzを楽しんでいる。コールサインはJM1DTF。現在は輸入文房具のオンラインショップ レクスタイル を家族で運営。

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