Измерительный режектор/усилитель. Измерение сверхнизкого коэффициента гармоник.

[Electrovoicer]

Некоторое время назад пришел анонс от ADI на новый инструментальный усилитель, обладающий незаурядным комплексом характеристик по переменному току - AD8429.
А поскольку как раз назревала проблема измерения очень низкого уровня гармоник в некоторых моих конструкциях, и измерения "в лоб", даже с помощью очень хороших звуковой карты на основе АЦП AK5394A, не давали сколь-нибудь надежного, с метрологической точки зрения, результата, решил сделать простую приставку, решающую определенную задачу - измерение THD на 1 КГц.



Так возник "Знайка".
На входе - пассивный дифференциальный режектор, далее - инструментальный усилитель с усилением 60дБ и выходной дифференциальный драйвер. Собственный коэффициент гармоник инструментального усилителя ниже -110дБ.
На рисунке - спектр аудиокарты E-MU 1212M PCIe, вход соединен с выходом через режектор/усилитель.



Центральная частота режектора получилась 987.4 Гц. Как видно из графика, подавление на основной частоте составило не менее 90 дБ.
Конденсаторы 0.1мкф NP0 1206 подбирались из большого количества сэмплов из одной партии с допуском менее 0.1%. Как ни странно, задача оказалась вполне осуществимой. Общий темепературый коэффициент позволяет говорить о режекции более чем на 80 дБ в диапазоне температур 25 +-5С, т.е. при обычных лабораторных условиях. Конструкция сделана полностью симметричная для получения максимальных значений CMRR в как можно более широком диапазоне частот.
Как правильно читать результаты?
Если очень грубо - из полученных уровней отдельных гармоник надо вычесть 60 Дб - усилитель, следующий за режектором, усиливает гармоники тракта в 1000 раз (60 дБ). Однако, подавляя основную частоту, мы на 9.8 дБ подавляем вторую гармонику, на 5.7 дБ третью и на 3.8 дБ четвертую, на 2.5дБ пятую и так далее. Разумеется, данная коррекция дана для конкретного экземпляра режектора.
Итак, реальный уровень второй гармоники H2 = -63 - 60 + 10 = -113 дБ. Третья гармоника H3 = -54 - 60 + 6 = -108 дБ. Это с большой точностью согласуется с прямыми измерениями, однако присутствует заметно меньше грязи над "полкой". "Полка", разумеется, переехала выше (по отношению к "прямому" методу), но выигрыш в составил не менее 10 дБ.
Приемущество данного метода - можно измерять малые коэффициенты гармоник с помощью большинства встроенных звуковых карт, придавая им "фору" в 60 дБ.

Схема устройства приложена.
znayka_v1.0a.PDF

[shkal]

Поскольку я такую штуку делал https://forum.vegalab.ru/showthread....=1#post1095428,
позволю себе несколько замечаний:
1) Я не вижу практического смысла гнаться за подавлением более 60 дб. Даже самая фиговая звуковая карта с собственным ДД по гармоникам 90дб будет иметь 90+60=150дб по гармоникам, т.е. всё упрётся в шумы. А уж хорошие АЦП (E-MU1616m) имеют ДД порядка -120дб при входных амплитудах -6-10дб
2) Чем больше подавление моста, тем более жёсткие требования предъявляются к стабильности частоты и фазы генератора. Навскидку -80дб уже исключает возможность применения RC генераторов типа Г3-118
3) По моим данным, конденсаторы NP0 (murata grm31 / hitano) имеют собственную нелинейность порядка -115-120Дб при амплитудах единицы вольт, мне в Т-мосте пришлось заменить их на полистирол LCR). По этой же причине вызывает сомнение применение на входе ферритовых бусин.

[viktor8m]

Чем больше подавление моста, тем более жёсткие требования предъявляются к стабильности частоты и фазы генератора. Навскидку -80дб уже исключает возможность применения RC генераторов типа Г3-118

Совершенно верно, я советую Electrovoicer-у создать тогда уже в комплекте и соответствующий генератор, у которого частотозадающая цепь должны быть из такого же моста и на тех же деталях, что и в режекторе.

[Electrovoicer]

Чем больше подавление моста, тем более жёсткие требования предъявляются к стабильности частоты и фазы генератора. Навскидку -80дб уже исключает возможность применения RC генераторов типа Г3-118

мост без труда можно расстроить при желании. просто вот так вот получилось в конкретном экземпляре, без особого труда.

По моим данным, конденсаторы NP0 (murata grm31 / hitano) имеют собственную нелинейность порядка -115-120Дб при амплитудах единицы вольт

я этого не наблюдаю на практике, извините уж.

По этой же причине вызывает сомнение применение на входе ферритовых бусин.

не наблюдаю какого-либо их влияния в данной схеме в звуковом диапазоне. а вот их положительное влияние вполне видно при присутствии наведенных на вход ВЧ-компонент .

[Nick]

3) По моим данным, конденсаторы NP0 (murata grm31 / hitano) имеют собственную нелинейность порядка -115-120Дб при амплитудах единицы вольт, мне в Т-мосте пришлось заменить их на полистирол LCR). По этой же причине вызывает сомнение применение на входе ферритовых бусин.

Бусины обычно нормально, из тех что я пробовал до -130дБ я ничего не замечал, хотя в этой схеме имеет смысл ставить синф. 2-3 канальные бусины.

[Alex]

По моим данным, конденсаторы NP0 (murata grm31 / hitano) имеют собственную нелинейность порядка -115-120Дб при амплитудах единицы вольт

я этого не наблюдаю на практике, извините уж.

Я этого тоже не наблюдал у NPO (COG), такой порядок (или чуть хуже) было на X7R.

[Nick]

Я этого тоже не наблюдал у NPO (COG), такой порядок (или чуть хуже) было на X7R.

Думаю это зависит от номиналов/моделей конденсаторов и уровней/частоты токов через них. Даже резисторы при определённых условиях могут давать -120дБ и больше.

[shkal]

Electrovoicer,
Nick,
Alex,
А какие конкретно серии\производителей\номиналы вы измеряли ?

[Turbo_man]

Offтопик:

даже с помощью очень хороших звуковой карты на
основе АЦП AK5394A

можно название карты узнать? E-MU 1212M PCIe?

[Electrovoicer]

А какие конкретно серии\производителей\номиналы вы измеряли ?

конкретно в режекторе стоят GCM31C5C1H104JA16L.

---------- Добавлено в 00:52 ---------- Предыдущее сообщение в 00:51 ----------

можно название карты узнать? E-MU 1212M PCIe?

да, именно она. на графике в первом посте - именно она в loop

[Alex]

А какие конкретно серии\производителей\номиналы вы измеряли ?

У меня в основном AVX были и Murata, номиналы мелкие, до единиц нанофарад. Конкретно сказать не могу, давно это было.

Даже резисторы при определённых условиях могут давать -120дБ и больше.

Эт понятно.

[Nick]

А какие конкретно серии\производителей\номиналы вы измеряли ?

Если про бусины говорить, то BLM41, импеданс входа был 10к, амплитуда до 2В RMS. Конденсаторы в основном на пики, десятки пик. Panasonic ECJ. У меня такие в ОС стоят на ZD-50, можешь в BOMe глянуть конкретные номиналы.

[boatsman]

Мне давно интересно - а -120дБ измерялось звуковой платой из-под Спектралаба? И все? Этого достаточно?

На этом форуме только пяток человек не могут не смеяться при упоминании этой цифры. Одного за невоздержанность вечно банят. Но он, кстати - может -120дБ промерить. Я в это верю. У него даже кабели для этого есть И понятия есть

Да, дециБелы есть относительная величина. Независимо от стояния в чем-то и наличия в каком-то БОМе.

[Electrovoicer]

На этом форуме только пяток человек не могут не смеяться при упоминании этой цифры.

Вы что сказать-то хотели? или так, просто?

[boatsman]

Нет, я хотел спросить - а кто-то линейность измерительного тракта в пределах 120дБ проверял, прежде чем этакой цифирью бросаться? Есть источник сигнала с таким аттенюатором? Измеритель уровня с таким диапазоном?

[Electrovoicer]

Нет, я хотел спросить - а кто-то линейность измерительного тракта в пределах 120дБ проверял, прежде чем этакой цифирью бросаться?

странный вопрос от Вас
а разве фурье-анализ нам не говорит нам о величине и характере нелинейности тракта? тогда о чем он говорит?

[Alex]

Нет, я хотел спросить - а кто-то линейность измерительного тракта в пределах 120дБ проверял, прежде чем этакой цифирью бросаться?

Ты что, не помнишь как один товарисчь заявлял что намерял в своем усилителе "динамический диапазон амплитуд" в 200 дб?

Правда, потом сам испугался этой цифры, и признался что было всего... 160дб

[Борисыч44]

Offтопик:
Надо бы в йумор, но кину сюда

Господа есть задача построить инструментальный усилитель.
постановка задачи следующая:
Чувствительность не хуже 100 нВ - 1 мкВ;
Кус не хуже 120 дб;
диапазон 20 Гц - 200 кГц (верхняя граница особо не критична можно опуститься и до 40 кГц)
возможность подключения симметричных источников сигнала;
фазовый шум чем меньше тем лучше в пределе 1.5-2 нВ/Гц^1/2

ему отвечают

Там применяли на входе малошумящие лампы, параллельное включение каскадов, преобразование в цифру, десятикратное суммирование цифры с выделением среднеквадратичного значения и цифровой фльтр. Параметры в те времена меня празили, динамический диапазон 280 дб,

http://pro-radio.ru/measure/11649/

а вам 120 не понравилось

[Alex]

а вам 120 не понравилось

Судя по второй твоей цитате, там корреляционный метод, так что вполне могут быть большие значения динамического диапазона. Но это же совсем не усилитель, и не совсем реалтайм. Такими методами легко вытаскивают полезные сигналы, лежащие ниже уровня шумов.

[Nick]

Мне давно интересно - а -120дБ измерялось звуковой платой из-под Спектралаба? И все? Этого достаточно?.

Нет, нужно ещё руки прямые . А Спектралабом вообще можно и -140дБ мерять, по цифре например .

---------- Добавлено в 17:58 ---------- Предыдущее сообщение в 17:55 ----------

Нет, я хотел спросить - а кто-то линейность измерительного тракта в пределах 120дБ проверял, прежде чем этакой цифирью бросаться?

Если даже измерительный тракт это просто DAC-ADC (без режектора) и измеряемое устройство имеет достаточно линейную АФЧХ в диапазоне измерений, то чтобы мерять -120дБ, далеко не нужно иметь линейность тракта -120дБ. Достаточно того чтобы эта нелинейность была стабильна (т.е. не менялась во время измерения).
Если же измеряемое устройство имеет недостаточно линейную АФЧХ в диапазоне измерений, то тоже можно мерять до -120дБ, если ADC или DAC достаточно линейный (лучше -126...130дБ, хотя бы не на максимальном уровне сигнала).
Если же есть нормальный режектор, то -120дБ мерять вообще не проблема, даже если ADC и DAC имеют больше -120дБ.