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2018.03.06

Cosmo-Z Miniの周波数特性

開発中のZYNQ搭載小型ADC/DAC装置「Cosmo-Z Mini」の周波数特性を測ってみました。

Cszmini_f

なんと、20MHzにピークがあるかと思ったら、30MHzでゲインが下がってしまっています。

これはひどい!

このCosmo-Z Miniはフィールドで使うことも考えて低消費電力にしようと、ADCのフロントエンド回路のOPアンプを、TI社のTHS4521にしたのですが、THS4521の特性が予想したより悪かったのです。

sun

次の図は、100kHzの正弦波をFFTしてみたところ。ひずみ率がなんと-60dBしかありません。

Cszmini_dist

-60dBならいいじゃないか・・と思うかもしれませんが、1MHzにしてみると-40dBにまで下がってしまいました。

Cszmini_dist1m

THS4521は、Cosmo-Zでも使っているTHS4520の低消費電力版なのですが、特性を比べてみると全然違いました。THS4520は10MHzでひずみ率が約-90dBですが、THS4521は-50dBです。

Ths4520vs4521

歪率は、スルーレート、信号の振幅でも変わってきますし、ゲインによっても変わってきます。Cosmo-Z Miniの歪率がこのグラフよりも悪いのは、回路の周囲の条件もわるいのでしょう。

一般的に、歪率は大きなゲインを大きな負帰還で抑え込めば下げられるはずですが、低消費電力のOPアンプには高い周波数で十分なゲインがないのでしょう。

sun

なんとか頑張って、OPアンプの周辺のコンデンサを外したり、帰還抵抗の値を変えて特性が良くなるようにしてみました。

Cszmini_f_kai

その結果、低消費電力のTHS4521を使った場合でも100MHz程度まではフラットな周波数特性が得られるようになりました。なんと、60dBも改善できたことになります。

THS4521はもともとバンド幅145MHzと書かれているので、無理すればこのくらいはできるようです。ただし、ノイズが増えたりひずみ率が悪くなったりしています。

上のグラフで青の線で描いているのは、参考用に出したCosmo-Z(THS4520)の特性です。LPFをかけているのでOPアンプの生の性能よりは速くゲインが落ちます。LPFを外せば200MHzくらいまではフラットになります。

sun

一概には言えませんが、OPアンプが良好な特性を保ったまま使えるのは、バンド幅の3~5分の1くらいなのでしょう。

電流はケチってはいけないということがよくわかりました。

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