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アナログ電子回路コミュニティサービス終了のお知らせ

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なお、コミュニティに掲載しているコンテンツは編集の上、アナログ・デバイセズ社のウェブサイトに随時掲載していく予定です。詳細は追って会員の皆様にお知らせいたします。

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β星
タイトル
USBオシロをADuM4160でPC側とアイソレートしたい。
ポイント []
pt.
アクセス6553
カテゴリーインターフェース&スイッチ
キーワード ADUm4160   PicoScope   PicoScope 2105   アイソレート   プローブ   Powered by Yahoo
投稿日時15/04/24 10:33
3年前には、お世話になりました。
また、お尋ねします。

PCにUSB接続するPicoScope 2105 を購入しました。
https://www.picotech.com/oscilloscope/2104-2105/picoscope-2104-2105-specifications

PC側とはアースラインを分離したいので、ADUm4160を介してPC接続しようとしています。
http://www.analog.com/jp/products/interface-isolation/isolation/standard-digital-isolators/adum4160.html

説明図を添付します。

図のような回路で、PicoScopeをADUm4160を介してPCに接続して、添付の表示ソフトで動作確認しています。

乾電池にプローブを当てて、波形を+側、-側に振れるのを確認しようといてますが、どういうわけか、+側に振れません。

PicoScopeを直接PC接続すると、当然ながら、+-両側に振れます。
何か難しい理由がありそうですが、素人の私でも処置できるでしょうか。

当面の利用目的から言えば、-側だけでも正確に測定できれば、逆極性にして使えばよいのですが、気味が悪いので、お尋ねします。

よろしくお願いします。
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β星 回答番号 25
タイトル
報告です。
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アクセス5091
投稿日時15/07/09 10:10

ほかの問題で苦労してました。
おそくなりましたが、イトウ電子製アイソレート基板がNGだった原因が分かりました。
回路内の3端子電源レギュレータ(LM2940)の電流容量不足と思われます。

▽正常動作の場合
・オシロスコープのUSBコネクタをPCに差し込むと、速度警告が表示されるが、デバイスは認識される。
・次に、オシロスコープを制御するソフトを起動すると、デバイスの「READY」ランプ(そんな名前ではないですが)点灯してオシロスコープの操作が可能になる。

▽上記基板「NG」の場合
・オシロスコープを制御するソフトを起動すると、「READY」ランプが点灯しなくて「USB接続エラー」が表示される。

▽観察
・上記起動時のADUM4160の電源端子(16Vピン)に印加されている電圧を観察してみると、上記ソフトを起動した直後に、電圧が一瞬(5msとか)3V位に低下してました。

▽実験(1)
・そこで、LM2940の出力端子(3ピン)とコモン間に、電源器から+5Vを直接印加してみたら、OKでした。
(3端子電源レギュレータの出力側が入力側より電圧が高くなると壊れる恐れがあること知ってます。)

▽実験(2)
・LM2940の入力端子(1ピン)とコモン間に、電源器から+12Vを印加してみたら、NGでした。

▽考察
・オシロスコープのデバイスが、起動時に瞬間的にLM2940の電流容量(1A)以上消費するので、その間電圧低下するのだと思います。
オシロスコープの仕様には、消費電流300mAと書いてあるので、起動時の一瞬だけ大電流が流れるようです。

これで自作回路でも安心して使えそうです。

#21
yoshiさん
>ACからの誘導によるノイズがあるかもしれませんが、
>それが、USBの信号線にコモンモードでノイズになっても、
>オシロが出力するデジタルデータが化けなければよいのではないでしょうか?
レス、漏らしてました。
オシロの測定対象は、人体皮膚の2点なんです。
オシロのプロープの+側と-側を同時に指でつまむと、本来なら指の間の電位差が表示されそうなもんですが、商用電源波形が表示されます。
そういうノイズを防止したいんです。

β星 回答番号 24
タイトル
AD215
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アクセス5368
投稿日時15/06/11 06:32
#23
使い方がよく分かりませんが、今度行き詰ったとき、思い出して参考にさせてもらいます。

IKUZO 回答番号 23
タイトル
参考までに
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アクセス5197
投稿日時15/06/08 10:10
デジタルアイソレーションということで、趣旨からはずれるかもしれませんが、AD215といったようなアナログ製品もあります、これだとUSBのタイミング等微妙な信号タイミングに依存しないと思いますが、少し高額になります

β星 回答番号 22
タイトル
紆余曲折ながら進展しています。
ポイント
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アクセス5448
投稿日時15/06/06 11:17
#21
re >ACラインについて
この話で当方の計画は変更になっていません。大丈夫です。

「製作中の測定装置はADUm4160でアイソレートする」という方針に変わりないです。
途中で2回ほど、私の勘違いで「ダメだった」と書き込んだりしましたが、
ADUm4160の自作回路では動作してますので、その線で進行しています。
(イトウ電子の回路がNGになる原因調査は後回しです。)

yoshi05 回答番号 21
タイトル
re >ACラインについて
ポイント
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アクセス5346
投稿日時15/06/05 12:58
もう終わった話かも・・その時は無視してください。
 
お話がよくわからなかったのです。
 
ACからの誘導によるノイズがあるかもしれませんが、
それが、USBの信号線にコモンモードでノイズになっても、
オシロが出力するデジタルデータが化けなければよいのではないでしょうか?
 

β星さんが、アイソレートしようとしていることは正しいと思います。PCがアイソレートされているとして、二重・三重にアイソレートとすることになっても、やるべきだと思います。
うまくいくよう応援します。
頑張ってください。

β星 回答番号 20
タイトル
>AC一次側ノイズフィルタのせいかも?
ポイント
pt.
アクセス5520
投稿日時15/06/05 06:45
#19
YandHさん、情報ありがとうございました。
以前から、PC内部のどこかでACラインとシャーシアース間とが、コンデンサーで接続されている気配を感じてましたが、そんな回路があるんですね。

>電池式のパソコン
装置の測定結果を印刷するためプリンタを接続します。
パソコンを電池動作させても、プリンタ側の漏洩電流が侵入してくるので、ダメなんです。

YandH 回答番号 19
タイトル
AC一次側ノイズフィルタのせいかも?
ポイント
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アクセス5395
投稿日時15/06/03 09:54
たとえばTDK-Lambdaの高周波対応インレットソケットタイプの仕様書を見ていただくとわかりますが、ACの一次側がコンデンサーでシャーシに接続される場合があります。ACの一次側とシャーシ間には電圧が出てくるはずです。ユーザの使用されているパソコンによって違うはずです。

これがいやならAC電源にアイソレーショントランスを使うとか、バッテリ式この場合は電池式のパソコンを使えばよいと思います。
仕様書は「TDK-Lambda 高周波対応インレットソケットタイプ」で検索すると見つかります。

β星 回答番号 18
タイトル
>パソコン本体の金属シャーシとの間の電圧
ポイント
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アクセス5385
投稿日時15/06/03 08:16
#16
delta15さん

いま当方事務所内の金属シャーシ製のディストップPC4台について、USBコネクタとシールドと、地面アース間との交流電圧を図ってみましたが、いずれも約50V(AC250Vレンジ)あります。

私は0Vの環境知りません。

その後のお話の意味は、よく分かりません。
ここで、私の装置の説明をするのは大変なので、前記コミュを見に来てください。

β星 回答番号 17
タイトル
>ACラインについて
ポイント
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アクセス5344
投稿日時15/06/03 08:04
#15
>IKUZOさんご推測のとおり、ダメそうです。
>やっと環境が整って、実験してみたんです
>が、ノイズ入ります。

先にこう書き込みましたが、間違いでした。
このノイズは、ACラインからでなく回路内で発生してました。
書き込み、取消します。

実は2年ほど前にも、別回路とADUm4160とで試作してました。そのときはノイズがひどくその方式やめてました。
その後の現行機種では、フォトカプラ使ってます。

現在開発中の改良版は、市販オシロスコープを利用します。USB接続できないと私には手に負えなくなります。

delta15 回答番号 16
タイトル
>パソコン本体の金属シャーシとの間の電圧
ポイント
pt.
アクセス5338
投稿日時15/06/02 16:27
パソコンUSBコネクタのGNDとシールドと、コンセントアース間の電圧を測定してみました
両方0Vでした

自分のデスクトップは、家庭用コンセントで使用しているので、アース線を接続してません。私の話がそちらの環境と違うみたいですね。

自分の話は、例を上げると、
自分は、PC-USB用の測定器はあります。それで、同じACから別のACアダプターでDCを作った検査機器があります。
同じACから別にDCを作っていることになるので、測定器と検査機器はアイソレートされています。
そのため、検査機器のGNDを測定器のGNDに接続に接続する普通の測定以外に、検査機器の特定の+電源を測定器のGNDに接続して、その+電源と特定信号間のノイズ測定なんてのもすることができます。
だからアース線を使ってなければアイソレートされているのと同じではと言ったわけですが、
そもそも環境が違う話のようですね

IKUZO 回答番号 15
タイトル
ACラインについて
ポイント
pt.
アクセス5238
投稿日時15/06/02 10:17
ADuM4160ですがACライン50Vノイズを十分遮蔽できますか?ADuM4160はトランス式なのでどうかと思いました、DC特性は1KV以上とかあるのでしょうけど、ACに関してはどうかと、私の間違いかもしれませんけど、フォトカプラの方が遮断効果はあるのではないかと思います、しかしフォトカプラでもソース側にアイソレート電源を持たなければならず、それが怪しくなるところですソース側(一時側)をいっそのことバッテリー駆動にしてフォトカプラでやればどうでしょうか、私も以前に心電計でPCに接続したときのACノイズには苦労しました、最近では無線機器ユニットが安価で入手出来るので、電池駆動にしてワイアーではなく無線でPCと通信してみてはいかがですか、きっと完全な解決策になるのではないでしょうか。

β星 回答番号 14
タイトル
>アイソレートする目的は何でしょうか
ポイント
pt.
アクセス5398
投稿日時15/06/02 09:20
パソコン内部の直流電源のグランド(シャーシ・アース)には、交流100V商用電源からの漏れ電流があります。

ご自分で測定してみるとよく分かります。
テスターの交流電圧計にして、地面に設置したアース線と、パソコン本体の金属シャーシ(金属でなければ、USBコネクタのシールド)との間の電圧を測定してみてください。
デスクトップパソコンの場合、50V前後あります。濡れた手で両方さわるとビリビリします。

私が製作中の装置は、人体皮膚に微量電圧をかけて電流測定するので、それがノイズになことと、関電防止のためです。

その方面の医用装置では、漏れ電流のない特別なトランスを使用するみたいです。
普段、Web上でそういう説明をよく見かけるんですが、いま探したら案外見つからないもんです。
詳細は何かで調べてください。

delta15 回答番号 13
タイトル
アイソレートする目的は何でしょうか
ポイント
pt.
アクセス5510
投稿日時15/06/01 16:22
お聞きしたいことがあります

アイソレートする目的は何でしょうか?
というのは、PCは、アイソレートされているじゃないですか。(アース線を使ってなければ、特にノートはほとんどアース線は無いし)
だから、PCとUSB接続はGND共通でも、PCまで含めば、他の機器とはアイソレートしていると思いますが。
それでは貴殿の用途で都合悪いのですか?


β星 回答番号 12
タイトル
間違いがいがあって再実験しました。
ポイント
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アクセス5483
投稿日時15/06/01 10:03
yoshi05さん
ご指摘の点が気になって再実験してたら、当方の大きな間違いに気が付きました。
PicoScopeは、表示ソフトこそ共通(みたい)ですが、ドライバが機種毎に違う(みたい)なのです。
1機種に限定して実験したら、自作基板がOKでした。

比較表添付します。
○印でも、例の速度警告表示がでますが、無視すれば動作します。
×印でも、USBコネクタデバイスが全く認識されない無反応な場合と、認識されても表示ソフトでエラー検知される場合とがあります。

自作基板とイトウ製基板の相違は、いずれ調査します。
一旦諦めていたんですが、おかげさまでなんとかなりそうです。

ありがとうございました。
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yoshi05 回答番号 11
タイトル
re: その後の実験結果
ポイント
pt.
アクセス5367
投稿日時15/05/31 12:07
表にすると添付のようになるのでしょうか。

Win7+β星さん作のボードだとどんな結果だったかきになりますが、たぶんイトー電子のとまったく同じ結果でしょうか。
結果的に出費をさせてしまったみたいで御免なさい。


状況をみると、ハードウェアじゃなくてソフトウェア(OSなのかドライバなのか、アプリなのかはさておき)に問題、というか違いがあるように思えます。
 
picoscope自体やアプリソフトはusb2.0の 480Mbps で動きたいのに アイソレータのところは 12Mbpsまでしか使えない作りなので、うまくいっていないのかな?と。

アプリに、usb1.1の装置だと認識させれば上手くいくかもしれないので、もし手元に古い usbハブがあれば、それを仲介してみると良いかもしれません。
1.1のハブが介在すれば 12Mbps でしか動けないと認識するでしょうから。・・・でも駄目もとです。

OS/ドライバに詳しい人なら、レジストリとかドライバソフトを設定することで回避する技をご存知かもしれませんね。

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β星 回答番号 10
タイトル
添付ファイルが抜けてしました。
ポイント
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アクセス5514
投稿日時15/05/31 11:15
再送です。
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β星 回答番号 9
タイトル
その後の実験結果の報告です。
ポイント
pt.
アクセス5589
投稿日時15/05/31 11:13
今まで、旧WindowsXP-PCと自作アイソレート回路で実験していました。
その環境では、動作開始時に、警告メッセージが表示されるものの、一応動作していました。

私の自作回路では、24Ω4個の抵抗を省略していたので、これが警告メッセージの原因かもしれないと思い、その後市販基板を購入して、再度実験しました。
しかし、旧WindowsXP-PCでしか動作せず、この計画断念しました。

詳細を報告します。

購入基板の回路図等添付します。

実験に使用した機器類

・USBオシロスコープ
 PicoScope 2105,2204A,4424 3機種
 Handtek DSO-2090 USB
 
・PC
WindowsXP(10年以上前のやつ)デスクトップ
Windows7(ハード本体は7年前やつ)デスクトップ
Windows7(2年前の新しいやつ)デスクトップ

・アイソレート回路(ADuM4160使用)
 イトウ電子製基板
 http://it-densi.ocnk.net/product/150
 
・実験結果
 PicoScope 2105 or 2204A + WindowsXP アイソレート回路なし直結 … OK
 PicoScope 2105 or 2204A + WindowsXP + アイソレート回路(ジャンパ接続[HIGH])で接続 … 警告(*1)が出るものの警告を無視すれぱ動作する。
 PicoScope 2105 or 2204A + WindowsXP + アイソレート回路(ジャンパ接続[LOW)で接続 … NG。PCがPicoScopeを認識しない。
 
 PicoScope 2105 or 2204A or 4424 + Windows7 アイソレート回路なし直結 … OK
 PicoScope 2105 or 2204A or 4424 + Windows7 アイソレート回路(ジャンパ接続[HIGH])で接続 … 警告(*1)が出る。オシロスコープソフトがPicoScopeを認識しない。
 PicoScope 2105 or 2204A or 4424 + Windows7 アイソレート回路(ジャンパ接続[LOW])で接続 … NG。PCがPicoScopeを認識しない。
 
 Handtek DSO-2090 USB + Windows7 アイソレート回路なし直結 … OK
 Handtek DSO-2090 USB + Windows7 アイソレート回路(ジャンパ接続[HIGH] or [LOW]) … NG。PCがDSO-2090を認識しない。
 

*1:「他のポートを使えば高速動作します」という意味だが、他のUSBコネクタに差し替えても何も変わらない。

分かったこと。
・PicoScope 2105の内部回路の故障ではない。
・アイソレート回路の24Ω抵抗が問題ではない。
・他社製オシロスコープでも、アイソレートできないので、未知の理由がありそう。

以上報告です。
ところで、(ADuM4160のメーカが、こちらのBBSの運営者のようですが、本件についてメーカからコメントは戴けないでしようか。

β星 回答番号 8
タイトル
PicoScopeは他の機種でも同様です。
ポイント
pt.
アクセス5608
投稿日時15/05/27 06:34
yoshi05さん
書き込み#7、今頃見ました。すみません。

当方PS-2105のほかに、PS-4424という機種も持ってますが、テスターで導通テストすると、やはりシールドとグランドラインは分離してます。

Hantek DSO-2090 USB という他社機種も持ってますが、これは、上記2つのラインは絶縁されてました。
いろんな回路方式あるんですね。

>単に直結するのはアナログ系(測定信号)にノイズを増やしてしまうのかもしれない・・と思いました。

普通2つのラインは、PC本体の中で直結してますが、アイソレータ回路追加したら、その回路で直結しないと動作しないので、しょうがいないです。

>部室には FT-400Sとかがあって、FT-101の全盛期。
私ハムマニアではないからか、残念ですが、その型番なんのことか分かりません。

いろいろありがとうございました。


yoshi05 回答番号 7
タイトル
GND分離?
ポイント
pt.
アクセス5620
投稿日時15/05/09 13:52
ひょっとしたら・・ という位で、見当はずれかもしれませんが・

PicoScope の設計はデジタルグラウンドとアナロググランドを分離することを狙っていて、
単に直結するのはアナログ系(測定信号)にノイズを増やしてしまうのかもしれない・・と思いました。

その上でですが・・
http://www.zuken.co.jp/club_Z/z/analog/009/ana_110421_1.html

の下のほうの図のように「ショットキーダイオード」で AGND と DGND を接続しているのだけれど、
このひとつが外れてしまっていて、
その結果、β星さんがテスターで推定したような状態になっているのかも。
つまり・・、PicoScopeが、実は壊れているのだけれど、USBケーブルを普通につなぐと普通に動いてしまうので、故障と気がつかれない状態になっている・・かも。

この推察があたっていても、大抵の使い方には支障ないでしょうけれど・・
「なんだかノイズが多い気がする」というようなことがあったら、思い出してください。
 
ps.
私はハムでしたので「退治されてたまるか」と一瞬思ってしまいました。
部室には FT-400Sとかがあって、FT-101の全盛期。

β星 回答番号 6
タイトル
シールド線が動作に必須だったんですね。
ポイント
pt.
アクセス5504
投稿日時15/04/30 17:25
yoshi05さん、レスありがとうございます。

シールド線は、オーディオでいえば、"ハム"ノイズの防止程度の意味でつけてるものだと思ってました。

昔高校時代、真空管アンプで"ハム"退治してました。
そんな世代です。
今も趣味でやってるので、知らないのは私だけかと思ったりしたもので・・・。
この趣味がビジネスになる日はまだまだ先のようです。

>考えている台数や使用条件によるでしょうけれど、
(24Ωの)抵抗はあったほうが安定すると思います。

そう思いました。ちゃんと作る時は付けます。

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