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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

平素はアナログ電子回路コミュニティをご愛顧いただき誠にありがとうございます。

この度、アナログ電子回路コミュニティは2018年3月末日をもってサービスを終了することとなりました。それに伴いまして、本サービスへの新規会員登録は2月末日をもって締切りといたします。約10年という大変長い間、たくさんの皆様にコミュニティをご利用いただきましたこと、深く感謝申し上げます。

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。

今後ともEDN Japanをご愛顧くださいますようお願い申し上げます。


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NAKA
タイトル
差動入力計装アンプのGain調整
ポイント []
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アクセス1292
カテゴリーアンプ&コンパレータ
キーワード 後段   センシング   差動入力計装アンプ   計8倍パターン④前段   計8倍パターン③前段   Powered by Yahoo
投稿日時17/07/21 10:44
こんにちは!NAKAといいます。

添付のような構成にした、差動入力アンプにおいて前段でも後段でも増幅できますが、どちらで増幅したほうがより高精度なセンシングができるのでしょうか?
★例えば
①前段で8倍、後段で1倍、計8倍パターン
②前段で1倍、後段で8倍、計8倍パターン
③前段で4倍、後段で2倍、計8倍パターン
④前段で2倍、後段で4倍、計8倍パターン
全てGainは8倍ですがそれぞれになにか特徴はあるのでしょうか?

NAKA_METALは前段で増幅した方が良いのでは?と思っていますが(ちっちゃな信号を後段で増幅しても・・・・という感覚)

よろしくお願いします。

P.S.
熱くてへばってます。2週連続東京出張&有休....会社の方が涼しい......汗。
また、セミナー名古屋飛ばしですね!!残念!!!
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IKUZO 回答番号 14
タイトル
ロームのOPアンプ
ポイント
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アクセス554
投稿日時17/09/14 15:43
yoshi05さんNAKAさん こんにちは、ロームのOPアンプですが少し見てみましたが、私も興味がありましたので、このOPアンプ、電源端子にノイズフィルターが入っているもののようですね、確かにIC内部にデカップコンデンサー等入れると最短で配線されて電源ノイズをキャンセルするには良いのでしょうね、目の付け所で新商品に繋がったのでしょうね、ただ信号ラインのノイズについては、他の対策が必要ですね。

NAKA 回答番号 13
タイトル
ノイズと信号の境目ってなんなんだろう?
ポイント
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アクセス611
投稿日時17/09/14 15:27
yoshi05さま、いつもありがとうございます。なんか個人メールのやり取りみたいになっちゃてますね!.......(笑)管理人さまに怒られないかな?

スペックとか見たりしましたが、ん~って感じです。汎用の分類の中でローノイズ(ノーノイズ?)って感じでしょうか?また特に高精度だったり、高速だったり、低消費電力に特化しないといけないとかいろいろ事情もありますよね!
扱ってる信号がノイズなのか信号なのかわからないレベルだったらどうなんだろうとか思っちゃいます。

最近なんかお気に入りが、ADIさまに加えてJRCさまのデバイスです。なんか対応がいい!JAPANクオリティだし......違うかな?(笑)

yoshi05 回答番号 12
タイトル
ADIじゃなくてロームですが、
ポイント
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アクセス601
投稿日時17/09/13 21:41
なんかすごい発表。

車のECUで使うオペアンプで「ノイズを考えなくていい」なんて、うっそーって思います。
NAKAさんのご感想は?
 
--
世界初※、ノイズ設計フリーの車載オペアンプ
・・

「センサなど微小な信号を出力するデバイスの後段に設置することで、ノイズの影響を受けずに信号増幅できるため、・・」
--
と書いています。調べたくなったでしょ・・っね。
 
#ロームのホームページ http://www.rohm.co.jp/ の「ニュース」から。

NAKA 回答番号 11
タイトル
数式で夜も眠れない
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アクセス831
投稿日時17/08/29 17:27
yoshi05先生 NAKAです。

いつも有用な情報ありがとうございます。
早速読みました。あまり理解出来てませんが、A/Dの前段のアンプによりA/Dの性能以上の精度検出ができる的な?
32bitA/DのAD7177すごいですね!

NAKAはPGA付24bitADを使ってますが、

有効ビット(ENOB)を考えてみると、どこかでENOB=(SNDR-1.76)/6.02 とあったので
SNDR(=SINAD)[dB]を元とすると使用しているA/Dのデータシートより
SNDR=typ85[dB](GSET1=1, GSET2=1, fIN=50Hz ノーマル・モード,Pin=-1dBFS)
とあるのでENOB=(85-1.76)/6.02 = 13.8bit
OSR=2048の時log2(2048/64)=5なので13.8+5=18.8bit
19bitだとして入力FS 1.8[V]~0.2[V]の1.6[V]なので分解能LSB=1.6/(2^19)=3.05[μV]
条件:GSET1=8, GSET2=4, fIN=50Hz ノーマル・モード,Pin=-1dBFSだと、SNDR=typ80[dB]
となりますがPGAで8×4=32倍となっているので
ENOB=(80-1.76)/6.02 = 12.99bit+5≒18bit
分解能LSB=1.6/32×(2^18)=0.19[μV]?。
A/D前のアンプでゲインを上げたほうがSNDRが落ち有効ビットは落ちますが、精度は上がる?ってことなのかな?

数式を見てると「このノイズで夜も眠れない」でなくて「この数式で夜も眠れない」NAKAでした..........汗)

yoshi05 回答番号 10
タイトル
RAQ. 138
ポイント
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アクセス813
投稿日時17/08/29 12:39
アナログ・デバイセズのRAQ の
「Issue 138 このノイズで夜も眠れない」

NAKAさんに有用かもしれません
・・もう読んでたらごめんなさい。
----
現在 IC に使用できる最も高感度の ADC は AD7177-2 で、これは5 SPS で 200 nV p-p です。しかし、ある程度のゲインを ADC の前に追加することで、これよりも良い値を得ることができます。

AD797のノイズ仕様は、 0.1 Hz ~ 10 Hz で 50 nV p-p ( 8 n Vrms )です。最小ノイズの計装アンプであるAD8428 では 、 40 nV p-p ( 7 nV rms )に過ぎません。
---

yoshi05 回答番号 9
タイトル
31分
ポイント
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アクセス1031
投稿日時17/07/24 21:51
IKUZOさんがコメントすると思っていたのですが、
 
日本語でしたら

オペアンプ大全 第三部一章に
計装アンプの直流誤差とノイズの原因

という節が・・

#ダジャレに気がついて頂けますよネ。

NAKA 回答番号 8
タイトル
みなさんありがとうございます!!
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アクセス1117
投稿日時17/07/24 09:46
やすいさま
yoshi05先生
リカルドさま
IKUZOさま
hirocyan-sanさま

ありがとう&おはようございます。NAKAです。
レジスタ設定でGAINを調整できるPGA(プログラマブルゲインアンプ)のパラメータとしてGset1とGset2がありました。内部についての詳細はわかりませんが、みなさまのアドバイスを参考にさせていただきGset1の調整より進めたいと思いました!!

P.S.
TOEIC400点のNAKA_METALは31分あたりには夢の中でした!...汗)
また、
【ゲインが増大すると、出力ノイズ成分はゲイン係数だけスケール・ダウンされ、全入力換算ノイズが低下します。】
っていうことは、例えばI/V変換のセンシング抵抗の値を下げて、ゲインを上げた方が換算ノイズが低下する?以前質問させていただいたPTrの速度向上のためIcを増やすという件とあわせると、珍しく願ったり叶ったりなんですけど。



hirocyan-san 回答番号 7
タイトル
計装アンプのセオリー通りで良いのでは?
ポイント
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アクセス1133
投稿日時17/07/23 06:04
NAKAさんへ
 ひろちゃん3号 こと "hirocyan-san" です。

 計装アンプの基本は非反転入力信号と反転入力信号を、それぞれ非反転アンプで受け、入力信号をバッファリングした後に後段の差動アンプで同相信号をキャンセルする考え方です。

 上下の非反転アンプのバランスを向上させるため少し妙な受け方をしていますがこれはバランスを保つために真ん中のゲイン調整用の抵抗(RG)を共用しているからです。
 ちなみにこのRGをOPENにしてみると2組のボルテージフォロワーそのものであることが分かります。
 そして、この対称の非反転アンプに同相信号を入力すると両アンプの出力は等しくなり、RGには電流が流れません。つまりOPENと同じですから同相信号の場合はゲインは常に1で動作していることになります。 (差動成分はそれぞれ増幅されます)

 信号線に重畳されるノイズは信号の同相成分として入力されるので、CMRR(同相除去比)が大きい程ノイズ成分は除去されます。

>【質問】
>①入力段(GSET1)と次段(G SET2)どちらでGAINを上げたほうが高精度なのでしょうか?(S/N性能が良い?)

 このように考えてくると、CMRRを向上させるには後段の入力は大きな信号の方が好ましいので、当然初段にゲインを持たせます。後段は同相信号のキャンセルが目的ですからゲイン1でOKです。


>②入力段(GSET1)と次段(G SET2)でGAIN上げるのにどんな特徴(メリット・デメリット)があるのでしょうか?

 入力段と後段の動作は上記の通りですが、初段にゲインを持たすと初段アンプの飽和に注意が必要です
 同相成分+ゲイン×(差動成分) が初段の出力電圧ですから同相成分が大きい場合は同相成分で飽和しますのであまりゲインを上げることができません。

 逆に初段のゲインを1にするとレベルの低いまま後段で同相信号をキャンセルすることになりますのでCMRRが上がりません。

yoshi05 回答番号 6
タイトル
えと・・
ポイント
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アクセス1145
投稿日時17/07/22 15:30
 NAKAさんの PDFは回路図じゃなくて、
 考えていることをバサーと、
 あらましで書いたのだとおもいます。
 x4, x2というのも、実際じゃなくて、
 お話しやすいように出した数字かと。

お仕事がらみなので、いろいろご事情はあるでしょう。
  
#そんな中で、なんとかヒントを考えている私って・・
 
ps.
  以前、LiPo の充放電でコストダウン回路を検討されていたとおもいます。
ダイソーで売られている「300yenモバイルバッテリー」の分解記事を見かけて、びっくりしました。
 http://d.hatena.ne.jp/wakwak_koba/20170603
  
真似しようとかは、よもや思わないと思いますが・・




IKUZO 回答番号 5
タイトル
すごい回路ですね
ポイント
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アクセス1279
投稿日時17/07/22 12:14
すごい回路ですね、これなら万全ですね、車用で信頼性が必要なんですか、口を出しましたが、こんな高度な回路は初めてです。

リカルド 回答番号 4
タイトル
8倍だったら、1段で済むと思います。
ポイント
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アクセス1220
投稿日時17/07/21 23:39
 8倍だったら、1段で済むと思います。

yoshi05 回答番号 3
タイトル
ADIの資料
ポイント
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アクセス1210
投稿日時17/07/21 23:36
http://www.analog.com/jp/education/education-library/webcasts/noise-analysis-in-precision-analog-designs.html

あたまから、31分あたりで・・
(systems with gain)
"What is the best gain to take "

という記述があります。

http://www.analog.com/media/jp/technical-documentation/application-notes/AN-1264_jp.pdf|

「図 3 からは、ノイズが使用ゲインに影響されていることもわかります。計装アンプは、入力と出力の両方にノイズ成分があります。

ゲインが増大すると、出力ノイズ成分はゲイン係数だけスケール・ダウンされ、全入力換算ノイズが低下します。」

だそうです。

http://www.analog.com/jp/analog-dialogue/raqs/raq-issue-110.html

#面白いのでおまけ

やすい 回答番号 2
タイトル
ところで・・・
ポイント
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アクセス1195
投稿日時17/07/21 22:37
PDFの回路ってうまく動くのでしょうか?
1段目が、うまく動作しないような気がしていますが・・・

やすい 回答番号 1
タイトル
多段増幅回路
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アクセス1206
投稿日時17/07/21 22:14
「高精度」というのが具体的にどのような性能を指しているかによっても変わってきますが、おそらくはDCオフセットや雑音が小さいということを指しているのだと思いますのでその前提で回答させてもらいます(高速信号の波形を忠実に増幅したい、などの場合はやや状況が変わってきます)。

基本的にはお察しの通り、前段のアンプにDCオフセットや雑音のできる限り小さいアンプを使って、なるべく1段目で一気に増幅するのが基本です。これは差動アンプに限らず一般的な増幅全般にあてはまります。各段のゲインとノイズがトータルでどう影響するかは計算で出せるのですが、ちょっと調べてみた限りでは簡単な資料が見つかりません。もし見つけたら後で貼ります。

例に挙げているケースについてコメントしますと・・・

1.前段で1倍、後段で8倍、計8倍パターン
→これは雑音やDCオフセットの面では全く意味がありません。が、特殊なケースではこのような構成にせざるを得ない場合もあります

2.前段で8倍、後段で1倍、計8倍パターン
→雑音やDCオフセットの面ではこれが理想です。2段目は1倍なので一見、意味がありませんが、例えば1段目の出力駆動能力が低いので2段目をバッファとして使うなどというケース(結構あり得る)では意味をなします。この例では後段のADCを駆動するため2段目が必要ですね。また、1段目のゲインが高いので、その分1段目にはゲイン帯域幅積の高いアンプが必要となるなど、場合によってはこの構成がうまく設計できない場合があります。

3.前段で4倍、後段で2倍、計8倍パターン
4.前段で2倍、後段で4倍、計8倍パターン
→2.がうまい具合に設計できない場合にはこのような構成にすることも結構あります。初段に加えて、2段目にも割と低雑音で低オフセットなアンプが必要となると思います(1段目ほど条件は厳しくありません)。1段目と2段目のゲインに大きな差が無いため、一般的には1.や2.より広帯域のものが作りやすいと思います。

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