桜に幕

いや。幕はないんですけど・・・




今回は本当に桜。

なんの花?

今日は桜の花の写真を載せようと思っていたのですが、他にもきれいな花が咲いていたのでそちらを。




これなんの花?学がなくていかんね。

ハイサイド電流計測回路 その6

もはや完全にハイサイド電流モニタとは関係なくなってしまいますが、その2その5で扱ったローサイドモニタをPICでA/D変換するときの基準電圧源のおなはしです。

ローサイド電流計測回路の出力電圧は、GNDではなくVCC基準になります。したがって、A/D変換のための基準電圧もVCCに対して安定な電圧を出力する回路が必要です。




TL431と抵抗を入れ替えてVCC基準にしただけの回路ですけど、なんとなく違和感を感じますね。
違和感を感じるのはどうやら私だけではないようで、TL431の製造メーカであるテキサス・インスツルメンツの半導体FAQ電源関連のページにもTL431は負電源に使用可能ですか?TL431を使用して負電源を設計しようと考えておりますが、Vo=Vrefとして使用する場合はTL431のCATHODE(K)端子とREF(Vref)端子を接続する事で可能とデータブックに記載されていますが、Vo=-Vrefとして使用する事は可能でしょうか?といった質問に関する回答があります。

余談ですけど、8ピンPICってA/D変換の基準電圧入力はVref+しかないんですね。
下の図は、PIC12F683のA/D変換回路のブロック図です。VrefがVDDとの切り替えになっているということはそういうことですよね。




更なる余談ですけど、TL431よりもA/D変換に向いたシャントレギュレータを紹介しておきます。
ナショナルセミコンダクタLM4040です。

4.096V出力のLM4040CIM3-4.1が秋葉原の鈴商の店頭で購入できます。5個入りで\250でした。
DIPの74シリーズの棚の上の棚にあります。

なにがA/D変換に向いているのかというとその出力電圧です。
PIC16F88のA/D変換は10bit(1024段階)の分解能を持ちますが、PICに限らずA/D変換の出力は2のN乗段階です。ここで基準電圧が4.096Vだと1LSBあたりの電圧がきれいな値になります。例えば10bitの時には1LSBあたり4mVです。こうすることによってソフトウェアで算術演算を簡略化できます。

ただしパッケージはSOT-23、要するにフラットパッケージです。とはいっても、2ピンのデバイスなので2.54mmピッチのユニバーサル基板に半田付けできます。

そろそろ桜の季節

少し気が早いかもしれないですけど、もうじき桜の咲く季節ですね。




というわけで、桜のつぼみです。咲いたらその写真も載せたいですね。

ところで、春といえば卒業の季節。昨日大学はサークルのメンバーで、大学を離れる人を送るような感じの趣旨の会をやりました。僕らの代のメンバーも久しぶりに集まったので懐かしかったです。
でも、もうしばらく会うことの無い人たちもいるんだろうなぁ・・・

ハイサイド電流計測回路 その5

途中に初版(?)から修正した部分があります。てか、間違いがあまりにもひどかったです。でも、じゃあ正しくはどうなのかと聞かれると良く分かりません。本当にごめんなさい。

タイトルに偽りあり、実はローサイド電流計測回路の話です。ローサイド側の話を書くなら最初からシリーズ名を「電流計測回路」にすればよかった・・・

ハイサイド電流計測回路 その2のシミュレーション結果です。






黄緑が出力電圧、青が理論値です。

ところで、ローサイドの電流を計測するのなら下記のような普通の差動増幅回路でよいのではないでしょうか。どのような場合に、上記のようなI-V変換方式を使うのでしょう。






それはI-V変換方式の電流モニタの方が普通の差動増幅回路よりもCMRRに優れているからです。

CMRRとはCommon Mode Rejection Rateの頭文字をとったもので日本語に訳すと同相電圧除去比となります。人によってはCMRと略すこともあります。CMRRは差動ゲイン(Differential Mode Gain)と同相ゲイン(Common Mode Gain)の比で表されます。差動ゲインをAvd、同相ゲインをAvcとおくと、以下の式になります。

CMRR = Avd/Avc

ただし、多くの場合CMRRはdB表記でかかれます。また、この定義とは逆にCMRR=Avc/Avdとすることもあります。分母と分子を入れ替えただけですので、文脈からどちらの定義で書かれているのか読み取る必要があります。

差動ゲイン・同相ゲインとは、アンプへの入力信号を差動信号と同相信号に分けて考えたときにそれぞれに対応するゲインのことです。
例えば上記の差動増幅回路で、差動ゲインに対応する差動信号源をVd、同相ゲインに対応する同相信号源をVcとおくと以下のようになります。






差動信号は差動増幅回路において実際に増幅したい信号であり、同相信号は増幅したい信号の両方の端子に共通して乗るノイズであると考えると理解しやすいでしょう。
したがって、差動ゲインというのはいわゆる差動増幅回路の普通のゲインのことであり、同相ゲインとは理想的にはゼロなので普通は考えないということになります。

この辺の話は簡単に書いたのでピンと来ない人も多いかと思います。差動増幅回路とCMRRの関係についてはADMのマッチィ先生の楽しい勉強会のなかの第8回 差動アンプの基礎知識:(PDF,178KB)第19回 差動アンプ回路をマスターする:(PDF,284KB)に詳しく、かつ、分かりやすく解説されています。一読をオススメします。

CMRR悪化の原因は、差動ゲインが減少する場合と同相ゲインが増加する場合の二つがあります。
差動ゲインについて考えると、OPアンプを用いた増幅回路のCMRRは差動ゲインに比例します。したがって、負帰還をかけて利得を制限すると確実にOPアンプ単体のものよりCMRRが悪化します。
また、OPアンプの利得は周波数に従って減少するので、CMRRも周波数に比例して悪化する周波数特性を持ちます。OPアンプのデータシートにはパラメータとしてCMRRが記述されていますが、特記されていない限りCMRRは直流での値です。
しかし、OPアンプ単体ではなく増幅回路全体のCMRRを考える場合は、OPアンプの特性よりも抵抗のアンバランスのほうが問題になります。

LTspiceで直接CMRRを求める方法を私は知りません。
しかし、CMRRの低下の要因のうち支配的であるのは抵抗誤差による同相ゲインの増加であるという仮定の下で、同相ゲインの周波数特性をシミュレーションしてみることとします。

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3月30日追記
まず、この時点でおかしいです。CMRRの低下要因のうち最大のものが抵抗誤差によるものなら周波数依存性は無いはず。でもシミュレータではそうでもないですね・・・。
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上記のシミュレーションは、差動信号が0Vで同相信号を周波数スイープしたときのゲイン-周波数特性をプロットしたものです。抵抗は、炭素皮膜の誤差5%を想定してモンテカルロ解析を行いました。
もっとも特性が良好なものはDC領域で-80dB程度の同相ゲインにとどまっていますが、悪いものでは-20dB程度です。

一方で、I-V変換方式の電流モニタに関して同様のシミュレーションを行った結果が以下のとおり。差動増幅回路と比較して格段に低い同相ゲインとなっているのが分かります。






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追記
ちょっとまった!最後のシミュレーションは間違ってる気がしてきた。






こうじゃね?ごめん眠い。そしてあんまり考えてる余裕がない。
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3月30日追記
そしてさらにおかしい。まず抵抗誤差が1%に改善されているのは明らかにずるい。比較にならない。ということで、5%のものにしたものが以下。もっとも、この回路の売りは抵抗誤差によるCMRR低下が無いというところなんですが・・・






しかし、そもそもこの方法が本当に電流モニタの同相ゲインの推定になるのかは怪しい気がしてきました。かといって実機で確認するような計測器も時間も気力もありませんけど。

というわけなので、あまり真に受けないでください。特にこの文章は。

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シミュレーションで利用したマクロモデルは以下のとおり。
NJM2119 - 新日本無線
2SC1815 - 数理設計研究所

学生証が・・・

おとといの話になるのですが、大学の図書館に入ろうと思ってICタグつきの学生証をカードリーダーにかざしたのに反応が無かったんですよ。
これは参った。仕方ないから図書館の職員の方に事情を説明したんです。

「学生証をかざしても入れないんですが。」
「有効期限は?」
「今年の3月31日までのはずなんですが。」
「本当だ。切れてませんね。でも、臨時入管所を書けば入れますよ。」

というわけで、その場は事なきを得ました。
実を言うと、私は留年をしておりまして教務課に学生証の更新手続きをしているところなんです。この手続きをしている人はひょっとすると、教務課に学生証の効果がきられてしまったかもしれないとのこと。

「前にもこういう方がいたんですよ~」

そこで教務課へGo。

「学生証の期限が切れるんですが、いつ新しいのが発行されますでしょうか?」
「更新手続きはしましたか?」
「はい。」
「では、4月の7日以降に受け取れます。」
「今日すでに図書館に入れなかったんですが・・・」
「いま、担当のものを呼びますので・・・」

「えぇ?そうですか。期限を切ってしまっているということは多分無いと思います。ICカードが壊れてるとしか考えられないなぁ。」
「はぁ。」

というわけで、今私は4月7日まで学生証のICカードが使えない・・・
会話の文章はうろ覚えなので正確ではないです。

でも冷静に考えると、ICカードが壊れたわけでもなく何か手続き上のミスが無かったとしても有効期限が3月31日までの学生証の更新されたものが手に入るのが4月7日っておかしくないっすか?留年する馬鹿がいけないんすか。そっすね。

ハイサイド電流計測回路 その4

denshiyorimichiさんのブログ電子工作、エレクトロニクスの寄り道逆単電源OPアンプ?という記事があります。

同相入力電圧範囲にV+(正電源の電圧)を含むのでそのように名づけたということですが、出力電圧範囲もV+まで振れないとあまり使い道が思いつかないと思っていたのですが、前回のハイサイド電流計測回路 その3の最後のほうで上記の回路は作ると確実に1回路を無駄にするというおまけ付き。と書いたところで思いつきました。

そうだ!あまったOPアンプを有効利用すればいいんだ!






構成はハイサイド電流計測回路 その1と全く同じです。

前述のとおり、TL072等の一部のJ-FET入力OPアンプは少なくとも標準値では正の電源電圧いっぱいまで入力を受けることが出来ます。




最悪値はかなり低いので個体差から無理かもしれませんが。

前回までののV-I変換回路方式の電流モニタは入出力ともにV+まで振れる必要がありました。
出力側がV+まで振れる必要があるのは、PNPトランジスタを利用するとベース電圧が正電源電圧V+からR1の両端の電圧降下とトランジスタのベース-エミッタ間電圧(Vbe≒0.6V)を引いた値となり、R1の電圧降下もVbeも検出する電流の値が小さいときはほとんどゼロになってしまうからです。

そこで、これを直接OPアンプでドライブせずにトランジスタともうひとつのOPアンプでレベルシフトをしようと考えたのが上の回路です。

・・・が。

この回路・・・実際に組んだら、まともに動かないような気がします。

シミュレーションにはLTSpiceを使いました。
TL072のデータシートおよびSPICEモデルはテキサスインスツルメンツの物を利用しました。

バナナケーキ

バナナケーキ作りました。味はどうかな・・・



ハイサイド電流計測回路 その3

今日は簡単なシミュレーションと結果だけ。

ハイサイド電流計測回路 その1と全く同じ形をした回路ですが、OPアンプとトランジスタを具体的なものにしてみました。






OPアンプは入出力レールtoレールのOPA2340としました。Texas Instrumentsのものが若松通商の本店(駅から遠いほう)で購入できました。税込み409円です。
トランジスタは2SA1015です。
誤差はトランジスタのベース電流が主な原因です。hFEの高いトランジスタを使えば誤差が小さくなります。

OPA2340オススメ。といいたいところなんですけど、まだ現実の回路を組んでないのでなんとも。
そしてOPA2340は2回路入りなんですが、上記の回路は作ると確実に1回路を無駄にするというおまけ付き。

俺のターン!

ぜんぜん気が付かなかったのですが、Yahoo!blogにもyoutube動画が貼れるんですね。





とまぁ、本当に言いたかったターンは「ずっと俺のターン」ではないのです。
というわけでそろそろ本当に俺のターン!

ターンはターンでもハッピーターンというお菓子なんですが、こんな包み紙を発見しました。




幻の包み紙●すっごーい!この包み紙を見つけたあなたはとってもミラクル!たった今から人生ばら色!金運、恋愛運、勉強運…何もかもすべて上昇するでしょう。早速いろんなことにアタックして新しい自分に酔いしれよう!

・・・(゚д゚ )
・・・(゚д゚ )
・・・(゚д゚ )
・・・( ゚д゚ )

それはともかく、本日・・・じゃなくて昨日は、前期日程の入試の合格発表日だったようです。




微妙な時間に行ったので人は少なめですが・・・ハッピーターンの包み紙もこういう人たちのところへ行けばよいのに。

Comoesta会

2008年3月8日にComoesta会がありました。詳しくはひつじさんのブログでw

パフェが・・・




写真では大きさがよく分からないかと思いますが、とてもでっかいパフェが4つも。
帰りの電車の中でキノピーが鼻血を出してました。曰く「血糖値があがった」だそうです。
さもありなん。

終電を逃した寺井君がうちにお泊りでした。が、私の眠さが限界だったのでとくにお構いもせずに寝てしまってすみません。

二次会にも行きたかったんですけどね~。

俺のモノは俺のモノ、

「お前のモノも俺のモノ。」
 そんな無茶苦茶な。

「お前のモノはお前のモノ。」
 当たり前じゃないか。

「俺のモノはお前のモノ。」
 いらないよ。

「お前のモノも俺のモノ。だからお前の悩みも俺のモノだ。」
 コレはキレイなジャイアン

「だが本当に、この世界に自分だけのものだと言い切れるものなど存在するのだろうか?」
 あなたがあなたのものだとおもっているそれ。けれどあなたが思うことと対等以上のなにか。これって何かに似てる?

「お前のモノは俺のモノ。」
 それって、愛の告白?

PSoCマイコン・トレーニング・キット・・・やっと届いた

書店に注文しておいたPSoCのキット本がやっと届きました。




いくらなんでも待ちに待ってもう・・・でも、あんまりのんびり読んでる時間がなさそう。
てか、時間が無い。時間だけじゃなくて自分自身の処理能力が無い。なさけない。

そういえば最近、妙にコメントスパムが多い。どのくらい多いかは最新記事一覧の一番上にスパムログというのがあると思うのでそれをみてもらいたい。ここ数日で削除したコメントの投稿日時とハンドルネームを一覧にしてある。

OPアンプ付きPIC:PIC16F785

次こそは超音波距離計の第四回だと期待して待っていた方、ごめんなさい・・・ってそんな人いないか。
単純に書いてて訳が分からなくなってしまっただけです(笑)

それはともかく、ここ数日で秋月電子通商のPICマイコンの品揃えが一気に増えましたね。しかもPIC12/16Fばかり。
私は8ピンPICはPIC12F683が、18ピン前後にはPIC16F88があれば十分。
だから気になるのは28/40ピンのPIC16F886/887程度。しかもあまり足の多いのは使わないなぁ~

と、思っていたのですが少し変わったのがいますね。


特徴的なのは以下の二つ
・OPアンプ内蔵
・2相PWM

データシートのブロック図を眺める限りこの両方を組み合わせると面白いことになるようですが、今日はもう眠いのでOPアンプのスペックだけを追いかけてみることにします。

【特徴】
・2つの独立したOPアンプ
・すべての端子が外部に引き出されている
・GB積は3MHz

【ブロック図】



【電気的特性】



めぼしいところを抜粋
・入力オフセット電圧:5mV(typ)
・入力バイアス電流:2nA(typ)
・同相入力電圧範囲:0~Vdd-1.4V
・出力電圧範囲:50mV~Vdd-50mV
・GB積:3MHz(typ)
・スルーレート:2V/us(min)

印象としては、特に速いわけでも高精度なわけでもない。特徴的なのは単電源OPアンプであること、出力電圧範囲が広いことと入力バイアス電流が小さいということ。CMOS OPアンプらしい感じ。比較的似ているのはLMC662あたりか。ちょっとオフセットが大きいけど。

さほどゲインの大きくないA/D変換のプリアンプとかにはよい感じ。PICの使い方としてはその辺が正しいと思う。

郵便受けによせて

私の棲み処には郵便受けがある。郵便受けはどこにでもある。

郵便が受けなら、攻めは何であるか。そのような問いは無意味だ。おそらく10年以上前に決着が付いているであろう。その道の最先端に座する人々には物事のすべてが受けに見えてくるということである。それでは議論の余地などひとつも残らない。恐ろしい話だ。いわゆる先端恐怖症というものである。

とまれ、私の棲み処には郵便受けがある。私の棲み処だけではない。私の大家さんのうちにもある。近所のアパートにも軒並み設置されている。文字通り軒並み設置されている。
さもありなん。郵便物が届くあてのあるところに郵便受けがあるのは必然であると思う。私には郵便物が届くあてがある。主に実家とかだが、多くの人にとって郵便物が届くあてというのはもっともっと多いであろう。郵便物が届くということは最低限文化的な生活の条件として憲法で保障されてもいいのではないか、いや、本当に保障されているかいないのかは知らないが。とにかく郵便物が届くということは、文化的生活において基礎的なことである。ゆえに郵便受けはそこにある。どこにでもある。

ところで、郵便受けと切っても切れない関係にあるものといえば広告である。文化的活動の一環とはいえ、不要な広告は迷惑以外の何者でもない。言うなれば負の文化的活動、ネガティブ・カルチュアル・アクティビティだ。如何にノイズが大きいとはいえシグナルを検出しなければならない必然性を持っている以上目を通さないわけには行かない。ここで言う必然性とは、文化的生活を送らなければならないというある種の強迫観念である。だいたい文章に目を通すことも無く破棄するとは、いかにも野蛮な行為ではないか。
とはいえ目を通した文章を破棄することは、文化人にとって必須とされるスキルである。人間の脳は判断をするために存在するのである。しかし、目を通した広告の内容がビラ配りのバイトの募集等であった場合は目も当てられない。眩暈・立ち眩みに襲われたとしても致し方ない。体調が優れないときには、頭痛や吐き気に見舞われるかもしれない。これは非常によく出来たシステムである。ビラ配りのバイトの広告のビラが私の棲み処の郵便受けに入っている。つまりこの郵便受けにビラ配りのバイトの広告のビラを入れたのはビラ配りのバイトの募集のビラを配るために雇われたビラ配りのバイトなのである。そしてこのビラの募集に応募してしまうと、私もまたビラ配りの広告のビラを配るために雇われたビラ配りのバイトとなりビラ配りの募集のビラを配るというシステムに取り込まれることになる。第一種永久機関の完成である。

冒頭で述べたとおり、郵便受けはどこにでもある。私の近所では目の届く限り軒並み郵便受けがある。おそらく私の認識が届かない世界中のいたるところで、郵便というシステムが存在する限り郵便受けは存在するのだろう。恐怖はここにある。考えても見てほしい。私のうちの郵便受けたった一つにも、私に文化的活動とは何かという問いを投げかけ、ノイズとシグナルの選別作業を強要し、眩暈・立ち眩みを引き起こし、マッチポンプへの恐怖を植え付けるといった程度の破壊力を有しているのである。郵便受けはお隣さんを脅かし、大家さんの不安を煽り、町内を恐怖のどん底に突き落とす。

燃えるごみの収集日に私は思うのだ。集積所に集められた各々の半透明のゴミ袋から透ける黄色いわら半紙。あれは先日配られたビラ配り募集広告であるな。と。
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