OCXOの電源ノイズ考 その2

やはり電源、されど電源。発振器に使っている自作の初低ノイズ(を目指した)安定化電源回路が悪いとは思わないけど、なんせ5年くらい前の作品ですからどうも自信がありません。

電源構成はAC100V→ノイズフィルター→トロイダルトランス→自作安定化回路→TPS7A4700基板→ノイズフィルター→OCXOとなっています。

前からみても、後ろからみても「自作安定化回路」が怪しそう・・・です。後段にTPS7A4700基板を増設しているので、前段は半導体を使わない「抵抗ドロップ方式」に交換してみることにしました。

抵抗ドロップ方式はOCXOがウォームアップする時と、安定動作する時では消費電力が異なるので、出力電圧が変動しますが、TPS7A4700基板で安定化しているので13V(12V+余裕の1V)程度あれば良い訳です。つまりTPS7A4700にかかる電圧を13V程度に下げて、負担(発熱)を減らすのが前段の役目というわけです。

LT1764も優秀な低雑音レギュレーターとはいえ、雑音では単純な抵抗には勝てないでしょう。現在の電源の部品を活かす方向でLTspiceで設計してみました。実際の回路は左側の交流源の代わりにブリッジ整流回路にして15V程度に降圧したACを入力します。
抵抗を入れたRLCフィルターですので変なピークもなく、いい感じだと思います。

部品は使い回しを前提に設計していますので組み上げて、LT1763を使った安定化回路と交換、「TPS7A4700(秋月電源キット)の実力」と同一条件で電源ノイズを測定してみました。

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ご来場ありがとうございました

2013ハムフェアでは、多数の方々に音創り研究会のブースにご来場いただきました。ありがとうございました。土曜日は混雑していましたが、展示した多数のマイクをキッカケにして、いろいろな方とお話が弾みました。

メーカーブースでは、ICOMの7800の新ファーム(12月ごろ?)と工人舎のVERSA Beam(SteppIRのようなビームアンテナ)と第一電波工業のスクリュードライバーVダイポールアンテナ、そしてケンウッドブースで配布していた小冊子「TS-990徹底解説集」が注目でした。

ハムフェア2013でお会いしましょう

音創り研究会は今年もハムフェアに出展しますが、キットなどの販売は行いません。在庫品を中心としたネット販売は継続して行っています。

音創り研究会のブースでは多数のマイクや測定器、各局の音創り機材の紹介など、気持ち良い音で交信を楽しむ方法を説明します。ブース番号はJ-01です。

僕のシャックがCQ誌9月号に掲載されました。なるべく多数の機材が映るように写真を取りましたので「これは何?」「何のため?」など、僕のシャックの機材に関するご質問も大歓迎です。皆さんにお会いできるのを楽しみにしています。

OCXOの電源ノイズ考

TPS7A4700を使うとノイズが綺麗に消える場合と、ノイズがあまり消えない場合があることはACアダプターの実験で判りました。
手持ちのいくつかのOCXOで追加実験してみることにしました。KENWOODの実験用電源からTPS7A4700を通して電源を供給しています。

1.オシロクオーツ

やはり基本周波数前後にスプリアスが見えます。

2.UTC

スプリアスのパターンは変わるものの、やはりスプリアスがあります。

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TPS7A4700(秋月電源キット)の実力

秋月で販売しているTPS7A4700を使った超ローノイズ・プログラマル電源キットのノイズとフィルター効果を調べてみました。負荷は100Ωの酸化皮膜金属抵抗で定電流状態での計測です。
レギュレーターは負荷電流が変動するとノイズが出やすいので、定電流負荷では実際に負荷が変動する場合とは異なりますが、まぁ参考にはなるでしょう。発振器みたいな定電流負荷ならデータがそのまま使えそうです。

なお、測定している電圧が変わりますが、負荷抵抗は100Ωです。電圧が違うと電流が変わっちゃいます。ヲイヲイ条件が一定じゃねーじゃんか・・・とお叱りを受けそうですが、あくまで傾向をみるための実験ですのでご容赦ください。計測範囲は20Hz～250kHzです。

1.基準 単三×8本 12V 100Ω負荷

APB-3の測定限界を超えていると思われるので絶対値は参考レベルです。

2.単三x8本 12V→TPS7A4700基板3.3V 100Ω負荷

TPS7A4700によって少しノイズレベルが上昇したことが見て取れます。

3.無線機用安定化電源13.8V 100Ω負荷

うーむ。あまり綺麗ではありませんが、コイツを元ネタにしてTPS7A4700で電圧を下げてみます。フィルター効果も期待できるハズです。

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APB-3 スペアナの限界?

発振器のスペクトラムを計測していてAPB-3のスプリアスかも・・・なんて不遜なことを考えました。既にスプリアス対策をしているので、それほど目立つスプリアスは残っていないとは思いますが、なんせ、実験基板、何が普通なのかが良く判りません。

そこでオーディオマニアの間では有名な低位相雑音のTCXOが3.3Vなので、乾電池で駆動してAPB-3で測ってみました。
APB-3のスプリアス対策後の計測は初めて。スプリアス対策前の計測結果はこちら。

う～む。ノイズフロアは-125dB弱って感じですね。ピークで-3dB程度ですから目盛り上のダイナミックレンジは120dB程度となります。APB-3自体のフロアノイズはRBW7Hzだと-127dB辺りです。

±40kHz前後のヒゲはAPB-3の電源アダプター由来のノイズです。

実際にはAPB-3で使っているチップなどの性能から110dB程度ではないかと想像しています。絶対値的には?ですが、相対比較で優劣はわかります。

先日の髭だらけの計測結果と打って変わって、綺麗な富士山型が現れています。さすが乾電池ですね。

ということで、やはり電源回りで発生しているノイズだと確証が取れました。やっぱりねぇ。
APB-3のスプリアスは綺麗になったので、僕の電源回路だろうなと思ったのですが・・・・。APB-3はやはり素晴らしい測定器ですね。

10Mhz基準周波数発振器の電源改良(TPS7A4700)

10MHz基準周波数発振器の電源はLT1764を使った、それなりにノイズに気をつかった電源を使っていました。
昨年からLT1764よりももっと低ノイズのデバイスが出回るようになりました。その低雑音チップ、TIのTPS7A4700を使った秋月電源キットを組み込んでみます。

電源回路はACをトロイダルコアのトランスで18V程度にした後、SBDで全波整流してLT1764で安定化しているシンプルな回路です。
LT1764の出力電圧は12.2Vでしたが、13.4Vに変更して、13.4VをTPS7A4700で12Vにする2段構えの作戦。
TPS7A4700だけでも、なんとかなりそうでしたが、LT1764の回路を取り外すのも勿体ないので、OCXOの基板に秋月の電源基板を載せる、子亀作戦で実装しました。

写真は工作後ですが、秋月の電源基板は小さいので、どこにでも入る感じです。また今回は子亀方式ですが、0.8mmの錫メッキ線で4本で親基板と接続していて、ビス止めしていませんが、十分な強度で固定できています。

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KP4MS 18/PSK31

久々にプエルトリコとQSOできました。今サイクルではPSK31では初めてかな? 14/21/28は交信済でしたが、WARCバンドでの初PSK31QSOです。
屋上のスクリュードライバーでS/N 10dB程度なので、9割方プリントできる状態でした。
今日はコンディション結構いいみたいですね。SFI106 SN99 だからこんなモンでしょうかね。なんとなく、お空は一足早く秋の兆しが・・・みたいな感じもしますが、ちょっと早すぎるなぁ・・・。

P29FR 24/SSB

ハイバンドのSSBでこのバンドだけ取りこぼしていました。最初はノイズに埋もれがちで、且つEUのパイルアップがあって全然ダメでした。
15分くらいすると、信号が浮いてきましたのでコールすると57のレポートを貰いました。EUには55位を送っていましたし、JAには59でしたので、自分のアンテナの非力さが良く判ります。

でも、このバンドならほぼフルサイズのバーチカルなんですけど、やはりビームアンテナじゃないと厳しいですね。

USB電源アダプター(TPS7A4700)

PCのノイズの影響を避けるため、セルフパワーのUSBハブを使っています。USBハブには付属のACアダプター(トランス式)から電源を供給していますが、やはりACアダプターですので定電圧電源よりもノイジーではないかと思っています。

そこでUSBセルフパワーハブ専用の電源を作ることにしました。専用といっても無線機用の定電圧電源の13.8Vから5Vに降圧するだけです。
レギュレーターはノイズが少なくて話題のTI TPS7A4700を使った秋月の電源キットを使います。

USBの規格は最大で500mAなので、13.8Vから降圧すると結構な熱がでる可能性があります。

普通は放熱器を使いますが、今回はダイキャストケース自体を放熱器にするため、秋月の電源基板(アルミ基板)とダイキャストケースを熱結合させることにしました。

写真のような感じでアルミの3×10mmの平角材をカットして熱伝導させます。こちらから見えるアルミ板がダイキャストケースと接触して熱を伝えるわけです。

桜屋で販売している小さいダイキャストケースにしましたので、キツめですが納まりました。

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ケーブル類を販売しています

今年のハムフェア、音創り研究会も出展しますが、純粋展示でキットやケーブル類の販売は行いません・・・・とお知らせしましたが、ハムフェアでケーブル類を購入しようと思っていた方むけに、ケーブルを中心にオンラインで販売しています。
購入は音創り研究会のページまで。

在庫だけでは足らなくて、僕もICOMケーブルを製造中。ICOMはDIN8pinですからピンとピンの間隔はそれほど狭くはありませんけど、ケース外したり金属ケースが噛み合わなかったりといろいろ面倒です。
面倒な部分は何十回も(笑)繰り返すと、目をつぶっていても出来るようになるし、ケースの噛み合わせも「ん、コイツだとこの角度でいいかな?」みたいに一発でキマルようになります。

問題はハンダ付けミス、イモとかテンプラじゃなくて、ピンを間違えるミスです。DIN8Pinの場合、無線のバックパネルから見て最上部がPin2なんですが、Pin2のつもりでひとつ隣のPin4とかPin5とかにハンダ付けしてしまうことがあります。

このようなピンの間違いはプラグの向きを固定してハンダ付けすると減ります。いつもPin2が真上に来るように固定してからハンダ付けすると間違えません。
こんな単純なことにイマサラ気づいたのですが、今のところ過去最高の成功率で作業が進んでいます。たぶんもっと高度なノウハウもあるんでしょうね。

サンボにエアコンが付きました

秋葉原の牛丼専門店、サンボにエアコンが付きました。先日行ったら入り口のドアが締まっていて「??」お休みかな?と思ったら、なんと「冷房中」でした。
涼しいお店で牛丼食べることができます。

ちょっとビックリ。汗をかいて食べるのもいいけど、やっぱり涼しい方が嬉しいかな?