Round 1: Shodan VS ИОН…. Fight!

И так, ИОН для ГЛИН v.3 успешно запустился и даже не въебал при первом включении, чему я радостно удивился. А значит настало время определить его фактические характеристики.

Шумовые характеристики

Вооружившись усилителем из этого поста, в который по итогу я всетаки обратно поставил OPA140, была снята шумовая полка.

Сравнивая три поколения ИОН ГЛИН-ов, можно видеть, что от поколения к поколению шум кратно и ощутимо понижается, а значит проделанная работа не проходит даром. Нижние две шумовые полки 3-го поколения ИОН снятые с выходов +7В и +5В в диапазоне частот 0.1Гц…10Гц показывают вполне ощутимое понижение шума по сравнению со всеми предыдущими. И это при том, что специального отбора ADR1399K по шуму я сознательно не проводил, потому-что был абсолютно уверен что 4 усредненных ADR1399K окажутся лучше чем два LM399AH которые прошли отбор по шуму с критерием “лучшие из лучших”. Ожидания подтвердились, девиация существенно провалилась за уровень 100нВ во всем диапазоне частот пропускания усилителя, а пик-ту-пик шум не превысил 1 мкВ в диапазоне частот 0.03Гц…10Гц за все время исследования.

UPD: Шумовую полку +7В измерил заново, график обновил. Предыдущий замер выполнил с ошибкой, забыл накрыть контакты модуля тряпочкой, чтобы избежать их обдувание куллером в термокамере. Кстати да, тест проводился по очевидным причинам именно в термокамере, так как для получения достоверных данных в области инфра-низких частот(0.03Гц), температурные колебания надо убирать с помощью термокамеры.

Так-же для наглядности привожу данные по шумам в виде сигнала с выхода усилителя за 100 секунд:

(NPLC: 5, mx+b: -0.001x+0)

Но нужно не забывать, что там есть и вклад шума самого усилителя, т.к. этот ИОН уже в плотную подбирается у шумовой полке самого усилителя.

Признаюсь честно, у меня никогда не было LTZ1000, но мне кажется что LTZ1000 у меня отсосал crazy , даже не смотря на бОльший шум моего усилителя по сравнению с этими данными.

Счет: Shodan: 1; ИОН: 0 laugh

Тепловая изоляция

Алюминиевый брутальный корпус блока стабилитронов отчасти было спорным решением, и не покривив душой, с уверенностью скажу, что нигде и никогда в сообществе дрочеров на стабилитроны voltnuts-ов я такого решения не встречал. Но жесткая уверенность в том, что тонкая воздушная прослойка толщиной в несколько миллиметров между ADR1399K и стенкой камеры является лучшим из доступных изоляторов. А так-же секретное знание того, что алюминий это отличный отражатель ИК излучения образуемого стабилитронами и платой, оправдало надежды.

Предыдущий теоретический расчёт и прикидки в материале “Вольты рождённые в адском пламени” говорили мне, что потребление блока ИОН должно составить 1.9Вт. Если данный показатель был-бы превышен, я мог бы констатировать полный провал дизайна. Но этого не случилось!

Идеи изоляции изложенные выше, в паре с “авторским” хакерским приемом по подогреву тепловых мостов, взлетели.  А! Стоп… Я-же вроде не рассказывал о нем подробно… Ой! исправляюсь!

Идея подогрева теплового моста состоит в следующем: 4-ре стабилитрона в моем дизайне потребляют ток примерно 12.4мА. Балансный драйвер питания, при питании от линий +15В и -15В вынужден выделить на балансных плечах R22-R29 ни много ни мало 0.24Вт тепла.

Чтобы это тепло не пропадало даром, я придумал разместить все эти 8 резисторов симметрично на тепловых мостах модуля, с двух сторон платы.

Поскольку именно мостики между блоком ИОН и основной платой, являются главными путями утечки тепла. А раз так, то их было решено подогреть этими резисторами. Кстати именно по этому этих резисторов не 2, а именно 8, чтобы симметрично подогреть все 4 мостика.

Так-же все элементы вне камеры с ИОН-ами были через термопрокладки соединены с корпусом, чтобы они тоже грели его.

Так вот… в сумме все это дало результат превосходящий самые смелые мои ожидания. При тесте в термокамере, по трем точкам, я получил следующую зависимость потребляемой(выделяемой в виде тепла) мощности от температуры окружающей среды:

Как видно, при температуре воздуха 25°C потребляемая мощность оказалась еще ниже чем я ожидал, всего 1.55Вт. Значит тепловой дизайн успешен.

Счет: Shodan: 2; ИОН: 0 

Зависимость выходного напряжения от питающего

Хоть я и предусмотрел в дизайне драйвера питания стабилитронов методы позволяющие убрать зависимость выходного напряжения от напряжения питания всего модуля, тем не менее данный параметр был протестирован в ходе экспериментов. Напряжение модуля в ходе тестов я менял от +-15В +5%, до +-15В -5% и следил за изменением всех выходных напряжений через скан-карту.

(см. первую четверть графика)

Да, шумный Кейтлик DMM6500 да еще в довесок и со скан-картой не лучший выбор для ловли микровольтовых смещений, это правда, но тем не менее разницу более-менее достоверно удалось зафиксировать. Зависимость по результату теста составила: Vout/ΔVin= менее 0.12ppm/%. Наличие этой зависимости я связываю с идеей подогрева тепловых мостов, так как при изменении питающего напряжения изменяется тепловыделение этих элементов, а значит температура блока ИОН меняется. Но результат менее 0.12ppm/% я считаю хорошим.

UPD: Переделал тест, но на этот раз через усилитель. Результат получился более чётким.

Изменение напряжения питания на +5% и на -5% дает обозначенный ранее результат, 7.5мкВ смещения на 10% изменения напряжения питания, что в точности соответствует полученному ранее “менее 0.12ppm на каждый процент”. Кстати другая возможная(а может и наиболее вероятная) причина этой зависимости – не идеальная работа нагревателя ИОНов.

Счет: Shodan: 3; ИОН: 0 

Зависимость выходного напряжения от температуры (ТКН)

Пожалуй самый важный фактор говорящий о том не допущены ли грубые ошибки, это коэффициент ТКН.

Проведенный тест по трем точкам +20°C, +30°C, +40°C показывает, что ТКН выходного напряжения в худшем случае составляет:

  • По линии +7В: 0.25ppm/°C
  • По линии -7В: 0.64ppm/°C
  • По линии +5В: 0.52ppm/°C

ТКН по линии +7В охватывает систему питания стабилитронов, сами стабилитроны и один ОУ. Это самый главный параметр, он показывает не уебал ли я дизайн ключевых блоков. Даташит говорит нам, что типичный ТКН ADR1399K составляет:

А значит нет, базовый блок я не уебал, поскольку ТКН 0.25ppm/°C очень близок к типовому.

Два других ТКН говорят о том, насколько все удачно вышло с делителями LT5400, их типовой температурный коэффициент соотношения плечей делителя 0.2ppm/°C складывается с ТКН линии+7В, и вообщем-то по напряжениям -7В и +5В создаваемым на базе этих делителей, все хорошо. Результирующий ТКН в районе 0.5…0.6ppm/°C по этим линиям я считаю допустимым.

Кстати как и всегда, качество подгонки LT5400 поражает воображение, при базовом напряжении просуммированных ИОН +7.062768В, синтезируемые напряжения получились -7.062273В и +5.044592В, что говорит о очень высокой точности подгонки плечей LT5400, 0.007% и 0.005% соответственно.

В ходе тестов было замечено, что если давать стабилитронам резкую стрессовую нагрузку с высокими скоростями нарастания и спада температуры и на большие значения ΔT, то у них проявляется так скажем “эффект памяти”. И возрастает шум.

И восстановление напряжения после стресса потом происходит в течении очень длительного времени. Но это вообщем-то не является чем-то из ряда вон выходящим.

Счет: Shodan: 4; ИОН: 0 

И так, противник без сил, Шодан побеждает, а значит настало время для “Fatality!” laugh

Время выхода на режим

Главное на что может негативно сказаться наличие алюминиевого корпуса ИОН, это время выхода ИОН на режим. Для его оценки возьмем линию 5В, т.к. именно на ней складываются все негативные факторы сразу. Для данного теста, будем держать ИОН обесточенным несколько часов, предварительно зафиксировав в памяти мультиметра напряжение линии 5В до выключения.

После выдержки в выключенном состоянии и соответственно полного остывания всего ИОН, подаем питание и смотрим за какое время ИОН вернется к прежнему напряжению +- пара ppm.

(график с включенной функцией “relative”, для запоминания на отметке “0” прошлого напряжения ИОН до выключения, шкала Y логорафмическая)

За минуту он выходит на повторяемость +-2ppm, и полностью входит в режим за 5-10 минут. Отличный показатель!

Счет: Shodan: 5; ИОН: 0  Чистая победа!!! drinks

Резюме

На этом считаю изыскания в части ИОН завершенными, и к данному блоку уже не буду возвращаться.

Кстати, если мне не изменяет зрение, на данный момент я наверное первый во всем “рунете” кто на базе ADR1399K собрал что-то реальное и измерил это. blush Интересно, сколько потребуется времени нашим отечественным писько-дрочерам, чтобы представить общественности еще один ИОН на базе ADR1399K….. хм….. laugh

Ну а теперь, я на пару месяцев, пока делаю другие модули нового ГЛИН, поставлю ИОН на приработку, чтобы к моменту когда другие модули будут готовы, начальные дрейфы ИОНа стабилизировались.

Кстати, новые Super-ß операционники OPA2202, показали себя хорошо, каких либо проблем с ними замечено не было.