AD620を使った計装アンプとシミュレーテッド・インダクタを使ったノッチフィルタ

※別記事にするのもということで、この記事の後ろ部分に
　あれこれ追記しています。
　　
シミュレーテッド・インダクタを使った60Hzノッチ・フィルタ：これから
の続き。
まずAD620を使った計装アンプ。
　　　（電源回路を加えた図はまた描きます）

JP1のジャンパーで利得を設定。
「RG」端子間の抵抗値で利得が決まります。
ジャンパー無しで1倍。
1・2・5ステップで1000倍まで。
原理上のきっちり値しにしたいので、直列にしたり
並列にしたり。
　　「8.2Ω」があれば、x50とx200をきっちりに
　　できたんですが、手持ちがありませんでした。

※直流電圧を見るんで、高倍率にした時のために
　「オフセット調整がいるのでは？」
　と思ってたんですが・・・不要と判断。
　　　むちゃエエ性能です。

そして、シミュレーテッド・インダクタ回路。
参考図書は 「稲葉保 著　精選アナログ実用回路集」
 
　　　　↑
　　※OP-AMP応用のバイブル的参考書です。
　　　1989年1月10日の初版を買ってました。

「17-10」でノッチ回路への応用が紹介されています。


「60Hz」に合わせて、ざっとこんな回路で試します。


上段は差動アンプ。

差動アンプの正入力と負入力をつなぎ、
・・・つまり、同じ信号を入れると・・・
差動アンプはその差を出力するわけですから、
出力はゼロのままで動きません。

その正入力側のGNDに向かう抵抗に「LC直列共振回路」を入れ
ます。

共振周波数でインピーダンスはゼロ。
　入出力を短絡した差動アンプと同じになり、
　　出力は出てきません。
つまりノッチフィルタ。
直流信号に対しては「CT」でカットされるので、
VinがVoutに出てきます。（反転されずに）
共振周波数から離れた信号も出てきます。
こんな原理です。

※ブレッドボードで試してみましたが、「Q」が高くない。
　オーディオ・イコライザー的な用途ではOKかもしれませんが
　今回の用途ではちょい不満。
　R1を100Ωに、R2を1.2MΩにして試してみましたが、劇的な
　改善(高Qに)はしません。　（そんなには変わらん）
　やっぱし「ツインT」かな。


※R1=1kΩで　12Hz～220Hzをスキャン


ツインT はもっと切れた！


※差動アンプとフィルタをでっち上げた目的は
　このサーミスタ温度計で使っている16bit A/D、
　LTC2460の入力電流を測定するため。

※この回路↓のR3両端(IC1の入力)の電圧を
　IC1を入れずに(R3+C1 → LTC2460入力へ直)
　観察。

1秒周期で1サイクルだけ変換するテストプログラム
を書いてみました。
60HZの誘導ハムの影響が小さいよう、サーミスタ
入力をGNDに短絡。
　　（R3の左側がGNDに）
計装アンプで1000倍に増複。
すると・・・


A/D変換中、R3に電流が流れていることが分かります。
これで誤差が発生。
バッファアンプ、IC1を入れたらこのドロップは生じません。

ノッチフィルタの特性が良かったら、観察波形から
60Hzの誘導ハムを消せるのではないかと・・・。


※LTC2460の入力等価回路


RsとCINは外付け部品。
データシートには、標準は「1kΩと0.1uFを」と。
そして、
　「大きなCINは入力ピンに良好な
　　ACグランドを与え、信号源への
　　反射を減らすのに役立ちます。」
と。

データシートに記された入力サンプリング電流は
typ値で「50nA」。
　　Rsが1kΩだとドロップは「50uV」に。
　　　　・・・ざっと合っている・・・
※Vrefが1.25Vで16bitだから1LSBは20uVほど。

この電流、一瞬じゃなしに18msというサンプリング時間中、
ずっと流れているのかと。
瞬間的な電流だと(A/D内部にS/Hが入っているなど)、
Cinが頑張って保持してくれるんですが、「18ms」と
長いとふんばりが効きません。

姉妹品のLTC2462は入力が2つあって差動入力に
なっているんで、どっちも同じように動くとバランスが
とれちゃうんで、それで気付かないのかしら、と。
　　※秋月電子：LTC2462　・・・300円

※追記
LTC2460の入力電流「50nA」がどのくらいの大きさなのか
バイポーラ・オペアンプの入力電流(Ib)と比較してみます。
　　オペアンプ名　　Ib(typ)
　　　　LM741　　　80nA
　　　　LM358　　　10nA
　　　　NJM4558　　25nA
汎用オペアンプだとこんな値。
入力(帰還)抵抗を少々大きくしてもmV単位のオフセット電圧に
隠れてしまってバイアス電流による電圧変動は目立ちません。
「MΩ」にするとさすがにまずいですが、そんな時はFET入力の
オペアンプの出番(IbはpA単位に)ということになります。

※検出波形→ツインTノッチフィルタに
Q=5.25の60HzツインTノッチフィルタを試してみました。
計装アンプは↑と同じAD620。
サーミスタ入力を短絡してR3両端を測定。
こんな波形に。


60Hzの誘導ハムをなんとか取り除けて、欲しい信号
の状態が浮かび上がったかと。

そして、サーミスタを外してオープンにして、
Rs(10kΩ)を含めて計ってみると・・・


抵抗値が約10倍になったので、ドロップ電圧も約10倍に。
実値で0.5mVほどに。
入力電圧はプラスのVrefですんで、電流が流れ込んでいます。

16bit A/Dの、A/D値に換算すると26ほどと推定。
この状態で測定してるA/D値を読むと「65518」でした。
これが、A/D入力前にバッファアンプを入れることで
解消できるのです。