回路の実装図作成に取り掛かろうと思ったが、ここで一つ寄り道。
ADCへの入力前に交流電圧に対して直流バイアスをかける手段として、オペアンプを使う方法が出てきた。
アナデジ太郎の回路設計
というか、バイアスをかけたい場合、この方法の方がメジャー・・？
と思ったのだが、オペアンプは以前も勉強しかけて挫折したもの。
製品選定にあたって検討が必要なパラメータが多く、電子工作初心者からすると何を選んでいいのか分からない。
本当は勉強→オペアンプ購入→失敗 みたいなループを繰り返して理解していくものなのかもしれない。（なお、シャントレギュレータの中にもオペアンプが入っているらしい。知らずに使ってきたわけだ。）
まあ、今考えている方法で行けるのならば、当面オペアンプはスルーしたい。
ただ気になっているのは、今考えている方法はVrefをバイアス電圧としてを使っているが、測定信号がVrefの安定性に影響を与えないかということ。
影響を与えないのであれば、複数ch計測時も一つのvrefをバイアス電圧として使用できる。
そこでバイアス電圧について調べていて、このオペアンプにたどり着いたのであった。
このサイトも参考。完全に技術者向けのサイトで難しい。。
信号の A/D 変換を正しく行う 7 つのステップ(シグナル・コ ンディショニングのノイズ計 算)
もう一つ考えていることは測定値の変動。
特に、今回作った測定系で入力ゼロの時の換算交流電流が0.2A前後まで変動するのを解消できないかという探求。
- Vref由来のバイアス電圧が変動している
- ノイズが変動している
の2種類の原因を想定している。早速実験してみよう。
このグラフは線が水平であるほどバイアス電圧がぶれていないことを示す。バイアス電圧に対する、この結果からの考察。
- Vref自体がぶれている可能性
- Vrefの分圧から作るバイアス電圧がぶれている可能性（Vrefの分圧でバイアス電圧を作っているので、この要因だけ独立している可能性は低い）
- どちらもぶれていないが、ADCの内部ノイズで計測がうまくいっていない可能性
- アルコールチェッカーの時もこんな結果のぶれがあった
- ADCのデジタル分解能4095のうち±3程度のぶれは、手持ちのテスターでは観測できない
- 青と橙は、実配線上は異なるポイントをプロットしているが（ブレッドボードを使っているため）、結線図上は同一電圧であるはず。なのにこの差は何だろうか？ADC上はCh6と7を使用しているが、ADC内のノイズがch毎に異なるのだろうか？
そして、オシロスコープがここで活躍。
オシロで測ってみると、ADCを動作させている時だけ、バイアス点に10mV程度のノイズがのることが分かった。周期は500us程度で方形波。これは除去したいなー。ただ、上記グラフのノイズとの因果関係は不明。定量的にはあまり関係ないかも。
次にVBus(+5V)のラインに、パスコンを3種類つけたら、6時間放置でバイアス電圧の変動は安定していそうに見える。
計測開始直後のみ大きく変動しているのだが、原因不明。また、このグラフは20000サンプリング1プロットなので、個々のばらつきは平準化される。そのため、ここから言えるのは長期トレンドとしては一定になっている、という程度。
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現在の回路と疑問点。多ｃｈ化するときのバイアス電圧はどうしたらよいのだろうか？
☆の部分をch4, 5, 6, 7につないで、ノイズのRMSを観測してみる。
どうも、回路に物理的に手を入れるとADCの出力値が大きく変わり、長時間稼働させると安定していくように思える。経験的なものだが。
1プロット40000サンプルのRMS、1日弱の観測。うーん。。
2日目も同じような計測。今度は２に収束している。。
