DAC 特性評価実験

設計 製作 DACBBM 特性 解能 精 周波数特性 3 類 特

性評価実験 行 本 評価結果 目標特性 比較 設計 妥当性 検証

解能評価

2.16 DACBBM 特性評価方法 示 PC DACBBM 17 ッ

値 入力 DACBBM 出力 ADC 社

PEX320724 値 変換 PC 込 ADC 解能

24 ッ ADC 含 測 系 10 μV 2^-18.9 程 あ

目標 解能17 ッ 十 評価 入力 出力 比

較 DAC 諸特性 評価

2.16 DAC 評価 DACBBM DACBBM 入力値送信/ 出力値 集 PC 測 ADC 構成

入力値u -65535 65535 1 変化 131071点 測

行 出力 周波数 48 kHz 測 時間 最 い

周波数 相当 1.3 間 2.2 節 述 計算 同様

測 時系列 変換 計算 ワ RMS

値

2.17(a) 測 DACBBM 赤点 示 伝 遅延差

1.5 nsec 考慮 手法 計算 Sim0 青点 示 2.17(b)

入力値 0 付近 拡大表示 あ 緑点 Sim1 伝 遅延差

1.0 nsec 水色点 Sim2 伝 遅延差2.0 nsec 計算 結果

あ 観測 ッ 実 測 磁場強 み45000 nT 0.8 FS以 い

最 値 27 μV 2^-17.5 あ 開発 DACBBM 目標 解

能17 ッ 40 μV 0.87 nT相当 満足 い 測 結果 特徴 2.17

以 2点

入力値0付近 1/3FS付近 い 手法 予測 依

測

入力値0付近 1/3FS付近以外 測 14 μV あ

関 考察

伝 遅延 考慮 同程 あ いう 伝 遅延差

あ い 伝 遅延差 起因 特徴

周波数 強い 現 点 あ DACBBM 伝 遅延差 1.5 nsec

考慮 測 比較 周波数 強い

確 2.18 入力値 1 測

1.5 nsec 伝 遅延差 Sim0 持 出力 示

周波数 1.3 Hz 強い 現 い

両者 測 値 34.5 dB μV/√Hz Sim0 35.1 dB μV/√Hz 等

い 測 Sim0 形 一 い 伝 遅延差

DAC 解能 制限 い わ

関 考察

測 値 最 14 μV あ 測 系 10 μV わ 大 い

ALPF 入力

2.18緑線 相当 ALPF 14 μV 測 系

10 μV 含 い ALPF 9.8 μV=√(14² 10²)

推 回路部 使用 い 電 IC(REF02)

10.6 μV typ. あ 推 ALPF . 同程

あ 高 解能 DAC 求 場合

電 IC 必要 あ

2.17 DAC DACBBM 横軸 入力u

縦軸 RMS あ 赤点 測 青点 1.5 nsec 伝

遅延 あ 場合 手法 計算 結果 Sim0 あ (a) 背景

白色 領域 入力u 0.8 FS 範 表 い 黒 線 ALPF 入力

あ (b) 入力u -200 200

間 拡大表示 あ 緑点 Sim1 水色点 Sim2 1.0 nsec

2.0 nsec 伝 遅延 あ 場合 手法 計算 結果 あ

2.18 入力値 1 DAC 横軸 周波数

Hz 縦軸 dBμVrms/√Hz あ 赤線 測 値

青線 Sim0 あ 緑線 ALPF 入力

出力 黒線 ADC 入力

あ

FPGAやNAND IC 伝 遅延差 温 変化

変化 予測 実験 温 特性 評価 結果

2.19 示 実験 DACBBM 恒温槽 入 DACBBM基 恒温槽

温 一 状態 測 実験 温 DACBBM 最

使用温 0℃ 最高使用温 50℃ 室温 25℃ 3種類

入力値 伝 遅延差 影響 最 0付近 測 結果 25℃ 0℃ 等 伝 遅延差 変化 考え 50℃

大 伝 遅延差 1.5 nsec 長 考え 50℃

最大 31 μV 2^-17.3 あ 結果 DACBBM

解能 0℃ 50℃ 温 範 い 目標 解能17 ッ 遉成 い 示

2.19 DAC DACBBM 温 特性 横軸

入力u 縦軸 RMS あ 緑点 青点 赤点 25℃ 0℃ 50℃ あ 黒線 ALPF 入力

あ

精 評価

2.2節 解 精 指標 積 非直線性誤差INL 温 特性 再現性 評価結果 述

1) INL

2.20 DAC 入出力特性 示 測 時系列

計算 均値 直線 近似 近似直線 測 結果 INL 評 価 凸 湾曲 線 近似直線 測 結果 差 以 誤差曲線 呼ぶ あ

誤差曲線 湾曲 原因 2.9 述 変調波形 伝 遅延差 生 あ 誤差曲線 最大値 最 値 差 500 μV 5 V 対

INL 0.01 % 2^-13.3 あ DACBBM 伝 遅延差 1.5 nsec 求

INL 0.0132 % =1.5 nsec/変調出力 幅11.36 μsec あ 伝 遅延差 測 誤

差み1 nsec 考慮 評価結果 0.01 % 妥当 結果 あ DACBBM INL

2.20 DAC 入出力特性 横軸 PC DACBBM 入力値 測 結果 出力 代表値 縦軸 近似直線 測 結果 差 縦軸 い

2) 温 特性

温 特性評価実験 DACBBM 恒温槽 入 DACBBM基 恒温槽 温 一 状態 入出力特性 得 実験 温 DACBBM 最 使用 温 0℃ 最高使用温 50℃ 室温 25℃ 3種類 2.9 述

う 測 結果 精 ッ 入力u=0 境 正 負

々 ッ 係数 い 正負 ッ

u=0 同 値 いう制約 設 ッ 1 2 3 関

数 適用 関数 保証 精 い 評価 2.21 25℃ 入出力特性 黒線 ッ 関数 測 結果 差 誤差曲線 示

ッ 1 関数 用い 誤差 緑線 0.00329 % 2^-14.9 あ 2

関数 青線 3 関数 赤線 誤差 0.00126 % 2^-16.3 0.00084 %

2^-16.9 あ 入力u=0 境 個 ッ 行え 1 3

関数 ッ 精 14 ッ 満 測 磁場

算出 ッ 関数 適用 測 磁場 目標精 14 ッ 遉成

25℃ 場合 同様 50℃ 0℃ 精 評価 50℃ 出力値 1 関数

ッ 誤差 0.00385 % 2^-14.7 あ 50℃ い 25℃ 場合

異 ッ 関数 持 目標精 14 ッ 遉成 25℃

50℃ 精 14 ッ 保証 間 温 精 14 ッ 保証

う 断 い あ 温 ッ 関数 異 温 入出

力特性 用い 精 14 ッ 満 う 実験 調 精 14

ッ 満 温 新 ッ 係数 持 考え

繰 返 温 必 精 14 ッ 保証 う

2.22 50℃ 入出力特性 黒線 25℃ ッ 関数 2 関

数 測 結果 差 紫線 示 誤差曲線 最大値 最 値 差 1120 μV

誤差 0.0224 % 2^-12.1 あ 25℃ ッ 関数 50℃ 出力値 精

保証 う 目標精 14 ッ 満 い 25℃ 50℃

間 細 温 ッ 精 評価 い わ

0℃ 測 結果 25℃ ッ 関数 2 関数 求 誤差曲線

最大値 最 値 差 800 μV あ 誤差 0.016 % 2^-12.6 あ 50℃

同様 25℃ ッ 関数 用い 場合 目標精 14 ッ 満

い 0℃ 出力値 1 関数 ッ 誤差 0.00385 % 2^-14.7

あ 0℃ 異 ッ 関数 持 目標精 14 ッ 遉成 温 特性評価試験 3種 温 い 精 評価 各温 精 14

2.21 25℃ DACBBM 入出力特性 横軸 入力u 測 結果

縦軸 ッ 測 結果 差 縦軸 い 黒線 測 値

あ 緑線 1 関数 ッ 測 値 差 青線 2 関数 ッ 測 値 差 赤線 3 関数 ッ 測 値 差 あ

2.22 50℃ DACBBM 入出力特性 横軸 入力u 測 結果 黒

線 縦軸 ッ 25℃ 2 関数 測 結果 差 紫線 縦

軸 い

3) 再現性

本研究 0℃ 25℃ 25℃ 50℃ 変化 温 3回繰 返 各温 ッ 入出力特性 得 各温 3 出力値 得 3

出力値 差 最大値 誤差 再現性 評価 2.23 測 値 得

誤差 示 誤差 最大300 μV 0.006 %相当 あ 開発 DACBBM

目標精 14 ッ 遉成 2.2節 述 う 再現性 誤差要因 電子部品

電気的特性 例え 基 電 IC 長期安

40日間 250 μV 0.005 % 14 ッ 相当 再現性 い誤差 生 3

目 実験 1 目 実験 最大3逬間経過 い 予測 誤差 約200 μV あ 予測 誤差 最大誤差300 μV 近い値 示

電 長期変化 影響 い 考え 正 再現性 評価 試験回数 増や 長期間 わ 試験 実施 要 あ

2.23 DAC 出力値 安 横軸 PC DACBBM 入力値 縦軸 3点 出力値 差 最大値 あ 緑点 25℃ 赤点 50℃ 青点 0℃

誤差 あ

周波数特性評価

DAC 周波数特性 ALPF 決 ッ 周波数65 Hz

設計 ALPF 特性 評価 DACBBM 1 Hz 500 Hz 正弦波

入力 出力値 振幅 求 出力振幅特性 調 ッ 実験 観測 正 弦波振幅 最大値 地磁気 全磁力 あ 之浦 全磁力 相当 0.8 FS 入力振幅 2.24 出力振幅特性 結果 示 振幅比 -3 dB ッ

周波数 67 Hz あ 設計値 65 Hz 等 い 観測 ッ 要求

い 測 周波数 域DC-10 Hz 十 高い ッ 周波数 あ わ

2.24 入力振幅 0.8 FS 出力振幅特性 縦軸 振幅比dB 横軸 入力 周波数Hz あ