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PerformanceTest

Contents

PerformanceTest

CLIOのデジタル制御システムに関わる回路類の性能評価とデータ蓄積方法を、試行しながら考える。評価方法については、2010年6月中にだいたいの評価方法の目処をつけ、7月中に評価を行うことを目標とする。（担当：大石、斉藤、supervisor：宮川、辰巳ほか）参考： 2．辰巳からの要望　の3

CLIO Digital

CLIOのアナログ-デジタル間は、とりあえず以下のように構成されている。

Analog input

(Whitening Filter)

Differential driver

AntiAliasing Filter

ADC

Digital control

DAC

AntiImaging Filter(=AA)

Differential Receiver

(Dewhitening Filter)

Analog output

近日中に、以下のように変更予定。

Analog input

Differential Driver

(Whitening filter)

AntiAliasing Filter

ADC

Digital Control

DAC

AntiImaging Filter(=AA)

Differential Receiver

(Dewhitening filter)

Analog output

（white/dewhite filterは雑音レベルを気にするときのみ使用。）
2010年5月現在、CLIOでは、AA, DD, DRの3種類の回路を試作済 (タスクリスト参照)。
今後、CLIOの感度を出していくための基礎データとして、これらの構成要素の特性を調べ、記録していく。
アナログ回路の特性（伝達関数、雑音レベル）の測定には、スペアナを、
デジタル回路の特性（伝達関数、雑音レベルなど）の測定には、diaguuiを用いる。Diagguiのつかいかた
また、現時点で、入力の60Hzの振幅が大きく、dynamic rangeを制限する可能性があることが問題となっている。

Calibration

ADC(Analog-to-Digital Converter)は、アナログ信号をデジタルに変換するもので、CLIOで用いているのは、general standardsのPMC66-16AI64SSA-64-50MHz-MEM(16bit, 64 single channel(=32 differential input), +/-10V(40Vp-p for differential) )

デジタル信号の1LSB(Least Significant Bit)は、rangeをビット数で割ったものになり、

```
  1LSB=20V/16bit=20/65536=0.305mV
```

入力においてこれより小さな値を識別することはできない（ただし、digital内部での処理は32bitで行われる）。

まず、ADCのchannel 5-8において、入力信号が、Digital内部での値と整合するかのチェックを行った。 AgilentのFunction Generatorから、+/-0.5Vの矩形波を入力し、振幅のカウント数が整合しているか測定した。振幅は、4channelにおいて、3263.34から3264.7程度のばらつきで、
```
 1V/1LSB=3276.8
```
と比較すると、12LSB(0.4%)程度のずれがあり、また、+側に7LSBほどずれていたが、これらの振幅とオフセットは入力の信号によって若干変化するようであった。今回の測定では、この程度のずれは問題ないと考えられる。

雑音測定

ADCの雑音スペクトル測定

まずADCの雑音を測定する。入力の差動入力をshortして、diagguiで測定した。input_shorted_ADC_powerspec_ch5_8.pdf

DACの雑音スペクトル測定

DAC1の雑音スペクトルを測定する。測定は、HP3562Aを使用した。設定は、POWER SPECモードで、入力couplingはAC、linear specで、周波数は100Hzと100kHzで測定した。表示はrms V/sqrt(Hz)。 DRの出力スペクトルを、入力状態を3種類変えて、測定を行った。まず、AI(SN006)の入力をshortして、出力をDR(SN002)に接続し、その出力をみる。

	shortedAI(SN006)>DR(SN002)	ZeroFilledDAC>AI(SN006)>DR(SN002)
グラフ	PS_SAI006_DR002.pdf	[attachment:PS_ZDAC_AI006_DR002.pdf]]
ch1	PS_SAI006_DR002_ch1_LF.txt	PS_ZDAC_AI006_DR002_ch1_LF.txt
	PS_SAI006_DR002_ch1_HF.txt	PS_ZDAC_AI006_DR002_ch1_HF.txt
ch2	PS_SAI006_DR002_ch2_LF.txt	PS_ZDAC_AI006_DR002_ch2_LF.txt
	PS_SAI006_DR002_ch2_HF.txt	PS_ZDAC_AI006_DR002_ch2_HF.txt
ch3	PS_SAI006_DR002_ch3_LF.txt	PS_ZDAC_AI006_DR002_ch3_LF.txt
	PS_SAI006_DR002_ch3_HF.txt	PS_ZDAC_AI006_DR002_ch3_HF.txt
ch4	PS_SAI006_DR002_ch4_LF.txt	PS_ZDAC_AI006_DR002_ch4_LF.txt
	PS_SAI006_DR002_ch4_HF.txt	PS_ZDAC_AI006_DR002_ch4_HF.txt

伝達関数測定

Differential Driverの測定

DDの各チャンネルが大きな問題なく動いているかどうかを確認するために、Hewlett Packardの3562Aを用いて、伝達関数の測定を行った。出力側はSR560で取った。結果、特に大きな問題はなさそう。位相の反転は要確認。

スペアナからのデータの取り出しについては、こちらを参照。

型番	基盤番号	入力チャンネル	グラフ	テキストデータ	古いデータ(あれば)
0900061	SN001	1	TF_DD_SN001_gain.pdf	TF0900061SN001ch1.txt
0900061	SN001	2	TF_DD_SN001_phase.pdf	TF0900061SN001ch2.txt
0900061	SN001	3		TF0900061SN001ch3.txt
0900061	SN001	4		TF0900061SN001ch4.txt
0900061	SN002	1	TF_DD_SN002_gain.pdf	TF0900061SN002ch1_rev.txt	TF0900061SN002ch1.txt
0900061	SN002	2	TF_DD_SN002_phase.pdf	TF0900061SN002ch2_rev.txt	TF0900061SN002ch2.txt
0900061	SN002	3		TF0900061SN002ch3.txt
0900061	SN002	4		TF0900061SN002ch4.txt
0900061	SN003	1	TF_DD_SN003_gain.pdf	TF0900061SN003ch1_rev.txt	TF0900061SN003ch1.txt
0900061	SN003	2	TF_DD_SN003_phase.pdf	TF0900061SN003ch2.txt
0900061	SN003	3		TF0900061SN003ch3.txt
0900061	SN003	4		TF0900061SN003ch4.txt
0900061	SN004	1	TF_DD_SN004_gain.pdf	TF0900061SN004ch1.txt
0900061	SN004	2	TF_DD_SN004_phase.pdf	TF0900061SN004ch2_rev.txt	TF0900061SN004ch2.txt
0900061	SN004	3		TF0900061SN004ch3.txt
0900061	SN004	4		TF0900061SN004ch4_rev.txt	TF0900061SN004ch4.txt

AntiAliasingFilterの測定

AntiAliasingFilterは、現在Differential Driverと同じ基盤を使っているので、基盤番号はDDと同じになる。よって、SNは005, 006としておく。伝達関数の測定は、HP3562Aを用いて行った。今回は、65kHz付近の周波数分解能は600Hzほどで測定を行っているので、gain@65535Hzは、実際には65501Hzの値を読んでいる。 notch周波数の精度もその程度である。

型番	基盤番号	入力ch	グラフ	テキストデータ	notch freq.	gain @ 65536Hz
0900061	SN005	1	TF_AA_SN005_gain.pdf	TF0900061SN005ch1.txt	68.391kHz	-72.9dB
0900061	SN005	2	TF_AA_SN005_phase.pdf	TF0900061SN005ch2.txt	70.794kHz	-70.2dB
0900061	SN005	3		TF0900061SN005ch3.txt	70.794kHz	-71.3dB
0900061	SN005	4		TF0900061SN005ch4.txt	70.794kHz	-71.6dB
0900061	SN006	1	TF_AA_SN006_gain.pdf	TF0900061SN006ch1.txt	68.391kHz	-72.9dB
0900061	SN006	2	TF_AA_SN006_phase.pdf	TF0900061SN006ch2.txt	68.391kHz	-73.0dB
0900061	SN006	3		TF0900061SN006ch3.txt	70.794kHz	-70.9dB
0900061	SN006	4		TF0900061SN006ch4.txt	70.794kHz	-71.8dB

Differential Receiverの測定

DRの各チャンネルが大きな問題なく動いているかどうかを確認するために、Hewlett Packardの3562Aを用いて、伝達関数の測定を行った。

型番	基盤番号	入力チャンネル	グラフ	テキストデータ	古いデータ(あれば)
0900067	SN001	1	TF_DR_SN001_gain.pdf	TF0900067SN001ch1.txt
0900067	SN001	2(gain1/2)	TF_DR_SN001_phase.pdf	TF0900067SN001ch2.txt
0900067	SN001	3		TF0900067SN001ch3.txt
0900067	SN001	4		TF0900067SN001ch4.txt
0900067	SN002	1	TF_DR_SN002_gain.pdf	TF0900067SN002ch1.txt
0900067	SN002	2	TF_DR_SN002_phase.pdf	TF0900067SN002ch2.txt
0900067	SN002	3		TF0900067SN002ch3.txt
0900067	SN002	4		TF0900067SN002ch4.txt

遅延時間の測定

カップリング測定

カップリングの測定は、ADC/DACでまず行う。

CLIO/Tasks/DigitalControl/PerformanceTest (last edited 2011-07-04 16:12:43 by NaokoOhishi)

-  ⇤ ← Revision 1 as of 2010-05-28 16:13:54 → 
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  Editor: NaokoOhishi
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  Editor: NaokoOhishi
  Comment:
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+Additions are marked like this.
 Line 1:
-==PerformanceTest==
+= PerformanceTest =

<<TableOfContents>>
CLIOのデジタル制御システムに関わる回路類の性能評価とデータ蓄積方法を、試行しながら考える。
評価方法については、2010年6月中にだいたいの評価方法の目処をつけ、7月中に評価を行うことを目標とする。（担当：大石、斉藤、supervisor：宮川、辰巳ほか）参考：
[[CLIO/ Tasks/ DigitalControl/ Caltech_setup|2．辰巳からの要望　の3]] 
== CLIO Digital ==

 CLIOのアナログ-デジタル間は、とりあえず以下のように構成されている。
||Analog input ||>||(Whitening Filter)||>|| Differential driver||>|| AntiAliasing Filter|| >|| ADC ||>|| Digital control ||>|| DAC ||>||AntiImaging Filter(=AA) ||>|| Differential Receiver ||>|| (Dewhitening Filter) ||>||Analog output||

近日中に、以下のように変更予定。
||Analog input ||>||Differential Driver||>||(Whitening filter)||>||AntiAliasing Filter||>||ADC||>||Digital Control||>||DAC||>||AntiImaging Filter(=AA)||>||Differential Receiver||>||(Dewhitening filter)||>||Analog output||

 （white/dewhite filterは雑音レベルを気にするときのみ使用。）<<BR>>
 2010年5月現在、CLIOでは、AA, DD,  DRの3種類の回路を試作済
 ([[http://gw.icrr.u-tokyo.ac.jp/JGWwiki/CLIO/Tasks/DigitalControl/TaskList|タスクリスト]]参照)。<<BR>>

 今後、CLIOの感度を出していくための基礎データとして、これらの構成要素の特性を調べ、記録していく。
 * アナログ回路の特性（伝達関数、雑音レベル）の測定には、スペアナを、
 * デジタル回路の特性（伝達関数、雑音レベルなど）の測定には、diaguuiを用いる。[[CLIO/Tasks/DigitalControl/PerformanceTest/Diaggui|Diagguiのつかいかた]]<<BR>>

 また、現時点で、入力の60Hzの振幅が大きく、dynamic rangeを制限する可能性があることが問題となっている。

== Calibration ==

 ADC(Analog-to-Digital Converter)は、アナログ信号をデジタルに変換するもので、CLIOで用いているのは、general standardsの[[http://www.generalstandards.com/view-products.php?product=pmc66-16ai64ssa|　PMC66-16AI64SSA-64-50MHz-MEM]](16bit, 64 single channel(=32 differential input), +/-10V(40Vp-p for differential) )
デジタル信号の1LSB(Least Significant Bit)は、rangeをビット数で割ったものになり、
 {{{
  1LSB=20V/16bit=20/65536=0.305mV
 }}}
入力においてこれより小さな値を識別することはできない（ただし、digital内部での処理は32bitで行われる）。<<BR>>
 まず、ADCのchannel 5-8において、入力信号が、Digital内部での値と整合するかのチェックを行った。
 AgilentのFunction Generatorから、+/-0.5Vの矩形波を入力し、振幅のカウント数が整合しているか測定した。
 振幅は、4channelにおいて、3263.34から3264.7程度のばらつきで、
 {{{
 1V/1LSB=3276.8
 }}}
 と比較すると、12LSB(0.4%)程度のずれがあり、また、+側に7LSBほどずれていたが、これらの振幅とオフセットは入力の信号によって若干変化するようであった。今回の測定では、この程度のずれは問題ないと考えられる。

== 雑音測定 ==

=== ADCの雑音スペクトル測定 ===
 まずADCの雑音を測定する。入力の差動入力をshortして、diagguiで測定した。[[attachment:input_shorted_ADC_powerspec_ch5_8.pdf]]

=== DACの雑音スペクトル測定 ===

 DAC1の雑音スペクトルを測定する。測定は、HP3562Aを使用した。設定は、POWER SPECモードで、入力couplingはAC、linear specで、周波数は100Hzと100kHzで測定した。表示はrms V/sqrt(Hz)。
 DRの出力スペクトルを、入力状態を3種類変えて、測定を行った。
 まず、AI(SN006)の入力をshortして、出力をDR(SN002)に接続し、その出力をみる。
 
||   ||shortedAI(SN006)>DR(SN002)||ZeroFilledDAC>AI(SN006)>DR(SN002)||
||グラフ||[[attachment:PS_SAI006_DR002.pdf]]||[attachment:PS_ZDAC_AI006_DR002.pdf]]||
||ch1||[[attachment:PS_SAI006_DR002_ch1_LF.txt]]||[[attachment:PS_ZDAC_AI006_DR002_ch1_LF.txt]]||
||   ||[[attachment:PS_SAI006_DR002_ch1_HF.txt]]||[[attachment:PS_ZDAC_AI006_DR002_ch1_HF.txt]]||
||ch2||[[attachment:PS_SAI006_DR002_ch2_LF.txt]]||[[attachment:PS_ZDAC_AI006_DR002_ch2_LF.txt]]||
||   ||[[attachment:PS_SAI006_DR002_ch2_HF.txt]]||[[attachment:PS_ZDAC_AI006_DR002_ch2_HF.txt]]||
||ch3||[[attachment:PS_SAI006_DR002_ch3_LF.txt]]||[[attachment:PS_ZDAC_AI006_DR002_ch3_LF.txt]]||
||   ||[[attachment:PS_SAI006_DR002_ch3_HF.txt]]||[[attachment:PS_ZDAC_AI006_DR002_ch3_HF.txt]]||
||ch4||[[attachment:PS_SAI006_DR002_ch4_LF.txt]]||[[attachment:PS_ZDAC_AI006_DR002_ch4_LF.txt]]||
||   ||[[attachment:PS_SAI006_DR002_ch4_HF.txt]]||[[attachment:PS_ZDAC_AI006_DR002_ch4_HF.txt]]||

== 伝達関数測定 ==
 
=== Differential Driverの測定 ===
 DDの各チャンネルが大きな問題なく動いているかどうかを確認するために、Hewlett Packardの3562Aを用いて、伝達関数の測定を行った。出力側はSR560で取った。結果、特に大きな問題はなさそう。位相の反転は要確認。
スペアナからのデータの取り出しについては、[[CLIO/SiteInfo/operation/DataTransfer |こちら]]を参照。<<BR>>

||型番||基盤番号||入力チャンネル||グラフ||テキストデータ||古いデータ(あれば)||
||0900061||SN001||1||[[attachment:TF_DD_SN001_gain.pdf]]||[[attachment:TF0900061SN001ch1.txt]]||||
||0900061||SN001||2||[[attachment:TF_DD_SN001_phase.pdf]]||[[attachment:TF0900061SN001ch2.txt]]||||
||0900061||SN001||3|| ||[[attachment:TF0900061SN001ch3.txt]]||||
||0900061||SN001||4|| ||[[attachment:TF0900061SN001ch4.txt]]||||
||0900061||SN002||1||[[attachment:TF_DD_SN002_gain.pdf]] ||[[attachment:TF0900061SN002ch1_rev.txt]]||[[attachment:TF0900061SN002ch1.txt]]||
||0900061||SN002||2||[[attachment:TF_DD_SN002_phase.pdf]]  ||[[attachment:TF0900061SN002ch2_rev.txt]]||[[attachment:TF0900061SN002ch2.txt]]||
||0900061||SN002||3|| ||[[attachment:TF0900061SN002ch3.txt]]||||
||0900061||SN002||4|| ||[[attachment:TF0900061SN002ch4.txt]]||||
||0900061||SN003||1||[[attachment:TF_DD_SN003_gain.pdf]]  ||[[attachment:TF0900061SN003ch1_rev.txt]]||[[attachment:TF0900061SN003ch1.txt]]||
||0900061||SN003||2||[[attachment:TF_DD_SN003_phase.pdf]]  ||[[attachment:TF0900061SN003ch2.txt]]||||
||0900061||SN003||3|| ||[[attachment:TF0900061SN003ch3.txt]]||||
||0900061||SN003||4|| ||[[attachment:TF0900061SN003ch4.txt]]||||
||0900061||SN004||1||[[attachment:TF_DD_SN004_gain.pdf]]  ||[[attachment:TF0900061SN004ch1.txt]]||||
||0900061||SN004||2||[[attachment:TF_DD_SN004_phase.pdf]]  ||[[attachment:TF0900061SN004ch2_rev.txt]]||[[attachment:TF0900061SN004ch2.txt]]||
||0900061||SN004||3|| ||[[attachment:TF0900061SN004ch3.txt]]||||
||0900061||SN004||4|| ||[[attachment:TF0900061SN004ch4_rev.txt]]||[[attachment:TF0900061SN004ch4.txt]]||

=== AntiAliasingFilterの測定 ===
AntiAliasingFilterは、現在Differential Driverと同じ基盤を使っているので、基盤番号はDDと同じになる。
よって、SNは005, 006としておく。伝達関数の測定は、HP3562Aを用いて行った。
今回は、65kHz付近の周波数分解能は600Hzほどで測定を行っているので、gain@65535Hzは、実際には65501Hzの値を読んでいる。
notch周波数の精度もその程度である。


||型番||基盤番号||入力ch||グラフ||テキストデータ||notch freq.||gain @ 65536Hz||
||0900061||SN005||1||[[attachment:TF_AA_SN005_gain.pdf]]||[[attachment:TF0900061SN005ch1.txt]]||68.391kHz||-72.9dB||
||0900061||SN005||2||[[attachment:TF_AA_SN005_phase.pdf]]||[[attachment:TF0900061SN005ch2.txt]]||70.794kHz||-70.2dB||
||0900061||SN005||3|| ||[[attachment:TF0900061SN005ch3.txt]]||70.794kHz||-71.3dB||
||0900061||SN005||4|| ||[[attachment:TF0900061SN005ch4.txt]]||70.794kHz||-71.6dB||
||0900061||SN006||1||[[attachment:TF_AA_SN006_gain.pdf]]||[[attachment:TF0900061SN006ch1.txt]]||68.391kHz||-72.9dB||
||0900061||SN006||2||[[attachment:TF_AA_SN006_phase.pdf]]||[[attachment:TF0900061SN006ch2.txt]]||68.391kHz||-73.0dB||
||0900061||SN006||3|| ||[[attachment:TF0900061SN006ch3.txt]]||70.794kHz||-70.9dB||
||0900061||SN006||4|| ||[[attachment:TF0900061SN006ch4.txt]]||70.794kHz||-71.8dB||

=== Differential Receiverの測定 ===

DRの各チャンネルが大きな問題なく動いているかどうかを確認するために、Hewlett Packardの3562Aを用いて、伝達関数の測定を行った。

||型番||基盤番号||入力チャンネル||グラフ||テキストデータ||古いデータ(あれば)||
||0900067||SN001||1||[[attachment:TF_DR_SN001_gain.pdf]]||[[attachment:TF0900067SN001ch1.txt]]||||
||0900067||SN001||2(gain1/2)||[[attachment:TF_DR_SN001_phase.pdf]]||[[attachment:TF0900067SN001ch2.txt]]||||
||0900067||SN001||3|| ||[[attachment:TF0900067SN001ch3.txt]]||||
||0900067||SN001||4|| ||[[attachment:TF0900067SN001ch4.txt]]||||
||0900067||SN002||1||[[attachment:TF_DR_SN002_gain.pdf]]||[[attachment:TF0900067SN002ch1.txt]]||||
||0900067||SN002||2||[[attachment:TF_DR_SN002_phase.pdf]]||[[attachment:TF0900067SN002ch2.txt]]||||
||0900067||SN002||3|| ||[[attachment:TF0900067SN002ch3.txt]]||||
||0900067||SN002||4|| ||[[attachment:TF0900067SN002ch4.txt]]||||

==　遅延時間の測定　==

== カップリング測定 ==

カップリングの測定は、ADC/DACでまず行う。