前陣子常用的雙電源電供 (agilent E3631A, 原廠號稱的漣波峰對峰值 20-20MHz是小於 2mV, 不過手頭這台有點瑕疵, 搞不好根本不到這個規格) 掛掉了, 正好手邊還有不少 317/337 的穩壓模組, 買來嘗鮮的 TPS7A4701/3301 的低噪 LDO 模組也收到, 就順勢弄了一組簡單的正負 12V 電供, 順便把手邊有的線性電源量測一番. 用耳朵來驗收 TPS LDO 模組的效果.
AC 進來先透過一組外掛 A2151A/C6011A 電晶體(電壓調節還是靠 317/337)的大功率整流穩壓模組, 然後將直流輸出給 LDO 模組整成 op-amp 耳擴線路需要的正負 12V. 原設計是變壓器輸出 15VAC (過二極體整流完大概 20V) 過 LM317/337 整成 16-18V , 最後再饋入 LDO, 不過手邊只有拆來的 AC12V 就將就用了. 理論上 LDO 的壓降其實可以很低 (幾百個 mV ), 不過測試上輸入電壓高一點後面比較有調整空間. LDO 負電壓的 TPS7A3301 透過兩根外接電阻比例就可以調出需要的電壓, 4701 則是版子買來就做好指撥開關方便切換 IC 內部的迴授電阻對, 改成跟 TPS7A3301 一樣的調整方式好像也不會比較好就不改了. (IC 內部的參考電阻一定比較穩定啊)
耳擴的線路基本上就是 GMP450pro 專用 OP 擴 (之後 layout 成 PCB 每個聲道會用三組 op 當 buffer, 還會把 LME49710 改成 LME49990 來試試), 目前的版本簡單拿銅板挖孔搭棚焊件, 配合 RCA 鍍銠頭和 Nuetrik 的 6.3 自鎖座
假組試一下空間夠不夠
最後噴上防氧化的透明漆, 等固定架硬化就完成. 嚴格說起來上蓋應該還要鑽孔留換 OP 的孔位. 這個擴大概也聽 200-300 hr 以上, 配合 450pro 聲底走向清亮通透, 動態表現不俗.
接下來簡單介紹一下我測試線性電源的方式: 基本上參考 JEITA RC-9132C 對於交換式電源特性量測的規範, 電源輸出用 60cm 長 24 AWG 的多芯線對絞, 末端加上 47uF 電解電容與 0.1nF 陶瓷電容當成負載順便多砍一些高頻雜訊
接下來簡單介紹一下我測試線性電源的方式: 基本上參考 JEITA RC-9132C 對於交換式電源特性量測的規範, 電源輸出用 60cm 長 24 AWG 的多芯線對絞, 末端加上 47uF 電解電容與 0.1nF 陶瓷電容當成負載順便多砍一些高頻雜訊
主要量測儀器使用 LaCroy 200MHz,2GS/s 配合 6MHz (1:1) 探棒在 AC 1Mohm 檔位量測, 順便開 20MHz 數位濾波多擋掉一些高頻雜訊. 嚴格說起來應該要用差動探棒配合做好阻抗匹配的 BNC 線用 50 ohm 檔位來量, 不過示波器用3轉2接頭這種骯髒手段勉強能量到需要的資訊. 另外我也試過用六位半的裝上型電表來量測, 不過大概只能反映出 0.1-10Hz 的雜訊浮動, 大約都在 50uV-100uV 之間, 其實無法很好的判定出 LM317/337 與 TPS7A LDO 特性上的差異.以下大概測量了幾種常用(工業 or 學術意味) 線性電壓源
1. 美商國家儀器的可程式控制 smu 卡 pxi-4132 , 0-100V, 2W, 規格漣波峰值: <70 uV_pp (0.1-10Hz) 建議售價:16萬
2. Agilent (現在變成 Keysight) E3646A, 0-20V, 1.5A , 規格漣波峰值: <5V_pp (20-20MHz) 建議售價: 3.8萬
3. 明緯交換式電源 DRA-240, 24V, 10A, 規格漣波峰值: <80mV_pp (類 JEITA 測試, 20MHz) 建議售價: 1千
4. (普通變壓器輸入) 大電流 LM317模組 (文後稱 LM317-A), 建議售價: 四百
5. (環型變壓器輸入) diyResearch 的 LM317 迷你雙電源 (文後稱 LM317-B), 建議售價: 三百
6. smt 元件+ 固態電容小電流 LM317 模組(文後稱 LM317-C), 建議售價: 一百
7. 大陸製 TPS7A4701/3301 LDO 模組, 使用貼片鉭電容, 建議售價: 五百
以下先列出測試數據與結論:
1. 美商國家儀器的可程式控制 smu 卡 pxi-4132 , 0-100V, 2W, 規格漣波峰值: <70 uV_pp (0.1-10Hz) 建議售價:16萬
2. Agilent (現在變成 Keysight) E3646A, 0-20V, 1.5A , 規格漣波峰值: <5V_pp (20-20MHz) 建議售價: 3.8萬
3. 明緯交換式電源 DRA-240, 24V, 10A, 規格漣波峰值: <80mV_pp (類 JEITA 測試, 20MHz) 建議售價: 1千
4. (普通變壓器輸入) 大電流 LM317模組 (文後稱 LM317-A), 建議售價: 四百
5. (環型變壓器輸入) diyResearch 的 LM317 迷你雙電源 (文後稱 LM317-B), 建議售價: 三百
6. smt 元件+ 固態電容小電流 LM317 模組(文後稱 LM317-C), 建議售價: 一百
7. 大陸製 TPS7A4701/3301 LDO 模組, 使用貼片鉭電容, 建議售價: 五百
以下先列出測試數據與結論:
這裡的 rms 在示波器 AC 1M ohm 量測下可以理解為 standard deviation (其實表格裡不能寫 rms , 會造成混淆,不過圖懶得改了) 簡單講固緯的交換式電源基本上規格標示算是有良心(我也量過一些雜牌機, 能符合規格的真的不多), 但是以交換式電源作為前級饋入任何線性穩壓模組都很難有效地降低雜訊峰對峰值。架構跟選料夠好的 LM317模組不遜於超低雜訊的 TPS7A LDO (diyResearch 的板子令人驚豔), 輸出端的濾波電容應該是關鍵,之後大概會以固態電容或鉭電容配合 WIMA MKP 來設計. 推測目前可以作到參數最好的組合應該就是 環變 -> LM317 -> TPS7A LDO, 最近也進了一批 UCC 的 Golden Reference Regulator , 估計這塊板子的雜訊也是超低等級.
工業用的可程式控制電壓源認真講我覺得不會比作到極致的電源好,其價值大多體現在高電流輸出, 高精度的 A/D (回授控電壓) 跟 offset 補償之類的 (保證面板設定的數值誤差量年變化或溫度係數只有幾 ppm 之類的), ripple 表現也就一般般。 當然也可以拿這種電源作為第一級穩壓整流,你會發現這類機台的 60Hz 抑制比都非常好,只是成本相當高。另外值得一提的就是各家對於雜訊漣波的定義不太一樣,有的給的是 0.1-10Hz , 這個比較接近一般op 放大器給的 spec, 通常都是接一組帶通濾波器再餵給量測儀器. 不過我覺得比較有參考價值的反而是 20-20MHz 這種的,這一項比較容易看得出差異。
工業用的可程式控制電壓源認真講我覺得不會比作到極致的電源好,其價值大多體現在高電流輸出, 高精度的 A/D (回授控電壓) 跟 offset 補償之類的 (保證面板設定的數值誤差量年變化或溫度係數只有幾 ppm 之類的), ripple 表現也就一般般。 當然也可以拿這種電源作為第一級穩壓整流,你會發現這類機台的 60Hz 抑制比都非常好,只是成本相當高。另外值得一提的就是各家對於雜訊漣波的定義不太一樣,有的給的是 0.1-10Hz , 這個比較接近一般op 放大器給的 spec, 通常都是接一組帶通濾波器再餵給量測儀器. 不過我覺得比較有參考價值的反而是 20-20MHz 這種的,這一項比較容易看得出差異。
最後在聽感上,我認為 TPS7A4701/3301 在我的系統上還是優於一般的 LM317/337 ,整個舞台感與空間感有變大的,動態對比較大的交響表現不錯(背景黑,大音壓的地方還不會爆掉,整體活生感不錯)反應前端的能力好像有更好一些(A/B test 還不夠多所以可能只是錯覺,也沒有十萬級的 dac 老實講只能挑掉不好的)。整個系統最神奇的地方應該搭配低頻量感相對少的 450pro 來播放一些有壓縮過的 live 錄音的時候會有很立體的效果,比如說あおむし(二木蒼生) 2014/03/09 新橋りぼん歌劇団 (https://youtu.be/ff8rjdc-5D4) 這個錄音就可以很明顯感受到舞台空間的感覺,一樣的前端捅過 X2,HD600, K7XX 堂音跟殘饗聽起來都不太對勁, 讓它變成我唯一可以用來隨便聽 youtube 的系統 (感覺走偏了但是很好用). 另外一段我很喜歡的 live 錄音是 Aya Matsuura ( 松浦亜弥 ) - Melodies ( メロディーズ ) Live (https://youtu.be/Xq6zHkRMjeo),或者像 ベン・トー OP「LIVE for LIFE~狼たちの夜~」(https://youtu.be/Fz5jSYZfuHk) 這類加了大量電子合成的音源(布袋戲很多都這種,霹靂原聲帶我大概從 99年收集到 08年左右)很多用好一些的系統放起來都很空洞或者說不耐聽
電路性能方面我認為線性電源的關鍵除了雜訊峰值以外,也許動態響應的部份才是關鍵,以規格上提到的就是 load transient 這項參數,觀察穩壓模組在輸出電流由零切換成負載值(通常是 1A 或者 1.5A)輸出電壓的變化狀態, 這項參數感覺是 CMOS LDO 與傳統三端子穩壓 IC 有比較大差異的地方
當然你可能會懷疑一個量測設定在輸出 15V, 一個設定在 3.3V 可能不太公平,不過我覺得兩者的 load trasiient 根本不同一個檔次,TPS7A4701 在這方面應該要遠勝過一般的 317 才對。這部份的測試就等我弄好 UCC 穩壓套件和測試治具再跟大家分享吧