論文の公開元へStudy of Multiphase Networks, Noise Reduction for DC-DC Converters, and Stability Test for Electronic Systems
概要
この論文では、電子システムにおけるいくつかのノイズの問題と、多相ネットワーク、 DC-DC コンバーター、負帰還構成のアナログ回路の 3 種類のアナログ回路の試験の側面を扱った。低 IF 受信回路のイメージノイズ、DC-DC コンバーターのリップルノイズ、および負帰還構成のアナログ回路の減衰振動ノイズの研究を行った。この研究の焦点は、大量生産試験段階で高パフォーマンス、低ノイズ、および高安定性の優れた歩留まりを獲得するための回路網解析理論の基本的な概念である。この研究では、低 IF 受信回路、スイッチング変換器、および高次帰還システムのノイズの問題について実際の深い内容を解明した。この論文の主な貢献は、マルチソース回路網解析の重ね合わせ式、DC-DC 降圧変換器のリップル低減技術、および高次線形電子システムのリンギング試験である。拡張した重ね合わせ式、比較測定、および交流電流保存を、それらの動作を解析、シミュレーション、および予測するために導入した。
多相ネットワークは、多相フィルタ、複素フィルタ、直交信号生成回路などの無線通信システムで広く使用されている。拡大された重ね合わせの原理を適用することにより、多相ネットワークの伝達関数が容易に導き出されることが示されている。受動 RC 多相フィルタの正の周波数領域では、パスバンドゲインリップルは、コーシーの不等式定理に基づいてカットオフ周波数が定義される 2 つの RC バンドストップフィルタによって低減することを提案した。 4 次 Rauch、Tow-Thomas、および Akerberg-Mossberg 複素フィルタの伝達関数を調べた。シミュレーション結果を数学的解析と比較し、伝達関数の特性は同等であることを確認した。これらの概念をマルチソース回路解析理論へ組み込んだのは新規であり、回路理論、解析、および実装で新しい知見を得た。さらに、直交信号発生回路の実用設計も行った。寄生要素と R、C コンポーネントの値の変動により、実装回路で IQ 回路の不一致が発生する問題も見出した。
一部のアプリケーションでは、DC-DC コンバーターの時間応答、オーバーシュート現象、および出力電圧リップルに対する性能要求が非常に厳しい。電力変換器の電力段の簡略化されたモデルは、2 次の複雑な関数になる。拡散スペクトル技術と LC ハーモニックノッチフィルタを用いることを考案し、DC-DC コンバーターの出力リップルが小さく保たれてることを確認した。このノッチフィルタの受動インダクタを、設計したインピーダンス変換器に置き換えた。これらの手法により、大量生産試験段階で DC-DC コンバーターの歩留まりを大幅に向上させることができる。これらは、適応帰還回路網として、 DC-DC コンバーターの目的の出力電圧のサンプリングレベルを使用して、参照電圧と比較することに基づいている。したがって、変換器の電力段は、システム全体の動作を定義する。 DC-DC コンバーターのエネルギーは、電力段での負荷コンデンサーのバランス充放電時間に基づいて最大に伝播される。出力ポートに受動ハーモニックノッチフィルタを追加すると、電力段は 4 次の複素関数になり、位相余裕が 46 度から 49 度に改善され
る。リップルも 11mVpp から 5mVpp に低減でき、これは 5 V の目的の出力電圧と比較される。その結果、電圧リップルのスペクトルも-35dBV から-38dBV に最小化される。従来のナイキスト安定性基準の限界を克服するために、DC-DC 降圧変換器の電力段の新しい位相余裕試験を提案した。数学的解析と測定結果とを比較すると、自己ループ関数の特性は同じであることが確認できた。
高次システムの自己ループ関数のニコルズ線図は、相対的な安定性に関する有用な情報を提供することを示した。このチャートは、内部の設計を提供し、安定性が達成された位相余裕を明示する。アナログフィルタ、アンプ、または負帰還構成のオペレーショナルアンプ回路網の伝達関数で自己ループ関数を導出するために、比較測定と交流電流保存方法を導入した。安定性試験は、自己ループ関数のユニティゲインでの位相余裕の調査によって実行される。位相余裕の理論的解析は、MATLAB 計算、SPICE シミュレーショ ン、および実際の測定によって検証される。これらのシステムの動作領域は、過減衰、臨界減衰、および過小減衰に場合分けできる。アンダーダンピングの場合、リンギングはダンピングされた発振ノイズを引き起こし、システムを不安定にする。動作領域は、パスカルの三角形に基づいて理論的に定義できることを示した。自己ループ関数のニコルズ線図は、電子システムの安定性試験に役立つツールになることを示した。
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