『CKHモデリング』の特徴(2)--「CKHMメソッド」

 「CKHMメソッド」とは?

 ◆「CKHメソッド」は、「CKHモデル」作成の基本原則ですが、回路設計者がぜひ身に付けたい実践的な回路設計ノウハウでもあるのです。

@基本回路モデルの選定の原則: 基本機能を果たす回路部分を取り出す

A入出力の最適化の原則: 入出力と周辺回路の接続の最適化

B機能の明確化の原則:要求される機能を、式または数値で明確化

C電源とDC動作の安定化の原則:適切な電源とDC動作点を安定に

DAC動作の安定化の原則:歪みなく、あらゆる条件変化で安定に


 @基本回路モデルの選定の原則

CKHモデリング」では、目的とする「機能」から「基本回路モデル」を選定し、その「基本回路モデル」を活用するのに必要なノウハウを整理して行きます。そして「機能」「基本回路モデル」をリンクさせるのが原則です。
 下図では、「機能」としての伝達関数に対して、「基本回路モデル」であるアクティブ・フィルタ回路を選定されている状態です。


 つまり「CKHモデリング」では、

(a)目的とする「機能」から「基本回路モデル」を選択できる。

(b)「基本回路モデル」から「機能」がわかる。

ことを目指します。

  従って、「CKHモデリング」を通して、CKHモデル」を数多く蓄積することは、この「機能」とリンクした「基本回路モデル」の選択肢を沢山持ち、しかも整理された形で持っていることであり、回路エンジニアとして強い武器となります。

 A入出力の最適化の原則

 

 ◆「基本回路モデル」の入力及び出力に接続される回路との信号の伝達で、

(a)回路間の入出力の間で、信号の伝送損失が少ない。

 入出力インピーダンスを把握し、信号が電圧、電流、電力の場合で分けて最適化する。

(b)入力側に接続する回路や出力側に接続される回路で、伝達特性への影響が少ないこと。特に周波数特性、歪の発生が少ないこと。

(c)入出力側回路からの過電圧・過電流への保護回路の最適化

 特に、(a)及び(b)では、信号源側の出力インピーダンス及び出力側の負荷となるインピーダンスの影響が少なくなる回路方式であることが望まれます。
 また(c)では、基本回路モデル側の入出力のインピーダンスも係りますが、それ以上に入出力回路の耐電圧・耐電流(過負荷電流)や最大電力損失など配慮する必要があります。


 B機能の明確化の原則

◆@の回路モデル選定の原則にあるように、「機能」はその「基本回路モデル」の性能や特性とリンクしている重要項目です。従って、

(a)要求される機能は、式や数値で明確にする。

  更に機能は、入出力の要件も満足することが重要(入出力の条件により、「機能」も変化することがある。

(b)「機能」と「基本回路モデル」がリンクしている。
 前述のように、「機能」は式や数値で明確であることが重要であるが、「機能」をイメージとして捉えることも重要です。
 前項@での機能(伝送関数)の式からは、下図のような振幅-周波数特性や位相-周波数特性を直感的に把握することは不可能ですが、シミュレーションのグラフからは一目瞭全です。
 このように「機能」と「回路モデル」の関係をイメージでリンクできることは回路シミュレーションの大きな利点です。



 C電源とDC動作の安定化の原則

◆「基本回路モデル」を活用し、適切に動作さ接ためには適切な電源を供給し、適切なDC動作をさせる必要があります。

(a)「基本回路モデル」で要求機能により適正な電源供給

 要求される回路の入出力電圧/消費電力により供給電源を適正に設定する。

(b)「基本回路モデル」の動作は安定である。

 回路が正常に動作するためには、AC動作の基準となるDC動作点が常に安定であることが必要です。そのためには供給電源が安定であることと同時に、バイアス回路などDC動作を設定する回路が安定に動作することが求められます。


 DAC動作の安定化の原則

◆「基本回路モデル」をAC動作させる場合、回路内部の変化だけでなく、入力側/出力側の周辺回路からの影響を受けないことも必要です。

(a)AC動作では、周波数特性、歪特性など変化が少なく、安定に動作する。

 また周辺回路による影響が受け難く安定であること。

(b)発振や異常動作などに対しての余裕を検証しておく。

 負帰還回路などでは、位相余裕や利得余裕の確認をする。


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