不務正業的Marketing

這篇文章的緣起 來自"原箱的共鳴"部落格格主 - Valley Wu 他自謙在這篇文章中只是個"裝配工" 所以就由我這個"測試工"負責把文章完成與同好分享囉 呵呵如同Vally兄已發表的作品 最終的成品都是漂亮又質感兼具的

我猜想只要是可以DIY的 Valley兄是不會買成品的 買新品再來個開箱文 這樣何趣之有? 其實我想Valley兄是想藉由DIY實際驗證理論與累積經驗 不然的話何苦花更多錢更多時間來自虐? (自虐是我自己個人的感覺 每次陷入debug深淵 我常想這真的是自虐呀 買成品就好 何必自討苦吃呀 呵呵)

Valley兄所選的這個機箱 應該是標準的六孔電源"分配器(distributor)" (或稱"排插") 講白一點就是高級電源延長線的機盒啦(但此機盒是金屬機殼 鋁質上蓋 不便宜喲) 為了放入EMI filter 但因機箱內部空間有限 所以有二孔是無法使用的 Valley兄當然不會做沒有sense的事 如上圖 一孔改為電源開關 另一孔改為電源指示燈

從成品的外觀來看 是否感覺渾然天成 不說的話 還以為是量身訂做的產品呢 呵呵

多言提醒一下 不要以為外觀差不多就都是"電源濾波器"喲 內部無濾波功能的只能稱之為"電源分配器"或"電源排插"喲

常討論的電源問題大致上有

1. 穩壓: 在家中的市電 可能因為長距離的傳輸而有損耗 或因為用電尖峰 而造成了電壓下降 如果您有機會不定時量測家中的市電電壓 應該可以發現電壓經常在理想值AC110V(或說115V)上下跳動而非定值 所以才有穩壓之必要

2. 消除雜訊: 對於雜訊的處理 又大略可以用以下二種方式處理

  2.1. 隔離

  2.2. 濾波

   (EMI, Electromagnetic interference)

3. 功率因素校正 (PFC, Power Factor Correction): 如果我記得沒錯的話 (快20年了 職場上沒用到 該忘的都差不多忘光 呵呵 最近還回老家把Millman的微電子學拿回來重讀 唉! 歲月不饒人呀) 大學時的電路學教授曾簡單的舉例 市售所謂的"節電器" 其實就是利用PFC 把功率因素Power Factor提高而已 因為此非本文重點 所以我就先跳過 不簡介了

4. 接地:

從上述對電源處理的簡單分類 您大約可以想像每一項都是要分開處理的 小小一台機器或小小一個插座就要有包山包海的功能是不可能的 (隔離變壓器多大一顆呀) 千萬不要被絢麗的廣告文案所誤導

此次Valley兄所DIY的電源濾波器功能僅只有2.2.濾波一項 (等同於市售千元級電源濾波器等級 也沒有比較陽春) 我就針對電源濾波這項目 簡單說明與分析如下

(註: Valley兄向來對線材的選用很有心得 這次的線材應該也不錯 如果有興趣的同好 可到"原箱的共鳴"留言與Valley兄討論 http://tw.myblog.yahoo.com/jw!tu._e_KEERsngeUWOEqcMw--)

這個就是市售電源濾波器的模組 (Vally兄選的一定都是好料的 呵呵 Schaffner瑞士製 30A高規格) 一端接Line(市電輸入) 另一端接Load(電源輸出到排插) 相當簡單易懂 其線路組成也相當標準

Cx=0.47uF, Cy: 10nF, & L=0.67mH

拿了手邊二個電源濾波器來比較分析 

1. DIY: 使用Schaffner EMI General-Purpose EMI FIlter

2. Castle OH-T8B: 手上的好像是第一代 目前量產中的應為第四代 售價約$1,400

3. Furutech e-68: 售價約$11,000 (我記得應該是好幾年前在音響展買的 當年好像七八千塊 現在漲到一萬多 要是現在我可能買不下手 呵呵)

EMI的量測方法是將雜訊由電源傳輸阻抗穩定網路 (Line impedance stabilization network，LISN) 取出以後，經過雜訊分離器(Noise separator)可得到想要的雜訊值，再以頻譜分析儀(Spectrum analyzer)進行量測

上述量測方法與上圖"傳導性EMI雜訊量測系統架構" 摘錄自 "傳導性ＥＭＩ量測系統的架構及原理" (作者: 林慶仁 宋自恆) http://www.earth.sinica.edu.tw/~crlin/EMI.PDF 

EMI的量測相當專業 由於器材受限 我當然無法run出一張專業的量測圖 所以只以手邊的訊號產生器來模擬高頻雜訊 並以示波器觀測經電源濾波器衰減後的波型來判斷效果 我相信理論正確 驗證邏輯也正確 產生的結果雖然簡單 但應該也很有參考價值

一般來說 傳導性的EMI的量測範圍在150KHz~30MHz

而我這次的量測範圍 (幾個測試點而已 60Hz / 600Hz / 5.8KHz / 56.8KHz / 680KHz) 其實是相對在較低頻範圍 (相對於最高範圍30MHz來說) 為什麼? 有代表性嗎?

1. 受限於器材 我手邊的訊號產生器最多可產生約2MHz的訊號

2. 其實如最後一張680KHz的波型來看 三個電源濾波器對這頻率以上(如1MHz以上)的訊號處理 效果都已差不多 就算放大來看 差別已很小 比較的意義不大

簡言之 我相信這三個電源濾波器在MHz級的雜訊處理效果相當 但在KHz級(如5.8KHz)效果 Furutech有相當突出的表現 所以節錄這幾個KHz級的測試點來說明

這是單波輸入電源濾波器 再從輸出端量測訊號 看不同頻率的訊號經電源濾波器處理後的衰減狀況

上圖為600Hz正絃波 三個電源濾波器的處理效果開始有差別 (輸入:2.0Vpp, DIY輸出約2.0Vpp, Castle輸出約1.9Vpp, & Furutech輸出約1.8Vpp)

這張圖可以看到其間最大的差別

輸入為2Vpp的5.8KHz正絃波 Furutech效果極佳 已將2Vpp的輸入電壓衰減為0.2Vpp 而DIY的輸出還在約1.4Vpp 另外Castle輸出約1.0Vpp

相當於在這個頻率 Furutech對雜訊的衰減值比DIY高上約16.9dB 也比Castle高上13.0dB (註: dB = 20 log (V2/V1))

這張圖是56.8KHz時的量測圖 您可以看到三個電源濾波器的效果開始接近了

而這張圖是680KHz時的量測圖 三個電源濾波器的效果幾乎相同 可以預測更高頻率時 三者之間的差別會更小

這張圖是幾個測試點的輸出電壓(Vpp)vs.頻率圖 (當然可以換成dB vs. Freq.)

可以想像的到Furutech的斜率會比較陡 而Furutech e-68的規格載明 Noise Filter: -10dB ~ -55dB (2~100MHz)

概算一下 在5.8KHz時 輸入:2.0Vpp & 輸出:0.2Vpp 換算成衰減率=-20dB 頻率越高 衰減率會越大 所以相信Furutech的規格所言不假

做完了單波測試 再來個複波測試就更有感覺了

上圖是60Hz+1KHz的複波 用來模擬60Hz的市電夾雜1KHz的雜訊

從Furutech輸出與原輸入波型比較 您應該可以看到相對高頻的1KHz模擬雜訊的振幅被衰減的相當多

這張是60Hz+2KHz的複波

跟第一張60Hz+1KHz的圖比較 您應該可以看到2KHz時模擬雜訊的振幅被衰減更多

這張是60Hz+5KHz的複波

Furutech對KHz級頻率雜訊的處理 已相當有效

這張是60Hz+10KHz的複波

Furutech的輸出波型顯示高頻雜訊已被大幅衰減 輸出波型已趨近於單純的60Hz

也如單波檢測時所示  Castle與DIY電源濾波器要到幾十KHz時 效果才會與Furutech e-68接近

個人才疏學淺  EMI相關的經驗與知識也還在累積中 本文中之理論推導與驗證邏輯 如有謬誤之處 請路過之前輩高手不吝指正 感謝!!

後記: Furutech e-68售價在萬元之譜且效果顯著 要以DIY數千元之成品超越e-68 相信有相當難處 且目前也小輸Castle OH-T8B 但在寫這篇文章的時候 搜文研究期間 心中浮現一二個方法 或許有機會改善DIY電源濾波器的效能 以後有機會的話試試看 如果成果不錯 就再寫篇Part 2吧 

但如果Part 2 遲遲沒有出現 那就當我沒說過囉 呵呵 (也有可能是沉潛迷航到不知處吧 唉!) 再次感謝瀏覽!! 謝謝!