ちょっとTea Time!?ゲインフェーズアナライザを更新しよう！ 2025.4.3
ゲインフェーズアナライザは周波数特性や位相特性を調べるのに必要なもので、
約６年ほど前に作成して、一応ケースに入れて適時使っています。
性能的にも問題はないのですが、ちょっと気に入らないところもあって、
そろそろ更新を考えています。
実験用の電源＋ファンクションジェネレータにゲインフェーズアナライザも同居しています。
気に入らない点
測定が遅い！
これは部品をけちって、本来２個必要な同期検波部を１個で済ませて、
COS成分とSIN成分を時分割で測定しています。そのため、位相を切り替えたときに、
フィルターのハンチングが収まるまで待つ必要があるので、どうしても測定時間がかかります。
とく20Hzあたりの低周波数では１点測定するのに1秒程度はかかってしまいます。これをなんとか
高速にしたいところです。
PCがないと使えない
ユーザIFはPCにUSB接続して、TeraTERMなどの端末を起動しての操作になりますから、
すこし測定が面倒です。それに、周波数特性をグラフ化するためには、一度データをエクセルに
取り込むなどしなければなりません。やはり、ある程度はスタンドアロンで周波数特性などが
表示できるようにしたいところです。
持ち運びができない
実験用の電源＋ファンクションジェネレータと同居しているので、ちょっと視聴室で測定といったことが
できません。持ち出せるように独立化をさせたいです。
AD変換が１２ビット
この部分は直接的には関係がないかもしれませんが、同期検波したあとの電圧計測のADCの
分解能が12Bitとちょっと貧弱です。やはりこの部分は16Bitは欲しいところです。ここも気になる
ところです。
年内完成を目途に作るぞ
他にも色々とやりたいことはあるのですが、とりあえず年内完成を目指して進めます。
と、ノンビリモードです。
PICOでI/Oピン足りるかな？ 2025.5.5
マルチシステムのその１、その２とアンプ更新が完了したので、ようやくこちらの
作業にかけれそうです。
必要なICを頭に浮かべながら、必要なI/Oピン数を数えてみましたが、
なにも考えずに積み上げたら42個必要なことがわかりました。PICOのI/O数って
全部で26しかありません。秋月のRP2040ボードなら30は確保できます。
そこで、共用にできそうなところや、不要なところをまとめてみました。
I/O数は２９まで減らせそうです。これなら秋月ボードならなんとかなります。
しかし、まったく余裕がないのも考えものです。なにかを追加しようとしても
手がだせなくなってしまいます。
一度、回路図をきちんと書いてみる必要がありそうです。
|
必要ピン数
|
削減案 |
削減方法 |
| WVGA(800x480) |
13 |
11 |
RST,RDは固定(-2) |
| WVGA(タッチパネル） |
5 |
5 |
|
| DDS（3個） |
5 |
2 |
SDATAはWVGA共用(-3) |
| DDS用DAC（振幅調整） |
4 |
3 |
DATAはWVGA共用(-1) |
| ADC（2個） |
6 |
4 |
DIはWVGA共用(-2) |
| ゲイン調整リレー |
5 |
0 |
I2CのI/O EXTENDERを使用(-5) |
| 水晶発振(Si5351-I2C) |
2 |
2 |
|
| UART |
2 |
2 |
|
| 合計 |
42 |
29 |
|
回路図を書いてみると 2025.5.6
回路図を書いてみると、いろいろと付け足したい機能などがでてきます。
回路図かいてI/Oピンは１個減ることはわかりましたが、追加で１個増えたので、
結局トータルで２９本必要なのはかわりませんでした。
あと、この回路の中で一番絶対精度が高いのはADC（ADS8685）なので、
それをつかって自己校正ができるようにもしておきました。具体的には、
入出力信号を直接的にAD変換して、振幅値を計測できるようにしました。
振幅値を、振幅の最大値で測定するとノイズ分で嵩上げされる可能性が高いので、
電圧x時間の積分値から振幅値を割り出すようにすればいいでしょう。積分区間を
正確に１周期分とするために、DDSから周期信号がポーリングできるようにI/Oを
１本使います。これが、増えた原因です。
リレーは小型のものを８個ほどつかいます。
主要部分。自己校正ができるように考えてリレーを追加です。
ここは、秋月RP2040ボードと表示器の接続です。
電源部分です。アナログ部については、ドロップ電源とします。ひょっとしてDCDCでよいかもです。
一番使いそうな情報はこれになるでしょう。
1枚で収まりそう？
電源部分は別基板になりますが、信号処理部はなんとか１枚に収めたいものです。
さもないと、いらぬコネクタが増えてしまいます。で、必要になりそうな部品を配置してみましたが、
なんとか、実装できそうです。これに、抵抗やコンデンサが必要になりますが、まあなんとかなるでしょう。
抵抗は極力表面実装部品のものをつかい、両面実装も考えれば割とすんなりと収まるでしょう。
信号処理はなんとか１枚で収まりそうです。
夜な夜な製作 2025.5.8
毎夜、泡の出る麦茶を片手にちょびちょび製作です。
端から組み立てていきます。あとあと基板のスペースがなくならないように、出来るだけ
詰めて部品を配置していきます。
入力アンプ部分にはリレーが沢山必要になりますが.配置はこんなものかな？
一応、これですべての部品の実装が完了（のはず）。
ADCは１個足りない(右側）ので、注文中です。来週には到着するでしょう。
裏面はこんな感じです。
後日に配線チェックを行いましょう。
（ゆっくり、つづく）