2017年12月23日土曜日

高速DAC基板の出力スペクトラム測定、旧いスペアナの位相雑音特性がよい理由とは

以前のFMトランスミッタのポーティング作業が捗ったことに気をよくして、関心は別のプロジェクトに移っています。そこでAD9717を使った基板のデータが散逸する前に纏めておくことにします。わずか1ヶ月前のことなのに、どういう測定データだったっけ?と思い出しながらの作業になりました。

まずは、中心周波数10MHzでFMステレオのパイロット信号のみでFM変調を掛けたところです。それらしい波形ですが、キャリアの裾野がノイズっぽく見えます。


前作の波形と比較すると一目瞭然です。上の波形はRBW 30Hzまで絞り込んでいますがまったく追いつけていません。ひょっとしてノイズが乗りまくっているのでは??


それではDDSで10MHzのCW信号をつくり、位相雑音測定機能でダメっぷりを確認してみます。



DDSクロック信号77.824MHzは、セイコーエプソンのSPXO SG-210STF 12.228MHzとSi5338で生成しています。SPXOの位相雑音は良いはずなのでSi5338の性能に制約を受けているのか?それにしても期待より10dBほど悪く見えるから実装の問題、それとも測定系の限界なのか?疑心暗鬼が続きます。

そこで、位相雑音が低そうな他の信号と比較して基板が悪いのか、それとも測定系の限界なのかを切り分けることにしました。
次の波形は、ルビジウム発振器LPRO-101です。100kHzまでの範囲ではDDS出力と概ね同じです。他にも高品質そうなSPXOとも比較しましたが同じ傾向です。ということは、この波形は測定系の特性を見ているようなものだ、ということが推測できます。



ただ、前作(WCA230A)より今回(MS2691A)の測定器スペックが良いはずなのに測定結果は逆転しています。それを測定器の限界だと結論付けるのは納得がいきません。
WCA230仕様:  -105dBc/Hz @100kHzオフセット(中心周波数1.5GHz)
MS2691A仕様: -116dBc/Hz @100kHzオフセット(中心周波数2GHz)
・・・と1ヶ月を経て記事を纏めていたらその理由に気がつきました。WCA230では、20MHz以下の周波数帯ではベースバンド入力モードに切り替わり周波数変換機を迂回してA/D変換器に直結測定できていたから素晴らしい特性で測定できていたわけです。一方、MS2691Aは周波数変換器を1段通してからA/D変換することになるのでその点では不利になります。

出典:WCA230A Service Manual

出典:MS2691A個別カタログ

WCA230Aを手放してしまった今となっては実機で検証できませんが、ベースバンド測定ができるAPB-1APB-3を使えばMS2691Aを凌駕する測定ができるのでは?という気がしてきました。

2017年11月11日土曜日

高速DAC基板を動作させる

DE0-nanoでつくった1MHzのIQ信号の波形です。自作高速DAC基板が動作してくれなくて困ってましたが、DACへのクロック供給方法を間違えていてCLKINとDCLKIO同相にしたらあっさり動作。思い込みではダメですね、データシートにはちゃんと書いてありました。


この波形写真、TDS3014B内蔵Webサーバにアクセスできず、仕方なく画面をデジカメ撮影することに。Chrome/IE/EdgeともにNGでしたが、ブラウザの互換性を疑っています。

高速DAC基板について

14ビット 2chの高速DAC AD9717が乗っています。各種実験ができるようDAC出力にはフィルタをもうけず、IQ信号をSMAコネクタでそのまま出力します。
クロックは、Si5338でDACとDE0-nanoの各々に個別に変更できるようにしています。基板の一番下に付いてるのは、AVRマイコンでAD9717とSi5338の初期化に使います。
基板は4層でELECROWで製造して貰いました。







高速DAC基板の駄目なところ


  • DE0-nanoへLVDSでのクロックを供給するつもりでしたが、DE0-nano側に終端抵抗がなくて断念しました。
  • C25, FB3のシルク位置が逆。LDO出力の短絡で気が付きました。電源供給前にわかって良かった。



2017年7月3日月曜日

Raspberry Pi 回路図、拡張コネクタ、基板の外形寸法、電源の切り方

回路図

本家SCHEMATICSに掲載されています

拡張コネクタ


  • Raspberry Pi 3 Model BのGPIO拡張コネクタは40ピンヘッダで3.3V I/O
  • 拡張コネクタのGPIOピンの個別出力は16mAで各ピンの合計は50mA迄、ツール・ラボのページが詳しい
  • 拡張コネクタピンアサインはraspberrypi-spy.co.ukの図がわかりやすい。


基板の外形寸法

本家MECHANICAL DRAWINGSからRaspberry3の図です

電源の切り方

SSHして”sudo shutdown -h now"コマンドでOSをシャットダウン
GPIOにスイッチを付け、それをプログラムで監視してシャットダウン
いきなり電源を切りたい向きにはUPSを併用してシャットダウンさせる手法もあり

2017年6月30日金曜日

Quartusでデジタルフィルタ係数ROMの作成

Spartan3Eで作っていたFMトランスミッタのVerilogコードをDE0-nano(アルテラ)に移植しています。そこでIPコアのライセンスについて調べてみたら、Quartusライトエディションでは基本的な演算やハードIPは無償ですが、FIRフィルタやNCOを含むIP Base Suiteが有償オプションということになっています。これらのIPは、ライトエディションで使用できても、評価版という位置づけのようです。


係数ROMの作成

まずはデジタルフィルタのコードを移植です。係数ROMはハードIPなので、アルテラのハードIP "ROM: 1-PORT" をインスタンシエートします。基本的な機能は、ザイリンクスと同じなので同じ機能になるよう設定を進めます。ザイリンクスではフィルタの係数をCOEファイルで指定していましたが、アルテラでは、MIF(Memory Initialization File)かインテルHEXフォーマットを使います。このファイルは、QuartusでFile ⇒ New ⇒ Memory Initialization Fileとすると手入力できます。


とはいえ、係数は256行もあるのでエクセルで所定フォーマットに変換後、QuartusのMIFファイルにコピペ。Quartusのエディタを使うと係数データが2進数なのに、DATA_RADIX=UNS(Unsigned decimal)とされてエラーになるので"BIN"に修正しました。

MIFファイルのイメージ

WIDTH=18;
DEPTH=256;
ADDRESS_RADIX=UNS;
DATA_RADIX=BIN;
CONTENT BEGIN
0    :   000000000000000001;
1    :   000000000000000001;
2    :   000000000000000000;
3    :   111111111111111111;

2017年6月29日木曜日

Raspberry Pi セットアップ備忘録

Raspberry3 model BをWiFi接続/ディスプレイ・キーボード・マウスレスで運用しながらSSHでリモートログインできるまでの設定メモです。


1.準備したもの


  • RasberryPi 3B本体
  • マイクロSDカード Class10/16GB以上を選んだ
  • HDMI-DVI D 変換ケーブル、HDMIが映るモニターがあれば要りません
  • USBキーボード
  • USBマウス
  • microUSB電源、スマホの充電器を使います


2.OSのダウンロード


  • Noobs Lite、軽量でネットワークインストール前提のもの


3.SDカードの準備


  • SDカードフォーマッター でフォーマット、要はFAT32でフォーマットしてるみたい
  • 解凍したNoobs Liteの中身をコピーしておく


4.OSのインストール


  • SDカードをRasberryPiの挿入し、起動する。赤ランプが点灯するだけで変化しないときはカードの読み込みに失敗してる。SDのフォーマット形式など確認。
  • WiFiの設定を行う
  • Raspbianを指定してインストール、ネットワークインストールは結構時間かかる
  • LanguageはEnglish(US)とする


5.OSの初期設定


  • Preferences ⇒ Raspberry Pi Configuration

Change Password : (デフォルトユーザ)pi のパスワードを変更
Auto Login : Login as user pi はチェックのまま
Boot : CLI にチェック

  • Interfaces

SSH : Enabled に変更

  • Location

Locale: en, US, UTF-8
Timezone : Asia Tokyo
Wifi Country : JP Japan 

6.WLANのIPアドレスを固定する


  • 「/etc/dhcpcd.conf」ファイルを編集

コマンドラインから sudo nano /etc/dhcpcd.conf とし、最終行に次の内容を追加
(Ctrl+O 保存、Ctrl+X終了)
 
interface wlan0
inform 192.168.0.x/24 ⇒ 固定したいIPアドレス
static routers=192.168.0.x ⇒ デフォルトゲートウェイ
static domain_name_servers=192.168.1.x ⇒ DNS

  • sudo reboot として再起動
  • コンソールからifconfigとやるとIPアドレスを確認できる


7.リモートログイン


  • WindowsからTeraTermでアクセス
  • SSH接続中 TeraTermのウインドウにファイルをドラッグアンドドロップするとファイル転送ができる(!)ただし"SCP(Secure CoPy)"を選ぶこと


2017年6月19日月曜日

DE0-nano 拡張ボード: オーディオ入出力部 光コネクタのピンアサインを間違えた

オーディオの光出力が動作しません。しかも赤色の光が暗いし。よーく考えて配線ミスではと気づきデータシートを確認。ああ、OPT-TXのピン配線が逆だった!
光コネクタのGNDとVinがあべこべに接続されていました。光コネクタを取り外し、サーマルグランドのカット・パターンカット・ジャンパ線追加・コンデンサの接続替えで無事動作してくれました。



チェックしたはずなのに、なぜ間違えたんだろう。。。EVERLIGHTのPLT133/T10WのUsing Methodだけを見て設計すればよかったんですが、同じページにあるPackage DimensionとUsing Methodのピン番号が対応してないんですね。落とし穴にはまってしまいました。



2017年6月17日土曜日

ArduinoでPB6, PB7ピンを使う

Arduino NanoではATmega328のPB6, PB7ピンは外付け水晶発振器を接続するため操作できませんが、内蔵RC発振器を使う前提であればこの端子も使えるのではと考えました。これはpins_arduino.cの設定変更で対応できるようですが、私のArduino 1.8.2ではこのファイルがpins_arduino.hに変わっていました。

C:\Program Files (x86)\Arduino\hardware\arduino\avr\variants\standard\pins_arduino.h に追記・変更します。

#define NUM_DIGITAL_PINS            22

const uint8_t PROGMEM digital_pin_to_port_PGM[] = {
PD, /* 0 */
PD,
PD,
PD,
PD,
PD,
PD,
PD,
PB, /* 8 */
PB,
PB,
PB,
PB,
PB,
PC, /* 14 */
PC,
PC,
PC,
PC,
PC,
PB, /* 20 */ PB, /* 21 */};

const uint8_t PROGMEM digital_pin_to_bit_mask_PGM[] = {
_BV(0), /* 0, port D */
_BV(1),
_BV(2),
_BV(3),
_BV(4),
_BV(5),
_BV(6),
_BV(7),
_BV(0), /* 8, port B */
_BV(1),
_BV(2),
_BV(3),
_BV(4),
_BV(5),
_BV(0), /* 14, port C */
_BV(1),
_BV(2),
_BV(3),
_BV(4),
_BV(5),
_BV(6), /* 20 port B */
_BV(7), /* 21 port B */
};

const uint8_t PROGMEM digital_pin_to_timer_PGM[] = {
NOT_ON_TIMER, /* 0 - port D */
NOT_ON_TIMER,
NOT_ON_TIMER,
// on the ATmega168, digital pin 3 has hardware pwm
#if defined(__AVR_ATmega8__)
NOT_ON_TIMER,
#else
TIMER2B,
#endif
NOT_ON_TIMER,
// on the ATmega168, digital pins 5 and 6 have hardware pwm
#if defined(__AVR_ATmega8__)
NOT_ON_TIMER,
NOT_ON_TIMER,
#else
TIMER0B,
TIMER0A,
#endif
NOT_ON_TIMER,
NOT_ON_TIMER, /* 8 - port B */
TIMER1A,
TIMER1B,
#if defined(__AVR_ATmega8__)
TIMER2,
#else
TIMER2A,
#endif
NOT_ON_TIMER,
NOT_ON_TIMER,
NOT_ON_TIMER,
NOT_ON_TIMER, /* 14 - port C */
NOT_ON_TIMER,
NOT_ON_TIMER,
NOT_ON_TIMER,
NOT_ON_TIMER,
NOT_ON_TIMER, /* 20 */
NOT_ON_TIMER, /* 21 */
};