多目的測定器

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現在製作中の多目的測定器です。 古い多目的測定器はこちらです。

簡易ネットワークアナライザをベースに CPLDをFPGAに変えて測定範囲の拡大(10KHz〜50MHz)、分解能をあげる、などの改良とロジアナ(200MHz、16ビット)デジタルオシロ(200MHz 8ビット)、周波数カウンタ(32ビット+32ビット、レシプロカル)、A/D2ch入力などの機能を加えて一体化し、アマチュアレベルの電子工作で必要な測定を1台で行えるようにする予定です。 100KHz、12ビットで入力信号をサンプリング、FFTアナライズして低周波の測定(周波数特性、ひずみ率)も可能です。


■2004/08/08 夏休みを利用してケース加工をしました。 タカチ製のケース(150(W)x80(H)x200(D))です。 ちょっと小さめなのですきまがほとんどありません。
フロントとリアはつや消しフィルムに印刷したものを貼り付け、その上にもう一枚同じものを保護用に貼っています。 写真ではわからないのですがところどころ気泡が入ってしまいました。
アルミ板のサブシャーシに基板を取り付けています。 フロントパネルにはねじが見えないようになっています。


■フロントパネルから見たところ

apm1_front1



■リアから見たところ
apm1_rear1

USBはシリアルの代わりにして高速化をしようかな〜っと思って穴だけ開けておきました。 右下は何もないと寂しいのでスペックを書いてあります。


■横から見たところ
apm1_side1

FPGA+CPU(H8/3664)基板、電源基板(A+5V、A−5V、D5V)が見えます。
アナログ信号回路の一部(入出力アンプ、ベクトル検波)は FPGA+CPU 基板にのっています。 D/Aコンバーター(基板の裏面に実装)は、AD9740(165MHz、10bit)です。 本来は165MHzまでのものですが、200MHzで無理やり動作させています。 入出力アンプは、HA5020(電流帰還型オペアンプ、100MHz)をバッファ(1倍)で使っています。
フロントパネルの電源スイッチは使わないで右上に別の電源スイッチが見えます。 フロントパネルに配線すると分解するのが面倒になるのでこのようにしています。


■サブシャーシ
apm1_inside1

L字形に曲げたアルミ板をBNCコネクターと共締めして固定し、そこに基板をスペーサーでねじ止めしています。


■VNA オーバーオール周波数特性
overall.png

オーバーオール特性は、D/A変換、出力バッファ、入力バッファ、ベクトル検波器をすべてとおした特性です。 バッファーアンプの実装が悪いのか40MHz付近でピークを持っていますが、なんとか50MHzまで使えそうな特性です。
低いほうは10KHzからとしていますが、1KHzぐらいから使えそうです。 低域の特性を決めているのはベクトル検波のあとのLPFなのでカットオフ周波数を切り替えるようにすればもっと低い周波数まで使えるようになります。 しかしそれにつれて測定にかかる時間も長くなりますので数Hzから測定できるようにするのは実用的ではありません。 そこで低い周波数はFFTで行うことを考えています。

簡易ネットワークアナライザのときは、Excel のマクロでシリアル通信し、Excel のグラフ機能でグラフ化していましたが、今回は専用のアプリをつくりました。 使った言語はC#です。
専用アプリを作ろうと考えたとき、言語を何にするかいろいろ考えました。 JAVA(SWT)、C++(WxWindows)、C# が残り、結局JAVAより洗練されていると思えたC#にしました。
割と簡単にこの程度のアプリが作れたのでとりあえず正解だったと思っています。
#しかしJAVAもC#もシリアルはサポート外なのね。



■水晶(11.4MHz)の測定結果
xtal114.png

ネットワークアナライザの特性の確認に水晶をよく使っています。
ピークからヌルポイントまでダイナミックレンジが広いこと、だいたいの特性は既知なので測定結果の正当性がわかることが理由です。
上のグラフは、11.440MHzから11.480MHzまでの周波数を1000分割して測定したものです。 今回のネットワークアナライザは周波数分解能は2.98Hzとなっていますのでこれぐらい細かい測定ができます。
グラフの0dBは測定上限(AD変換が飽和しない限界)でヌルポイントまで約80dBのダイナミックレンジが見て取れます。 低い周波数では90dB以上とれます。


■水晶フィルタ(14.318MHz)の測定結果
xtalfil14318.png

秋月で1個50円の14.318MHzの水晶を6個使ってラダ-型フィルターを作ってみました。
ジャンクの水晶でフィルターが簡単に作れます。 ジェネカバ受信機では水晶フィルターを可変帯域にし、BFOも可変にしてIFシフトを実装します。

ちなみに14.318MHzというのはNTSCのカラーサブキャリア3.579545MHzの4倍です。 良く売られている水晶で切りの悪い周波数のものはデジタルオーディオのサンプリング周波数とか、ボーレートとか何らかの意味があるものです。 で、11.4MHzというのはなんでしょうか?


今回から画像取り込みに Atropos というソフトを使っています。 こういう使いやすいソフトをフリーで提供していただけることに感謝したいと思います。




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