多目的測定器 APM-2

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2006/07/01 DSO部分の回路図とC#のソースを公開しました。

DSO部分回路図(他の部分はしばらくお待ちください)
C#プログラムソース
◇ FPGA VHDLソース(しばらくお待ちください)

回路図にはD2CADを使いました。 Eagleではシートが1枚なので全回路図がかけそうもなかったのと、今後基板を起こすときに、Eagleで書ける基板の大きさには収まりそうもないのが理由です。 昨日インストールして1日でなんとかこの程度の回路図がかけるようになりました。
今後基板のK2CADも試してみたいと思います。

2006/06/10 DSO の 2ch 目を作りました。 それに合わせて写真の変更と追記をしました。

2005/05/07 前に作っていた多目的測定器のデジタルオシロ(DSO Digital Storage Oscilloscope)部分が意外と性能が良かったのですが、残念なことに Cyclone のピン数、内部メモリー容量の制約のため1ch分しかつなぐことができませんでした。
そこで新たに DesignWave 誌 2005/JAN 付属の Spartan3 基板を使ってロジアナ部分+DSOに特化したものをつくりました。 こちらは電源を USB から取るようにして電源回路を簡略化しケースも千石で 530 円のものと大幅にコストダウンしました。
性能的には前の多目的測定器 APM-1 よりロジアナのチャンネル数が4つ増え、DSOも1chから2chになっています。 また信号発生器を新たに設計しなおし、サイン波: 0.05 〜 100KHz、矩形波: 0.05 〜 100MHz、パルス波: H幅/L幅それぞれ 1〜65535 x 10ns といろいろな信号が出力できるようになりました。


■フロントパネルから見たところ

front

アルミのパネルにつや消しフィルムに印刷したものを貼っています。 クリーム色を全体につけたのですがほとんど透明に見えます。
電源 SW は内部に青 LED をいれました。


■リアから見たところ
rear

USB は今は電源としてしか使っていませんが、サイプレスの AN2135 を USB チップとして載せてありますので今後 USB 対応する予定です。


■横から見たところ
rightside

ロジアナ入力はバッファ( LVC245 )の基板にはいり FPGA 基板とケーブルで接続します。
バッファの基板はアルミのサブシャーシ上にありメイン基板の DSO アナログ入力とシールドしています。


■サブシャーシをはずしたところ(メイン基板)
topinside

BNC コネクターは左上からDSO ch1入力、ch2入力、信号発生器出力です。
DSO ch1、ch2から入った信号はそれぞれのアンプを通ってADコンバーター、FPGAと送られます。
左上の白い四角 2 個がアナログ入力の AC/DC 切り替え、1/10 ATT 切り替えです。 緑色の部品はトリマーコンデンサーで、1/10 ATT と FET アンプの入力容量の調整用です。 その後 2SK241 2個のアクティブロードソースフォロワーに入り、OP アンプ( LMH6723 電流帰還OP 370MHz )に入ります。 この OP アンプで DC オフセット調整を行います。 次に、AD603(可変利得アンプ)でゲイン調整をしたあと、さらに OP アンプ( LMH6723 )に入りポジション調整をしたあと A/D変換(ADC08200 8bit 200MHz)にはいります(変換基板上)。 A/D 変換した信号は右上のデザインウェーブのスパルタン2基板に入ります。

左下の信号発生器出力 BNC のすぐ横は TC4W04 で矩形波とパルス波のバッファです。 サイン波のときはΔΣ1次ノイズシェーピング D/A 変換した信号を CR 1段の LPF でアナログ信号にしています(Sallen-Key の3次LPF に変更予定)。

TC4W04 の右にあるのは LM2662 で負電源をつくっています。 作った負電源は本来は定電圧化しノイズを落とすべきなのですが簡単に LC フィルターだけにしています。

その右は HC595 2個です。 1個はリレーのドライバー、もう1個は PWM D/A でオフセット調整、ゲイン調整、ポジション調整をしています。

右下の正方形の変換基板上は USB チップ(AN2135) です。



■1KHzのサイン波を発生させDSOで観測
dso_wave

内蔵信号発生器で1KHzのサイン波を発生させDSOで観測しました。 同時にロジアナにも入力しています。 ロジアナのスレッシュルドは1.4Vぐらいになっているようです。
信号発生器のサイン波はDDSで作った8ビットのサイン波形をΔΣ1次ノイズシェーピングDA変換しています。 サンプリング周波数は25MHzで100KHzのCR型LPFを通しています。 サイン波形は8ビット全部を使わず4〜251までにして低い周波数のノイズがでないようにしていますがCRの1次LPFなのでまだ高域のノイズが残っています。 Sallen−key3次LPFに変更する予定です。


■TCXOの12.8MHzをSN74LS393で分周したものを観測
dso_wave1

TCXO(12.8MHz)を SN74LS393 で分周し、ロジアナ4chとDSO2chで測定しています。
波形の上からロジアナにいれた4ch分、それを16進で表示したもの、符号なしアナログ信号として表示したもの、DSOのch1、ch2です。 DSOのch1はTCXO出力(12.8MHz)、ch2はそれを1/8分周したものです。

SN74LS393 は非同期カウンターなので分周出力の変化する時間はだんだん遅れていきます。 16進表示やアナログ表示にするとそれがよくわかります。

ch2はロジアナのDATA2と同じところを観測していますがTTL特有のHレベルの段差が見られます。 またch2とDATA2で立下りが一致していませんが、これはADC08200からの出力が6クロック(30ns)遅れてでてくるためです。 FPGA側で補正するか、PC側のソフトで補正するかを考えているところです。





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