オーディオネットワークアナライザー　ＡＮＡ−１

2007/07/15　世界最小？のネットワークアナライザー

オーディオ帯域のネットワークアナライザーがマイコン１個で作れると思いずーっと検討していました。　ただ、いままで使ってきたＡＶＲではＡＤＣの性能が１０ビット、最高７７ｋｓｐｓ（しかも最高のときは精度が落ちる）と低く、ＡＤｕＣ７０２６やＳＨ２（どちらも雑誌の付録基板が余っていた）で試作してみようと思っていたところにｄｓＰＩＣの基板がトラ技２００７年８月号に付録で付き、性能をみてみるとこの目的に十分のようでしたのでこれで試作してみることにしました。

性能は１Ｈｚ〜１００ＫＨｚで８０ｄＢ程度のダイナミックレンジを目標にしています。　ネットワーク測定（振幅、位相、群遅延）のほかにスペアナ、高調波だけ振幅測定し高調波歪を高速に測定するモードもつけたいと思っています。
パソコンをつかったスペアナにくらべ位相、群遅延が測れること、周波数レンジが広いことがメリット、ＤＡＣが１２ビットなのでダイナミックレンジが狭いことがデメリットです。

■試作した基板

基板の大きさは８０ｍｍｘ５０ｍｍです。　使っているのはｄｓＰＩＣ（トラ技付録基板）＋ＬＭ３５８（バッファー用）だけです。　ＤＡＣはＲ−２Ｒ、８ビットで、裏面に抵抗があります。

左上が電源端子、右上がシリアル入出力、左下が信号出力、右下が信号入力です。
ステレオプラグの手持ちが切れていたので線で直接ＤＳｕｂコネクターにつないでいるのが右上に見えています。

2007/07/21　簡単な測定ができるところまでできました

ｄｓＰＩＣははじめてなのでちょっと手間取りましたが、簡単な測定ができる程度までできました。
まだＤＳＰ部分（積和演算）を使っていませんし、Ｃ言語で全部書いていますがなんとか処理は間に合っているようです。　これから機能を追加するとともにＤＳＰ部分をつかったり、一部アセンブラーで書いたりしていこうと思います。

■ＴＷＩＮ−Ｔを測定してみたところ

Ｅｘｃｅｌで、 ＥａｓｙＣｏｍｍ を使ってコントロールしてデータを取り込み測定結果をグラフ表示しました。

１０Ｈｚ以下が落ちているのは入力のＣで７．２ＨｚのＨＰＦを形成しているためです。
また高域で位相の回転が多いのはＡＤ変換が２サンプル前のデータになる（群遅延が１０μＳある）ためです。

2007/07/29

今のプログラムでは低い周波数の測定時に直流（オペアンプのオフセット）の裾がかかってくるのを防ぐため窓関数をかけています。
信号生成とＩ軸、Ｑ軸検出のために三角関数のテーブルを持っていますのでそれを使ってハン（ハニング）窓関数としています。

■ハン（ハニング）窓の特性

プログラムで直流の最大値に設定して特性をとりました。　オフセットは実測で−４０ｄＢぐらいなので１０Ｈｚでぎりぎり−８０ｄＢになります。
データ数を増やすのは簡単（測定時間が増えるけど）なので裾の切れの良いガウス窓に変更することを考えていますが、その場合指数関数が必要になるので別テーブルとするとメモリーが足りなくなるかも．．．

エイリアス問題をどうにかしないといけないことがわかりました。

■ＬＰＦの特性

高域で位相が−９０°にならず、徐々に０°に戻っています。　また、振幅も−６ｄＢ／Ｏｃｔのカーブ（図の緑色点線）からはずれてきています。

ＡＤ変換割り込みでの実行時間は実測２．３μｓなのでＡＤ変換を２００ＫＨｚではなく４００ＫＨｚ（規格オーバー）にすることも可能です。　とりあえずデータ取り込みは同じ時間にしてＡＤ変換クロックだけを早くし３００ＫＨｚぐらいのサンプリングにしてみようかと思います。
あとＡＤ変換入力にＬＰＦを追加してみます。

これでエイリアスの影響がなくなればいいのですが．．．

2007/07/30

回路図をアップできないので現状の写真です。

■今現在の基板

ＲＢ０〜７でＲ−２ＲのＤＡコンバーターを作っています。　Ｒは５０ｋ（１００ｋを２個パラ）、２Ｒは１００ｋです。
> ＤＡ変換した出力は５Ｖから４７ｋ、ＧＮＤへ１００ｋでバイアスを与えてオペアンプのバッファーに入っています。　使っているオペアンプはＮＪＭ４５６０Ａ（本当はＮＪＭ４５５６にしようと思っていたが間違えた）です。

次に信号入力ですが、オペアンプのバッファにコンデンサを介して入っています。　オペアンプには２．９Ｖのバイアス電源（抵抗分圧＋コンデンサ）から１ＭΩでバイアスをかけています。　オペアンプの出力はＡＮ９につながっています。　ＡＮ８にはバイアス電源がつながっています。　バイアス電圧をよむことによりＤＣ分をキャンセルしています。　バイアスにつながっている抵抗が１Ｍと大きいのでバイアス電流による誤差がでるようです。

ＲＳ２３２ＣのＲＸですがＵ１ＡＲＸとＵ１ＲＸを１ｋでつないでいます。　ＴＸはＵ１ＴＸからデジトラで反転したものです。

１３．５ＭＨｚの水晶をつなげるようにしていますが、今は内蔵ＣＲ発振のままです。

しかし、トラ技のこの基板はＵ１ＡＴＸに変な回路でＬＥＤをつないでいるので使いにくいです。　素直に他の汎用ポートに別々にＬＥＤをつければいいのに．．．ブートローダーはポート設定を勝手に変えてるし．．．ブートローダーのソースが公開されていないから改造もできないし．．．（ブツブツ）