簡易ネットワークアナライザ 回路図

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回路図(PNG)

ノートに書いた手書きの回路図を Eagle で清書しましたので間違いがあるかもしれません。 疑問点などがあればご指摘ください。
また、パスコンなどは、各 IC 1個ごとに 0.1uF の積層セラミックコンデンサをいれ、要所要所に 33uF のケミコンをいれてありますが回路図では省略してあります。 実際につくるときには適宜追加してください。

■概要
ネットワークの特性を測るのに普通は正確に直交した2信号で直交検波するのが普通です。 DDS で正確に直交した信号をつくるには一度サイン波形にし急峻なフィルターで基本波のみにした上で再度矩形波に戻すことが必要です。  そのまま、I(0°)とQ(90°)の矩形波信号を作ると大きな誤差をもったものになります。
しかし、考えてみると正確に直交していなくてもある時間積分したなら同等の性能がでるのではないか?というアイデアのもとに試作したのがこの簡易ネットワークアナライザです。 2のべき乗−1の周波数のときに一番大きな誤差を生じますがフィルターのカットオフ周波数を低くすること、および AD 変換を複数回実行し積分効果を持たせることにより精度を確保しています。 複数回 AD 変換することにより S/N ( AD 精度) も向上します(信号は相関あり、ノイズは非相関なので)。


■説明
CPLD(EPM7128-15) で DDS を構成しています。 1KHz〜16776KHz まで 1KHz ステップ、64〜1048KHz まで 64Hz ステップの信号を生成します。 シミュレーションでの動作周波数をはるかに超えており私の場合偶然動いたということなのでスピードグレードの早いものを選んだほうがよいでしょう。 EPM7128 ならスピードグレードが -7 だと完璧です。 実際はスピードに余裕があるので少しぐらいシミュレーションでの動作周波数より高くても動作します。 これはアマチュアの特権ですね。
周波数の設定は AVR マイコンからシリアルで行っています。

6 ビットの DA変換(R-2R)した信号は 3 次 chebyshev LPF(fc=18MHz, 0.1dBripple) のあとエミフォロのバッファで出力します。 3 次 LPF の前についている 220 Ωと 150pF はアパーチャ補正ですがなくてもよいでしょう。
エミフォロのエミッタからリファレンス信号を取っています。(これはちょっと失敗です。 負荷が重いときに若干影響を受けています)

非測定物から戻ってきた信号はエミフォロのバッファを通って HC4053 に入ります。 HC4053 ではまず、REF/MESX 信号にてリファレンスと測定信号の切り替えをしたのち DDS からきた I信号(0°)とQ信号(90°)でスイッチし 1KΩと 0.1 でつくった LPF で DC に変換します(直交検波)。 生成された DC 信号は4つ(I+、I−、Q+、Q−)あり、I信号はI+とI−の差、Q信号はQ+とQ−の差になります。 このような構成にすることにより直流バイアス電圧に精度を要求されない、AD 変換を別々に行うことにより 1 ビット分精度が向上する、というメリットがあります。

AVR マイコンで 4 つの信号の AD 変換を行います。 AD 変換信号に大きなコンデンサ(0.1)がついていますので変換精度もあがります。

これら一連の動作はシリアルからコマンドが送られると開始し、結果を返します。 その結果から振幅、位相、を計算しグラフをつくりますがこの部分は Excel のマクロで作っています。 シリアル通信部分は EasyComm を使っています。


■問題点
これらの問題点を解消すべく FPGA をつかった多目的測定器をつくっているわけです。
ただ、今のままでも十分に使え、「ジェネカバの水晶フィルタをつくったり」していますので多目的測定器の進捗が遅れ気味です。





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