迷走の果て・Tiny Objects

迷走する日々の覚え書きです。自分で分かってることは省略してますので、念のため。

1999表示LCD20V電圧計モジュールを試す(1)

アマゾンでLCD20V電圧計モジュールを購入しました。(上のモジュールは改造してます)
TY3150-DVと表示があります。
TY3150-DV裏表

2線式で、商品説明ではわかりませんが1999表示です。7.2V以上で動作します。消費電流は約7mAでした。
下の写真のようにバックライトを切ってもちゃんと読めます。バックライトを切ると電流は約2mAになります。
TY3150-DVプラス表示

さらに改造して3線式にすると負電圧も測れるようになりました。
TY3150-DVマイナス表示

改造は簡単で、三端子レギュレータの入出力を外し外部電源(5V)をつなぎます。
この時の消費電流は約0.4mAとなりました。三端子レギュレータへの入力電流がなくなったのでさらに低電流になります。
TY3150-DV改造

一部ですが回路を調べてみました。
改造には×印の部分を外します。このままでは正電圧の時、ダイオードが導通することがあるので、場合によってはダイオードを外したほうがいいです。
TY3150-DV回路図
単電源で負電圧をどうやって測れるのか疑問だったのですが、入力電圧にVCCのゲタをはかせているのが分かります。
ただこうした回路なので入力開放で表示は0Vにはなりません。私の場合は2.6Vと表示されました。
入力短絡では0Vと表示されますが、ゲタ(オフセット)のVCCは安定化しておく必要があります。ゼロ調整はVR2で行います。
回路図には載せてませんが、スケール調整はVR1で行います。(下の写真の左上の半固定抵抗)
TY3150-DV改造3

簡単な改造で5V0.4mA動作の負電圧まで測れる電圧計になります。

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AD9850 DDSモジュールを試す(9) またまたフィルタの変更とsinc関数

またまたフィルタを変更しました。
前と同じくランド法で作りました。ちなみにランド方式とも呼ぶようです。
filter7写真
インダクタ4個使ってます。
前の記事はインダクタを6個使ってますが、合成のためで実質的には3個です。

LTspiceによるシミュレーション。
カットオフ12MHz、特性インピーダンス270Ωとしたfilter7_no_notchをまず計算で求め、次に15MHzにノッチを持たせるためにC2とC7を追加したのが今回製作したフィルタです。
LPFシミュレーションfilter7

さて測定結果です。
出力特性filter7

実は前の結果もそうですが、シミュレーションと違ってフラットになってません。
設計ミスを疑ったのですが、実は原因は別にありました。
それはDAコンバータの出力が零次ホールドだからです。
詳しくはこちらに書いてあります。

D-Aコンバータの高域特性を改善する

出力はsinc関数により減衰してしまうということです。

周波数をf、サンプル周波数をfsととします。
F=f/fs
とすれば、振幅特性は
H(F)=sin(π*F)/(π*F)
となります。
出力周波数10MHzとすればAD9833のクロックは25MHzですから、上式から
H(F)=0.757
となります。
低い周波数では出力は約300mVp-pありますから計算上227mVp-pになってしまいます。
実測値は計算より10%ほど小さいのですが、原因はわかりません。
測定誤差か、LPFのカットオフ周波数付近なので部品定数のばらつきにより振幅特性が暴れているせいかもしれません。

先に引用した記事には対策が述べられてます。
AD9833のクロックを上げることはできないので、周波数を低く抑えて使うか、ポストフィルタを入れるかのどちらかになります。

実はポストフィルタをLM7171を使ってシミュレーション中です。

ところで先に引用した記事には一部間違いがあります。
赤字で記しておきました。
postEQfilterEDNの記事


AD9833 DDSモジュールを試す(8)AD9833の出力インピーダンスは本当に200Ωなのか?

私が買ったAD9833モジュールの出力は無負荷で約620mVp-pあります。
AD9833のデータシートによると出力抵抗は200Ωとなっています。
ad9833機能ブロック図_日本語データシート1p

LPFは特性インピーダンス200Ωで計算し、部品を集めて作りました。当然200Ωで終端しています。
でも出力は半分以下の270mVp-p程度しかありません。単純に計算すると出力インピーダンスは約260Ωとなります。
計算上は30パーセント多いのですが、こんなもんなんでしょうか?

シミュレーション上では200Ω終端でも260Ω終端でも通過域はほぼフラットなんですが、レベルが下がるのがいやなので結局作り直しました。
手持ちの部品でまかないました。260Ωなんて抵抗はないので270Ωとしました。
C9は20MHzぐらいでノッチを作って減衰域での特性改善を図って入れてみました。
filter6回路図

LTSpiceでのシミュレーション結果、out2はノッチなしです。
LPFシミュレーションfilter6

実測結果、出力レベルは約300mVp-pとなりました。
出力特性filter6

フィルタ入力と出力の波形を見てみました。
出力5MHzでのfilter6の入力と出力波形です。
上が出力、下が入力。

続きを読む »

浮いた金属を作るな

浮いた金属は作らない
宮崎技術研究所の技術講座12.ケースとケース内配線


知ってたつもりなんですけど、「浮いた金属は作るな」

以前から気にはなっていたのだが、オシロスコープの輝線がどうにもぼやけている、ノイズか?
困ったもんだと思ってたら、急に気づきました。
今使ってる机は金属製なんです。(以前は木製)
オシロのGNDとつながっていない、電気的に浮いた大きな金属上で使ってたわけです。
机の天板の裏を覗いたらなぜがねじ穴がある、ねじを入れて導線をオシロにつないだら、問題解消。
いや、お恥ずかしい。
机を文字通りグランドに落せればいいんですが。

浮いた金属を作るな

AD9833 DDSモジュールを試す(7)またまた出力フィルタの変更とランド法

またまた出力フィルタを変更してしまいました、どこま行くのやら^^;;;
実装にはランド法を使ってみました、部品交換が容易そうなので.。
ランド法についてはこちらを参考にさせていただきました。

ランド法によるプリント基板製作法
ランド法


昔からある方法なのですが、私は初めてです。短冊状に基盤をカットします。
ランド法1

それをニッパで切ります。飛んでいってしまわないようにビニール袋に入れて切りました。
ランド法2

接着剤ではなく両面テープでランドをくっつけてます。
ランド法3

ランド法4

肝心のフィルタですが、前の記事と同じくLCフィルタ設計技法の24ページ目
2~10段 バターワース特性 正規化LPF回路
の並列枝入力n=7です。
計算が面倒なのでエクセルで簡単なワークシートを作りました。
n=9の場合も計算だけはしてありますが、さすがに作る気はしません(今のところ)
シミュレーションです、カットオフ周波数を10MHzとしました。
out1が計算上の値、filter5が実際に手に入れた部品での値です。計算どおりの部品ではないのでカットオフ周波数は9MHzぐらいになります。filter4は前の記事のfilter4です。
シミュレーション上はAD9833モジュールのクロックである25MHzの減推量がfilter4に比べて少ないですが、それでも-50dBはある(はず)です。
LPFシミュレーション4

実測結果。
filter4_5実測

AD9833 DDSモジュールを試す(6)

5MHz正弦波、動作するようになったばかりのときに撮った写真で、モジュール上のコンデンサは外してません。X軸0.1μS/div。
5MHz正弦波

同じ5MHz正弦波、先の記事のfilter4出力です。
5MHz正弦波LPFout

100Hz、1KHz、5KHzのスペクトル、2次、3次高調波のレベルはほぼ同じです。
FFT100Hz.jpg

FFT1KHz.jpg

FFT5KHz.jpg

AD9833 DDSモジュールを試す(5)出力フィルタをつける(3)

フィルターを変更しました。先の記事のフィルタはバターワースフィルタではありませんでした。
フィルタの設計についてはLCフィルタ設計技法を参考にさせていただきました。
このPDFの24ページ目
2~10段 バターワース特性 正規化LPF回路
の並列枝入力n=3 n=5 を作ってみました。正規化してあるので部品定数は計算する必要がありますが、その計算式も書いてあります。
普通はカットオフ周波数を決めてから部品定数を計算するのでしょうが、前回と同じく入手しやすいインダクタから他の定数を決めるという方法をとりました。
AD9833モジュールはクロックが25MHzですので出力周波数としてはその数分の一程度にします。
実験では10MHzも出せましたが、クロック25MHzで出力10MHzとなると2.5クロックで正弦波1周期では相当切れのいいフィルタが必要になるでしょう、私の技術と測定環境では到底無理。
とりあえず最高出力周波数は5MHzとしてフィルタのカットオフ周波数は7MHzぐらいとしました。
カットオフ周波数を5MHzにすると出力5MHzで3dB減少してしてしまいます、-3dBは約0.7倍ですからカットオフ周波数は高めにします。

フィルタの回路、filter3 と filter4 が今回作ったフィルタです。
filter4 では 3.9μH を二個直列接続していますが、適当なインダクタが見つからなかったためです。
計算上7.5μH位が必要でアミドン トロイダルコア T-37 #6に巻くということも考えましたが、50回ほど巻かなければならないので止めました。
filter4 の C9 は L5 L6 とで共振周波数をAD9833のクロックの25MHz位にして特性向上を狙ったものですが、うまくいくかどうか?
filter1_4回路図

実験の様子。
フィルタ追加2

写真の右側がフィルタ。上がfilter3、下がfilter4。
バタ-ワースフィルタ

LTSpiceによるシミュレーション。
L5 と L8 に 6.3pF が並列についてますが、前回書いたように共立電子で求めた10μH のインダクタは自己共振周波数が20MHzとの事ですのでシミュレーション上入れてあります。
LTSpice_filter1to4.jpg

シミュレーション結果。あくまでシミュレーションです。
filter1_4特性500K_5M

拡大してみました、filter1 と filter2 はバターワースではないので通過帯域内でリプルがあります、問題になるかどうかは目的次第ですが。
filter1_4特性拡大

実測結果。
この範囲内ではほぼシミュレーションどおりになりました。
filter1_4実測





AD9833 DDSモジュールを試す(4)出力フィルタをつける(2)

LPFについてはπ型LPFの計算を参考にさせていただきました。引用します。

公式は、以下になります。
 Zo = 1/(2πfcC) = 2πfcL
ここで、
Zo:伝送路インピーダンス
fc:カットオフ周波数


式を整理すると
L=Zo/2πfc
C=1/2πfcZo
で求まります。

インダクタは抵抗やキャパシタと比べて値をあまり自由に選べません。自分で巻ければ別ですが^^;;
ここでは10μHと3.9μHのインダクタを共立電子で入手して実験しました。
C1、C2は計算上は250pFですが220pFで代用しました。
フィルタ2は二段にしてますが、カットオフ周波数が高いので一段ではAD9833のクロックである25MHzの減衰量が不足すると考えたからです。
フィルタ回路


まずフィルタ1で実験してみるとなぜかカットオフ周波数が低い。10μHのインダクタは二つ買ったので使っていないのを測ったらちゃんと10μHあります。
ところが実験基盤上のを見たら、巻き線の太さが違うし、巻き数も違う。
外して比べた写真です。明らかに違うのが分かりますが、買った時には全く気付きませんでした。
測ってみると100μHでした。
インダクタの違い

LTSpiceによるシミュレーションです。
共立電子の10μHのインダクタ自己共振周波数が20MHzとあります。それより上はインダクティブではなくキャパシティブになるということです。
10μHで20MHzですからストレー容量は6.3pFと計算できます。それを踏まえてシミュレーションしてみました。
ともに25MHzでは50dB程の減衰があります。ただし通過帯域でも6dBの減衰があります。
LPFシミュレーション1

終端抵抗を大きくすると減衰は少なくなりますが、通過帯域で特性が暴れてしまいます。
LPFシミュレーション2

フィルタを入れた時の振幅特性です。
出力特性フィルタ追加

AD9833 DDSモジュールを試す(3)出力フィルタをつける(1)

AD9833DDSモジュールの出力特性を調べました。
出力にオシロのプローブをつないで目視によって振幅を測定しました。なおオシロの帯域は40MHzです。
カットオフ周波数が数MHzのLPFみたいです。
出力特性フィルタなし

入手したモジュールには下の写真の赤矢印で示したようにコンデンサがついてますが、容量は不明です。
AD9833moduleコンデンサ

AD9833日本語データシートによるとAD9833の出力抵抗は200Ωのようです。
仮にコンデンサが200pFだとすると、カットオフ周波数は4MHzになるので辻褄があいます。
実は出力にLCによるπ型LPFをつけるつもりなので、このコンデンサは不要です。
ad9833機能ブロック図_日本語データシート1p

思い切って外しました。そうたら動作しなくなりました。
よく見るとAD9833に半田くずがついています(下の写真)。コンデンサを外した時についたのでしょう。
取り除いたら無事動作しました。
AD9833moduleハンダブリッジ

π型LPFフィルタを二つ作って実験中。
フィルタ追加

長くなりそうなので、取りあえずここまで。

AD9833 DDSモジュールを試す(2)クロックノイズ

25MHzのクロックノイズですが出力にフィルタをつける前にするべきことがありました。
クロックの出ているREF端子のヘッダピンを外しました。
REFはVCCの隣にあって、ブレッドボードに挿すと容量結合してVCCにクロックが乗ってしまうようです。
REFpin外す
ブレッドボード裏

さらにVCCにLCによるデカップリングフィルタを入れました。手持ちを使ったのでインダクタ値は不明です、大きさからいって10μH程度かとは思いますが・・・。
AD9833DDS_ schematic2

対策後の1MHz波形です。
AD9833DDS1MHz_2.jpg

これが対策前の波形。
AD9833DDS1MHz.jpg




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