月: 2018年8月

LabVIEWでのPapilio動作ダイアグラムの改良

以前作製したPapilio動作用システムのLabVIEWダイアグラムを、使用環境に合わせて改良を行った。

前回同様、位相、周波数可変のDDS2台の制御に加えて、DDSを動作させるための基準周波数を可変にするため、基準周波数を発信させるDDSを制御するシステムを新たに追加した。
任意の周波数を入力し、更新ボタンを押すことで基準周波数が変更され、それに合わせて残り2つのDDS内部にて周波数の計算を再度行い発振させることで、基準周波数の変動に伴って出力周波数が変動することを防ぐ。

Labviewフロントパネル20180829
フロントパネル
Labviewダイアログ20180829_統合
ダイアグラム

今回の改良で、1度のボタン操作ですべてのDDSの更新命令を出す必要があった。すでにループやボタン入力のシステムが完成しているため、大幅な改変はかえってシステムの崩壊を招くと考え、改良が最小限ですむ方法を検討した。現在、1度に送信できる対象DDSは1台で、その判定は切り替えスイッチと連動している。そこで、切り替えスイッチが押された際のフラグ番号を定数とし、ボタンが押された際ループごとに別のカウンタを変動させ、それに合わせ制御するDDSを変化させる方式を採用した。また常にループが回る必要がないため、ループが一定回数に達するとループを停止させ、従来通りの切り替えスイッチでの対象切り替えが行えるようにした。

Labviewダイアログ20180829_3
ループ初期状態。ボタンが押されなければ値を変化させないため、従来通りのボタン操作に依存する。
Labviewダイアログ20180829_4
ループ中。データの更新を監視するループが回るごとにカウンタが動き、それに合わせて制御対象が変動する。
Labviewダイアログ20180829_5
ループの最後。常に回り続けないよう、ループを停止状態に戻している。

今後、このダイアグラムが動くか実験を行っていく。

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改良版汎用AD9851ボードの製作3

前回作成した汎用AD9851ボードのピンヘッダを太ピンのものに交換した。

前回と同様の実験装置にて出力させた結果が以下の通りである。

s-DSC_0289
出力波形(1MHz)
s-DSC_0290
出力波形(2MHz)

汎用ボードと実験回路によってある程度想定した波形が確認できた。このボードと回路を今後別の共同研究者が使用できるようにマニュアルを作成し、一旦このボード制作の区切りとする。

改良版汎用AD9851ボードの製作2

先日制作した汎用AD9851ボードを、新品のAD9851を用いて再度製作した。

設計上の変更はない。

動作させたところ、前回とほとんど同じ信号が確認された。

s-DSC_0283
接続の様子
s-DSC_0281
出力波形(1MHz)
s-DSC_0282
出力波形(2MHz)

その後、設計上搭載したが未実装だった、アナログ出力用のバイパスコンデンサを実装し、2MHzの信号の変化を観察した。

s-4.7uF
バイパスコンデンサ4.7μF
s-9.4uF
バイパスコンデンサ9.4μF
s-14.1uF
バイパスコンデンサ14.1μF

いずれも変化は見受けられなかった。

また、IOUTからフィルタを介してVinに入力される信号の出力位置が、当初の予定と異なっていることが判明した。最終段のフィルタのインダクタから出た直後から分岐し、抵抗とコンデンサへ向かう線とVinへの入力の線になっていた。回路図上では同電位であるため問題はないが、念のため、パターンを切断し変更したのち2MHzにて実験を行った。

s-DSC_0287
Vinの入力位置変更

この修正後も変化は見受けられなかった。

データシートを再確認したところ、IOUTBから出力され、抵抗を介してIOUTとして出力される経路に配置される抵抗の値が異なっていた。AD9851は単電源で交流波形を出力するため、IOUTとIOUTBからの出力電流を電圧に変換し、電圧レベルの中点を疑似的にGNDとしていた。その際、IOUTとIOUTBの電流を正確に電圧へ変換するため、同一値の抵抗で電圧降下させる必要があった。IOUT側には100Ωが取り付けられており、IOUTBからの出力はフィルタを介すため、フィルタ前後に200Ωの抵抗を接続するようデータシートに記述されている。しかし、前任の研究者が別の目的でインピーダンスを変更する実験を行っており、引継ぎの際に回路図が混ざってしまったため、本来200オームを取り付けるはずの場所に50Ωが取り付けられていた。

さらに、前回改良版を設計する際、フットプリントの抵抗値の表示位置がずれており、回路下部右側の100kΩと100Ωが入れ替わって制作していた。

これらの変更を行い、再度実験を行った。

パターン図修正20180822
抵抗値の変更。白枠が値を変更、および修正した箇所
s-DSC_0288
出力波形

その結果、以前前任者が作成した回路での出力と同じ程度の信号レベルでの出力が確認された。

しかし、ボードと実験回路の接続用のピンヘッダが細ピンタイプを実装したのに対し、実験回路側のソケットが太ピン用であったため、接触不良で波形が出力されなくなる現象が多発した。そのため、ピンヘッダを太ピン使用に変更し、実験を行う。

改良版汎用AD9851ボードの不調の考察

先日から実験を続けている汎用AD9851ボードの不調について、いくつかの実験を行ったので記録する。

今回の実験に使用した発振器や測定用オシロスコープ、信号出力を行ったPapilioは以前実験に使用したものと同じものである。正規の波形が確認できなかったため、ストロベリーリナックス製AD9851搭載DDSを用いて発振を行ったが、うまく出力できなかった。統合システム化した際の資料にこのDDSとの接続ピンを記していたが、電源ピンを記録していなかったためである。以前電源ピンの記述のある接続表を添付した記事を掲載したが、この時とはプログラムが異なっていたため、ピン配置も異なっていた。修正したピン配置を以下に示す。

ピン配置20180820
PapilioとDDSの接続表

この配置をもとに接続したところDDSから波形が確認できたため、Papilio側の動作に異常がないことが確認できた。

s-DSC_0274
実験時の接続の様子

次に、汎用ボードを搭載し実験を行うためのテスト基板を設計した。今までの実験はブレッドボードを使用していたため、ブレッドボード上でノイズが乗ってしまったことが動作不良の原因ではないかと考えたからである。

回路図20180820
回路図
パターン図20180820
パターン図

 

s-DSC_0277
完成品の表面
s-DSC_0278
完成品の裏面

 

s-DSC_0280
汎用ボードを搭載した様子

このボードを使用して実験を行ったところ、指定通りの波形の出力を確認できた。

s-DSC_0275
出力波形(1MHz指定)
s-DSC_0276
出力波形(2MHz指定)

波形としては指定通りだが、出力がp-p値で100mV程度であること、スパイクノイズが乗っていることなどから、問題が残っていると考えられる。

新品のAD9851を入手したので、新品を用いて作成を行うと主に、現在搭載していないアナログ出力安定用のバイパスコンデンサを搭載しつつ実験を行う。

改良版汎用AD9851ボードの製作

以前設計した汎用AD9851ボードを量産用に外注し、制作を行った。

外注は以前利用したelecrowに発注した。発注時のフットプリント、完成品は以下のとおりである。

パターン図20180712
外注用フットプリント
s-DSC_0201
外注した基板

今回制作にあたって、AD9851の在庫が不足していたため、最初に作成した汎用ボードからAD9851を取り外して制作を行った。

s-DSC_0224
基板表面
s-DSC_0225
基板裏面
s-DSC_0226
完成品

完成した回路の実験を行ったところ、非常に小さい波形が確認された。しかし、一定周波数以下だとノイズに隠れてしまい、ほとんど見ることができなかった。

s-DSC_0228
出力は計。非常に小さい波形である。

今回、うまく波形が確認できなかった原因として、
・以前実験に使用したAD9851がすでに破損していた、もしくは外す際に熱で破損した
・配線を前回から変更したことでノイズが乗りやすくなった

ことが考えられる。まずは、別のAD9851を使用して回路を制作し、実験を行ってみることにする。