nobuの雑記帳「+バイアスを少し」

近頃なぜか真空管や電子工作に興味を持ちだし、日常生活に少しの刺激と楽しみをプラスしようと、凝り固まった頭の体操も兼ねてこの雑記帳を綴ることにしました。
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今さらのFRMS製作(その1)

 電子工作からすっかり遠ざかっていましたが、何かお手軽なネタはないかと探してみたら、ありました!

 かなり以前に、かの有名なFRMS(Frequency Response Measuring System:周波数特性測定システム)を製作しようと、当時購入した秋月DDSキットの作りかけが出てきました。それも2個も。

秋月DDSキットが2個

 確か最初に購入した後に、買ったことを忘れてもう1個購入したものです。2個とも殆ど組みあがっていますが、実際に電源を入れた記憶はありません。
 今でも動くなら何かに活用しないと勿体ない。と言うことで、特に使うあてもないのにFRMSの製作に取りかかりました。
 もう1個のDDSキットも同時進行で別のものに使用します。


1.回路
  CYTECのサイトでは「FRMS2周波数特性測定システムの紹介」として、回路やソフト、製作方法まで公開されており非常にありがたいことです。
  今回は、公開されている標準回路をベースに(使やしないのに)使い勝手を少し工夫します。
  (ちゃんと動いたら回路図はそのうちに。まぁ邪魔でしょうけど)

  (H26.1.11 製作当初の回路図をアップしました。後ほど少し弄りました(Rev1版)が特性上の大きな変化はありません)

FRMS回路図

 (1) 上限周波数の改善
   標準回路では20MHz程度が上限のようですが、DDS出力部のフィルターを変更してカットオフ周波数を30MHz強にします。
   フィルターはカットオフ周波数33MHzの7次チェビシェフとしました。秋月DDSキットは10数MHzあたりから出力レベルが下がってくるようなので、30MHzを期待するのは厳しそうです。

 (2) 下限周波数の改善
   標準回路はRFに特化されており、1kHz以下はレベル変動やレベル低下で計測は困難なようです。この対策としてAFに特化したFRMS-AFも公開されています。
   両方製作するのは大変なので、手動(スイッチとリレー)によるRFとAFの切替式とします。AFモード時はLOGアンプからPICへの経路の途中にオペアンプによるローパスフィルター(カットオフ周波数5Hz)を追加します。フィルターはLOGアンプAD8307のデータシートに倣いました。

 (3) 電源及びPC接続
   PCとの接続はUSBとし、FT232RLユニットを使用して仮想COMポートで繋ぎます。
   ついでに電源はUSBバスパワーで所要電流約150mAを賄います。電源電圧5VではRF出力レベルが満足に取れないかもしれませんが、ダメな場合はDC/DCコンバータを追加します。


2.組み立て
 (1) 注意点
   使用する部品数も少なく一見お手軽工作と思えますが、30MHzの高周波を扱うことを意識しておかなくてはいけませんょ>自分
   子供の頃、自作HF送信機でスプリアスに悩まされ、TVIやBCIで近所(といっても50mは離れていたが)迷惑な小僧だったことを思い出しました。
   とにかくRFでは、共通インピーダンス、浮遊容量や誘導結合等、意図しない信号パスに気を付けることが大切です。えぇ理屈はわかってますが、実現はこれまた難しい。

 (2) 基板
   CYTECさんより基板販売もあり基板データも公開されていますが、製作途中の回路変更もあるだろうとユニバーサル基板に組みました。RFを扱うにはチョット(かなり)心配です・・・まあ取り敢えず組んでみましょう。

FRMSの各モジュール  FT232RL基板

 (3) DDS発振部
   出てきた秋月DDSはシリアル作動モードで組み立て済みです。
   出力部フィルターは、キット付属部品で組んだ部分を綺麗に撤去し、新しい定数(キャパシタとインダクタ)に交換しました。出力アンプ回路は空きスペースに子亀方式で乗せました。

DDS基板

 (4) ログアンプ&PIC部
   PICのノイズが気になりますが、ユニバーサル基板にログアンプと同居させました。ただし、両者の電源Vccやアースラインは分離し、各Vccの根本にはインダクタとパスコンを挿入してあります。
   ログアンプは、飛び付き(容量結合や電磁結合)によるノイズには全くの無防備で、まずければその時考えたいと思います。本当にこんなのでいいのか?

 LOGアンプ&PIC基板


3.バラック作動確認
 (1) 公開されているプログラム(ファーム)をPICに書き込みます。指定のPIC16F873が手持ちになく兄貴分のPIC16F876Aを使用しましたが、問題なく動くようです。

 (2) ケースに入れる前に仮接続して作動確認しました。
   PCソフトからは認識しているようでPIC周りの動作は問題ないようです。DDS出力は問題ないはず・・・と手間を惜しんだのが甘かった。後で後悔することになろうとは。


4.ケース組込み
  作動確認もそこそこにケースに組込んでしまいました。

ケース内部1  ケース内部2

  ケースはYM-150です。少し小さめですが部品数はさほどないので、位置関係に気を付ければ問題なく収まりました。
  DDS基板とログアンプとの結合を少しでも回避すべく、おまじない程度ですが仕切り(シールド)板を設けました。また、入出力同軸ケーブル及びPICからDDSへの制御ラインにはフェライトコアでノイズ対策をしました。
  しかしこの組み上がり状態、見るからにまともに動きそうもない気がします。


5.動くはずが
  完成したような気分でスイッチオンです。
  USBを接続してPCソフトを立ち上げ、出力コネクタにオシロを繋いで波形観測をします。あれ?出力がありません・・・何で?いきなり転けてしまいました。

 (1) トラブル対策
   ケースから取り出し、出力から順に後戻りして信号のチェックです。ため息が~
   出力オペアンプの出力→無し、秋月DDSの出力→無し、DDS出力FETのゲート信号→無し、DDSの抵抗ラダー信号→無し・・・えぇ発信していない?水晶発振器(XTO)が壊れている?いやいや67MHzのXTOは発信しています。PICから秋月DDSへのコントロール信号も出ています。
   試しにもう1個の秋月DDSと交換すると問題なく出力されます。ということはDDSチップが死んでいるのか?そんなバカな一度も通電していないのに。

 (3) 右往左往した結果
   もう1個の秋月DDSは別に使用するつもりで、既に周辺回路も組んでしまいました。今更新たに秋月DDS2を購入する気もお金もありません。
   部品を突っついたりハンダ面を眺めたりと、ここ暫く悩んでいました。
   先日、はたと気付いてDDSチップのピンを確認して原因がわかりました。Pin20にクロックが来ていません。XTOの出力は調べましたが、まさかすぐ傍のチップのピンまで見ていませんでした。
   どうやらXTOの出力ピンのハンダがイモになっていたようです。ここをしっかりハンダ付けして念のために近傍のランドまでリードを飛ばしてやれやれです。我ながら恥ずかしい・・・

 (4) 前途多難
   何とか動くことは確認できましたが、FRMSとしてきちんと動作するのか?
   特にRFノイズの問題は後でやり直しが大変です。ユニバーサル基板に組んだ本機を見ていると、一抹の不安が・・・。
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