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webadm
投稿日時: 2007-2-16 5:37
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 3068
スペアナアダプタが届いた
今朝期待のスペアナアダプタが届いた。

オークション品に期待は禁物である。

オリジナルの梱包箱に入ったままのそのスペアナアダプタは米国製だ。



回路図を含むマニュアルがついている。しかしマニュアルに書いてある社名と機体に書いてある社名がまったく違う。どういう歴史的経緯かは知らぬ。

マニュアルに書いてある手順でセッティングをしていく。ちょっとマニュアルに誤植があるようだが気にしない。もともとかなり簡易なマニュアルなので回路図が後ろについているだけでも良心的である。

早速手持ちのGOULDのデジタルオシロをX-Yモードでつなぎセッティングをして電源を入れてみた。

なにやらもやもやと波形が出てきた。しかし本来は水平方向全域まで伸びなければならないのがそこまで伸びない。スペアナアダプタのリアパネルにある半固定抵抗を調整することでX軸の振幅を大きくできるはずだがあるところまでいくとそれ以上幅が広がらない。なぜだ?

とりあえずこの状態でスペアナアダプタのマーカー信号をONにしてみる。何も変化が無い。

マニュアルを見るとスペアナのセンター周波数のFineチューニングが必要とのこと。つまみを回していくとちょっとこぶのようなものがあるのに気づく。どうやらそれがマーカー信号のスペクトルらしい。Y軸の出力が足らないようなのでリアパネルの半固定抵抗を調整すると高い尖塔のようになってきた。

しかしプロットが離散的なので線がつながっていない。それにえらくドリフトが激しい。

マニュアルに書いてある動作確認手順ではここからスパンを短くしていくと尖塔がだんだんと緩やかな山になっていくと書いてある。確かにそうなるようだが、スパンを変更するとその度に中心周波数がドリフトするようでFineチューニングをしないといけない。

それにどうもFULLスパンであるとは思えないほど山が緩やかなのが気になる。スパンを100MHzにするともう左右に一杯に山がなだらかになる。それよりも狭くするともう山の斜面の一部を見ているという状況に。なんかおかしい。

回路図を見るとマーカー信号発生回路は単純んs50MHzの水晶発振回路で構成されている。それであればかなり鋭いスペクトルなはずだが。最初からかなり幅がある。以下はスパンがFULL(500MHz)設定のマーカー信号を観測した時の波形。



どうみても1桁違うような気がする。

回路図を見ると仕組みがだいたい理解できる。といってもVCOおよびミキサー回路は市販のチューナーモジュールを使っているようでそちらは回路図は無い。回路図にあるのはチューナーモジュールのVCOに与える電圧を与えるスイープジェネレーター回路とX,Y軸信号を生成する回路。

スペアナアダプタのX,Yの出力信号を普通にデジタルオシロで見るとそれなりに直線性の良いスイープ信号が観測される。十分なサンプル長を持ったデジタルオシロを使えばもっと安定して見えるのかもしれない。

10年前に作られたものなのだがスペアナの基本構成は成している。ただ電源が3端子レギュレーターで構成されているのでその辺がドリフトが大きい理由かもしれない。作られてからかなり年数が経過しているので電解コンデンサとかも容量抜けしていると思われる。

しばらく考えたら古いデジタルオシロのX-Yモードを使ったのはよくなかった。出品者の写真にはアナログオシロでくっきりアンテナとかから受信したスペクトルを表示していた。これはかなり良い感じだった。

たまたま手持ちをアナログオシロを事務所に持っていったままになっているので、GOULDのデジタルオシロを代わりにつかったのが敗因だった。よく考えればわかることで、アナログオシロは人間の目の残光効果によってビームのトレースが線になって見えるけどデジタルオシロの場合は離散的にサンプルした数値の列をプロットするしかない。

本来横10グリッド分表示するはずが8グリッド分しか伸びないのは、デジタルオシロの場合、X-Yモードといえども一旦内部に有限個数分サンプルしたものを点でプロットするだけである。

つまりサンプリングメモリによって表示できる範囲が制限されるということである。それでもドリフトが無ければ重ね描画とかで補完することはできるのだが水平ドリフトがかなり大きいので重ね描画するとわけがわからなくなってしまう。

しかたなく1ショットで描いたものをキャプチャーするしかない。

いずれにせよ使用したオシロがサンプルメモリが少ない古いデジタルオシロだったこともあってちょっと見劣りはするがアダプタとしてはちゃんと動作していることだけは確認できた。

アナログオシロにつなげばまだドリフトは少ないのだろうかが疑問である。それとスパン設定の信憑性。なんか狭いような気がする。マーカー信号が一方の縦線ぐらいになってもおかしくはないのだが。実はこれもサンプリングポイント数の制限からくる手持ちのデジタルオシロの限界によるもだと後で理解した。スペアナアダプタがスイープしているノコギリ波の一部分しか一回のサンプルではオシロ側がサンプルできないため実際にはカバーしている範囲の一部しか表示できないだけだった。つまりスペアナが出力している周波数スパンのごく一部しか表示できないということである。アナログオシロならそういうことはないのだが。

X-Y表示よりも普通にY軸信号だけ時間軸で観測したほうが本物のスペアナぽく見やすいという皮肉な結果に。もちろんメモリー容量が沢山あるデジタルオシロなら問題ないはずだが。



回路図を見ると驚くほど単純なつくりである。基本はスイープジェネレータ発信回路で、これでノコギリ波を生成すると同時にX軸の走査出力としてオシロへ供給されている。ほとんどこのスイープジェネレータが命である。

つまりスイープジェネレータで生成したノコギリ波電圧をチューナーのVCOに与えて0から500MHzまでの広範囲の周波数帯を中間周波として部分的に取り出す。それを検波してスペクトルを得ると同時にプロットするという感じ。

最後にMarkerをoffにしてRFになにかアンテナでもつないで外界を観測してみようとしたら、アンテナをつなぐ前に数十MHzぐらいのところに鋭いスペクトルがあることに気づく。なんだろうRFになにもつないでいないのだが。



このスペアナアダプタの致命的にだめなのはセンター周波数もアナログ的で不確かなのもあってスペクトルの正確な周波数を測定出来ない点である。かろうじてセンター周波数を50MHzづつあげていくとそれにつれスペクトルが50MHzづつシフトしていく様子が見える。

しかしそこにも問題があった、50MHzから100MHzに切り替えた時にシフトする量が違うのだ。中心周波数の切り替えは基板上の可変抵抗器でセッティングされた抵抗分圧によってチューナーのVCOの中心電圧をシフトする仕組みである。この調整が狂っているようだ。

ちなみに回路図には検波出力を増幅してスピーカーに出力するようになっている。いわゆるジェネカバ受信機機能もついているようだ。AM変調だけだろうけど。本当にスピーカーがついているかどうか疑問だが中を開けてみればわかるかも。

かなりおもしろいおもちゃではある。



まあ回路図がついているのでスペアナの基本原理を理解するのには十分元はとれた感じ。
webadm
投稿日時: 2007-2-17 1:14
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 3068
その他のアイデア
普通にスペアナアダプタの出力をオシロで時間軸上で観測するとかなり安定はしている。こちらで見たほうがよくわかる。

問題はGOULDのデジタルオシロがX-Yモードでもトリガー条件によって描画を繰り返しているという点である。どこでトリガーがかかるのかによって見え方が変わる。

いろいろ変えてみると水平位置のドリフトは無くなることが確認されたが、X-Yモードではサンプリングする点数がどうやら少ないらしくどうしても短い期間しか見ることができない。それで一部の区間だけをズームインしたような感じになってしまう。

これだったらDACを2チャンネル備えたPICやAVRとかで簡単なスコープを構成してつないだほうがいいような気もする。

スペアナアダプタのスイープ周期は5-80Hzぐらいまで設定できるのでゆっくりにすればかなり詳細に表示することができる。

それとブランキング期間の信号も出力されているのでそれをトリガーにしてサンプリングすれば安定した表示ができるはず。

春休みの課題かな。
webadm
投稿日時: 2007-2-17 1:50
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 3068
謎のスペクトル
Marker信号をOFFにしても低域に現れる謎のスペクトルを詳しく見てみた。

Y軸出力をZ軸出力の立ち上がりをトリガーに遅延掃引して観測するとかなり使えるという。盲点ですた。

いくらでも全体や部分拡大とかが出来ます。表示も安定しているし。

そこで問題のスペクトル。RF入力アッテネーターを調整しても変化しないことから内部信号なのは確実。MarkerをONにしたときと同じ位置に現れることからその周辺の回路の寄生発振だろうか。



この山水絵図に出てくる山々のような波形はどっかで見覚えがあるなんだろう?
webadm
投稿日時: 2007-2-18 7:44
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 3068
周波数の測定方法があった
リアパネルにトラッキングジェネレーターの出力が出ている。

使えるかどうかは別としてこれがあるということはスパンを0にするとセンター周波数が出てくるのでカウンターで測定すればだいたいの周波数はわかる。

いろいろ確認するにもBNCケーブルは2本では足らない。
webadm
投稿日時: 2007-2-19 9:26
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 3068
実物を調べたら
アクセサリケーブルが必要な基板の実物を見せてもらった。回路図は当然無し。

Gigabit Ethernet用の信号が出ているピンをテスターであたると、導通が無い。

むむ、抵抗値を測ってみると150オーム。つまりMagneticsが実装されていないということだ。

どうりで別売の基板があるわけだ。別売の基板も見せてもらった。Magnetics内蔵のRJ45モジュラーコネクタが搭載されていた。その脇に2.5vのLDOがある。信号パターンも結構いい加減だった。100MHzぐらいだからということで特になにも考えずにパターンを引いている感じがする。距離が短いからいいのか。

とどのつまりこの別売の廉価版を作れということなのか。

webadm
投稿日時: 2007-2-20 9:58
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 3068
アプリケーションノートには無い回路
Gigabit EthernetのRJ45モジュラーコネクタ前の回路を見るとGigabit Ethernetのアプリケーションノートとかに載っているリファレンスデザインの回路図にあるよりも少し部品数が多い。

よく見るとLとかCとかのチップ部品がちりばめられている。

LとCとで二次定K型LPFを構成して随所に挿入しているようだ。向きとしては基板内部の電源や制御信号ラインに乗ってくる高調波ノイズがLANケーブルから漏れでないようにしているらしい。不要輻射を減らすノウハウの一種だろう。もしくはGigabit Ethernetの信号にそれらが悪影響を与えるからかもしれない。

電気回路理論の中にフィルターとかも出てくるはず。やはりそういうのをちゃんと勉強して身につけていないと実際の回路や基板は設計できないな。
webadm
投稿日時: 2007-2-21 6:06
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 3068
今日の出張先
アルバイトの一環で客先へ出張。

実験室につれられていったら工場みたいな建て屋の中に沢山コロニーがあって、それぞれデバッグとか検査をしていた。

床に夥しい数のオシロがプールされていた。他にもヤフオクでみかける代表的な高周波の測定器があった。

日本にもやっぱりこういうところはあったのね。少し安心。

今回も昔取った杵柄で納品したものが動かないという懸案を解消。基本的にCPUボードだけだったら問題無い。

客先のカスタムボードを実装して立ち上げると何故かソフト(VxWorksのブートローダー)が立ち上がらない。

ドライバとかはインクルードしていないので単純にリソースを割り当てたら割り込みが入りっぱなしとかいうのがまっさきに疑われる。ドライバをインクルードしていればたぶんそういうことは起きないのだろうけど。それ以前に何もしないのに割り込みをアサートするハードウェアはどうかと思う。
webadm
投稿日時: 2007-2-21 18:06
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 3068
出力は出てないようだ
リアパネルにあるトラッキングジェネレータの出力を見てみたところ何も信号が出ていないようである。

もともとオプションとか書いてあるし回路図にもそのあたりの部分は見あたらない。たぶんコネクタと可変抵抗器だけパネルについているのだろう。

そのうち中を開けてみよう。

Z軸信号の立ち上がりでトリガーをかけてX軸を観測するようにしたらスパンを変更した際には少しドリフトがあるものの、すぐ安定して水平軸上のドリフトは元に戻る。つまりスパンのつまみを動かしている間だけドリフトするのである。これは致し方ないかも。可変抵抗器ではなくシンセサイズ方式にすればなくなるのかもしれない。

マーカー信号のスイッチにはONとOFF以外に中間があり、どうもそれは50MHz単一のようだ。ONにすると高調波が現れてくる。

マーカー信号をOFFした際に出る謎のスペクトルもどうやら50MHzらしい。

センター周波数とかの調整もそのうち手持ちのファンクションジェネレータとカウンターを使ってやってみよう。
webadm
投稿日時: 2007-2-21 18:45
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 3068
出ることはでるみたいだ
トラッキングジェネレータの出力を設定する可変抵抗器をかなり目一杯最大に近いところまで回さないと出力が出てこない。といっても10-1000MHzと広いのでオシロでみてもランダムノイズみたいな波形が見えるだけである。これを測定対象の入力にいれてその出力をスペアナの入力にいれれば周波数特性とかを見ることはできそうである。

蓋をあけてみたらトラッキングジェネレータらしきアルミで囲まれた箱が入っていた。しかしどうみても入出力端子は外に出ているBNCコネクタと出力レベル入力用の端子のみ。

もともと回路図にはない部分なので基板から抵抗を空中配線してレベル設定用可変抵抗器に配線されている。

回路図にあって実際には含まれていないのがオーディオ回路。おそらくオプションだろう。
webadm
投稿日時: 2007-2-22 8:59
Webmaster
登録日: 2004-11-7
居住地:
投稿: 3068
改良できないだろうか
購入したスペアナアダプタは現状のままでもなんとかとハサミは使いようということで活用できないこともないが、周波数測定がいいかげんなマーカー信号に頼らざるを得ないという状況では限界が見える。

一番の問題はセンター周波数の設定が狂っているため信用が出来ない点。これもVCOの直線性が悪くなって狂ったのか設定用の半固定抵抗器の設定が狂ったのか定かでない。VCOの直線性が悪い可能性はある。

純アナログ的な現状の回路を近代的なワンチップマイコンかCPLD/FPGAで実現したディジタル的回路に置き換えることはできないだろうか。

心臓部分のスイープジェネレータもVCOの直線性に対応した校正テーブルとDACで設定したセンター周波数にぴったりの範囲にスイープされるようにするとかできそうである。VCOの制御が或程度確実にできたらグラフィック液晶やビデオディスプレーに波形を表示したりカーソル情報とかいろいろ表示出来る余地が出てくる。

そこまでやると自分でVCOとミキサー回路を作ってしまえば全部自作できないこともないが知識も技量もないので無謀なことはしないようにしよう。ゆくゆくはそういうところまでやれるようになりたいが。
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