WaveGenerator の履歴(No.8)

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  • 1 (2005-07-29 (金) 04:52:38)
  • 2 (2005-07-29 (金) 07:56:00)
  • 3 (2005-07-29 (金) 10:35:39)
  • 4 (2005-08-01 (月) 04:29:10)
  • 5 (2005-08-01 (月) 05:35:14)
  • 6 (2005-08-01 (月) 21:25:23)
  • 7 (2005-08-03 (水) 09:59:41)
  • 8 (2005-08-08 (月) 03:02:11)
  • 9 (2005-08-08 (月) 08:28:44)
  • 10 (2005-08-11 (木) 00:19:42)
  • 11 (2005-08-11 (木) 06:29:04)
  • 12 (2005-08-11 (木) 09:13:34)

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波形発生器

CONTENTS

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REFERENCES

• http://www.niigata-power.com/indexj.html

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概略仕様†

• ネクストプランニング(025-256-5868渋谷)の引き合い
• 20Vpp(-10Vp〜10Vp, 0〜20kHzの正弦波を発生させる。
• 電源はDC24V
• 7セグ5桁とテンキー12個くらい

• ひずみ率は1%以下
• 周波数設定は0.005%以下 (20000Hzと20001Hzとが区別可能なこと)

キーボードの選定†

• DMC社製PCMK-DTK-12, ミスミ扱い, 1,700円
• In2Tec製4234A1, RS扱い, 3,400円
• いずれも自由度が低いし高価なので、普通のSWにすることを検討。
• 7セグと高さを合わせるなら、13mm

7セグの選定†

• 10mmのものだと、厚みが13mmくらい

ケースへの取り付け†

システム設計†

I/O本数について†

D/A変換速度について†

• 変換時間最大10us(負荷容量20pF時)
• 最大周波数が20kHzだから、周期は50us。
• 最大周波数付近では3角波になる

周波数の可変範囲と分解能†

• ITUでDMAを起動してメモリ内のデータをDACに送る
• ITUのクロックは、内部クロックの1/1=62.5usから1/8=0.5us。
• DACの最大変換速度の10usを出すには、ITUを1/1クロックでカウントして、カウント値は160に設定。
• DACの分解能は8ビット。
• DMA転送するデータ長を4, 8, 16, 32, 64, 128, 512, 1024バイトとして、DACの最大変換速度で変換すると

  データ長	周期	最高周波数	最低周波数	0.5%分解能の下限(カウンタ値200以上)	ひずみ率
  4	40us	25kHz	61.035Hz	20kHz	42.87%
  8	80us	12.5kHz	30.518Hz	10kHz	14.78%
  16	160us	6.25kHz	15.259Hz	5kHz	1.113%
  32	320us	3.152kHz	7.629Hz	2.5kHz	0.8113%
  64	640us	1.5625kHz	3.815Hz	1.25kHz	0.7531%
  128	1280us	781.25Hz	1.907Hz	625Hz	0.7531%
  256	2560us	390.6251Hz	0.9537Hz	312.6Hz	0.1413%
  512	5120us	195.3125Hz	0.4768Hz	156.25Hz
  1024	10240us	97.65625Hz	0.2384Hz	78.125Hz

• 設定例
  • 10Hzに設定するには
  • データ長1024を使う
  • 10Hzの周期=100msを1024で割ると、97.656us。
  • ITUで97.656usを設定するには、1/1クロックで、カウンタ値は1562とする。
  • カウンタ値を1563とすると、ITU起動は97.625usになる。
  • 97.625usで1024バイトをDMA転送すると、99.968msの周期になる。
  • 周期99.968msは、10.003Hzになるので、10Hz, 11Hz, 12Hzも設定可能といえる。

• 20kHzに設定するには
• データ長4を使う
• 20kHzの周期=50usを4で割ると、12.5us。
• ITUで12.5usを設定するには、1/1クロックで、カウンタ値は200となる。
• カウンタ値を201とすると、ITU起動は12.5625usになる。
• 12.5625usで4バイトをDMA転送すると、50.25usの周期になる。
• 周期50.25usは、19900Hzなので、周波数の設定間隔は100Hz程度になる。

• ひずみ率のシミュレーション
  • データ長8の場合
    
  • データ長128の場合
    

システム設計2†

• 矩形波発生回路と遮断周波数可変LPF(SCF:Switched Capaciter Filter)とで構成

SCFの選定†

• UAF42AP
  • BB, DIP14, 6-18V, 0-100MHz, 311-580, 1, 4200
• LTC1062CN8
  • LT, DIP8, 3-18V, 0-20MHz, 633-880, 1, 1200

ひずみ率†

• LTC1062とすると、-30dB/Octなので、ひずみ率3%
• シミュレーション
  • シミュレーション用に設計した、5次バタワースフィルタの特性
    
  • 矩形波を入れたときの波形
    

矩形波の分解能†

• システムクロック16MHz(T=62.5ns)をITUで分周する。

  クロック分周比	最大周波数	最小周波数	20kHz分解能
  1	8MHz	122Hz
  2	8MHz	61Hz
  4	8MHz	30.5Hz
  8	8MHz	15.3Hz

• ITUのカウンタ値20000のとき20kHzになるようにして、ITUをカスケードで接続する。
  • 2段目のクロックが1.25nsになり、800MHzになる。→不可能

• 現実的な周波数分解能
  • 20kHz発振時のカウンタ値は、1/2周期ずつカウントするので25us。
  • もっとも細かくカウントするには、システムクロックの周期0.0625usでカウントする。
  • このときのカウント値は、25/0.0625 = 400
  • ここで、カウント値399のときの発振周波数を求める。
  • 1/2周期は、399*0.0625 = 24.9375なので、周波数は20050Hzになる。
  • すなわち、発振周波数20kHz付近では、50Hz単位の設定となる。

• PLDを外付けにした場合
  • クロックは80MHzが楽
  • クロックの周期が0.0125usになるので、20kHz時のカウント値は4000になる。
  • ここで、カウント値3999のときの発振周波数を求めると、20005Hz。
  • すなわち、発振周波数20kHz付近では、5Hz単位の設定となる。

システム設計3†

• 44kHzあたりでDACに正弦波データを送り続ける。
• 後段にはSCFを入れる

サンプリング周波数†

• ITUで作れる44kHzあたり
• システムクロックは16MHz。すなわち62.5ns。
• 44kHzは周期で22.727us。
• ITUのカウントとしては22.727 / 0.0625 = 363.632
• ITUのカウンタに363を設定すると。
• 周期は363 * 0.0625 = 22.6875。すなわち44.0771kHzになる。

メモリ長†

• 44kHzで1Hzを出すには。1/(1/44000) = 44000バイト必要。
• 20000Hzと20001Hzとの差を出すためには?
  
• これをtで解けば良いんだけど。どうするんだろう?

     

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