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zoom RSS 秋月のファンクションジェネレータ FG085を作る 5/6編集

<<   作成日時 : 2017/05/04 17:30   >>

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GWが始まったが、初めての痛風に見舞われた。痛い・・、鎮痛剤で凌ぐ。寝ていても痛い。
薬が効いて、動けるようになったが、歩くと痛い、そこで、随分前に買っておいた、秋月(JYE Tech)のFG085を作ってみました。何故今頃? 理由は、買う前から不具合があることが分かっていたので、作らずに、他のDDSを使っていました。
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半田付け、1時間で、動作確認してみました。

最初に、周波数の設定精度です。DDSのファームウェアは、113-08502-050
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このファームウェアは、40Hz以下の領域で、不具合があるそうです。最新は、113-08502-053
グラフを見ると、41Hz以上は、2.5MS/sで動作しているのですが、40Hz以下は、突然10kS/sになるそうです。
不具合とは、-0.8%の計算誤差のことなのでしょうか?そのうち、気が向いたら、アップデートでもしてみます。

次は、波形について見てみます。
歪率を測定してみようと、FFTで観測してみると、2倍波が、-40dBもあります。次数が高くなっても、高調波が衰えることがありません。
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とりあえず、2%まではいきませんが、10kHz以下の領域で、1%を軽く超えています。8KHz以上で、歪が少なくなっているように見えるのは、FFTのアンチエリアスフィルタが、20kHzだからです。さらに、周波数によって歪が大きく変化するのは、FFTのサンプリングポイントと、FG085の周波数が一致しない為です。アナログ的にみると、1.5%から2%の間程度でしょうか。
この歪の理由は、AD変換前のデータを加算器に投入するアルゴリズムにあるようです。例えば:
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efu氏のWSの画面で見ると、正弦波の途中に段付きが複数個所あります。
さらに、三角波にしてオシロで見ると
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同じように、波形の途中で、単調に変化していない(逆に、1bit前のレベルに戻る)特異点があります。これを修正するには、DDSのアルゴリズムを変更する必要がありそうです。また、出力のアナログアンプの部分のフィルタリングが中途半端なので、ノイズがとても多いのも特徴です。

出力は、直流まで出力できます。オフセットの機能が付いていて、±5Vを0.1V単位で設定できます。
オフセット電圧の発生は、マイコンの8bitPWMカウンタを使っています。ようするに、設定単位が、約40mV毎なのです。測定結果を散布図にプロットすると:
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これを、設定値と誤差のグラフにしてみると:
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測定結果を見ると、結果を丸めるようなことはせず、計算結果をそのまま、PWMに設定しているようです。
PWMの出力を2倍に増幅しているので、OPアンプによる抵抗値の誤差や、OPアンプ自体のオフセットを含めて、ゲイン誤差と共に、独特の変化があります。単独の抵抗から、集合抵抗に変更する事で、もう少し改善できたと思われます。

中々、面白い工作でした。
回路図を見ると、様々な工夫はしてあるのですが、基本的な部分に問題があるようです。
オフセットにしても、出力レベルにしても、周波数にしても、DDSのアルゴリズムにしても、ツッコミ所が満載です。
最初に、自己診断で、補正を入れるとか、DDSの部分は、誰かのをパクッてくるとか、もう少し改良の余地があったのではないでしょうか?
休み休みに暇つぶし、結構楽しめました。

5/6 編集

昼食後、ファームウェアのバージョンUPを行ってみました。
最初に、「 Atmel Studio 7」をインストール、AVRISP MkIIに、接続用の豚のシッポを作って、FG085と接続します。
前もって、ファームウェアをダウンロードしておきます。(RARで圧縮されているので適当に解凍、HEXファイルが出てきます)FG085の電源を入れて、最初にDDS側(U6:ATMEGA48PA)を書き換えます。次に、MAIN側の書き換えを行って、FG085の電源の再投入、無事、バージョンアップが終了。
結果を見ると、波形については変化無しでした。がっかり・・・
結局、40Hz以下の設定周波数の計算部分だけの修正でした。
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MAINの変更は、初期画面表示中に、ロータリエンコーダを押すと、工場出荷設定に戻るだけでした。

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