ADALM2000(4) ＜変調波を出してみる＞

　AWGの[Math]機能を使って変調波を出力してみる。

　変調がかけられると受信機の調整に使える。3

〇AM

　振幅変調(AM)波を出してみる。
キャリア(Vc)、変調波(Vs)を

vc = Vc･cos(ωc･t)
vs = Vs･cos(ωs･t)

とする。

　AM波は、Vcの大きさがVsで変化するから

Vam = (Vc+kVs･cos(ωs･t))･cos(ωc･t)

= Vc(1+m･cos(ωm･t))･cos(ωc･t)
= Vc･cos(ωc･t) + Vc･m/2･cos(ωc+ωm)t + Vc･m/2･cos(ωc-ωm)t

変調度:m=kVs/Vc

　これをAWGの[Math]で出力してみる。
変調波を1.5kHz、キャリアを1.125MHz=1.5kHz×750、変調度:m=0.6とすると

f(t)=5*(1+0.6*cos(t))*cos(750*t)

きれいなAM波だ。

SAで見ると

ちゃんと、キャリアと上側と下側にスペクトルがある。

〇DSB

　両側波帯(DSB)は、AMのキャリアがなくなったものだから、

Vdsb = Vc･m/2･cos(ωc+ωm)t + Vc･m/2･cos(ωc-ωm)t

　AM波の1項目(Vc･cos(ωc･t))を除いている。

f(t)=2.5*0.6*(cos(751*t)+cos(749*t))

SAで見ると、当然キャリアはない。まあ当然だけどね。

波形を見ると、

↑の波形をみて、キャリアがないとわかるのは見慣れているからか？

〇FM

　周波数変調(FM)波は、キャリアの周波数(Vc)が変調波(Vs)で変化する

Vfm = Vc･sin(ωct + m･sin(ωst)) 変調指数:m=Δf/fs

変調波を1.5kHz、キャリアを1.125MHz=1.5kHz×750、変調指数:m=3とすると

f(t)=5*sin(750*t + 3*sin(t))

帯域が広がっている。↓

変調指数が2.4になると、キャリアが消えると昔教えてもらった。

f(t)=5*sin(750*t + 2.4*sin(t))

キャリアが消えている。↓

　キャリアが消えて何が嬉しいかというと、この性質を利用すると最大周波数偏移の調整ができる。

　VHF帯FM(F3E)の占有帯域幅:Wは16kHz、最大変調周波数:fsは3kHだから最大周波数偏移:Δfは

W = 2(Δf + fs)
Δf = W/2 - fs

= 16/2 - 3
= ±5KHz

　FM送信機の最大周波数偏移Δfを調整するときには、スペアナでキャリアが消えるポイントを見て調整できる。
昔無線屋さんだった時にはスペアナは無ったので、局発がスイープできる電界強度測定器とオシロを使って狭帯域スペアナにしていた。

　m = Δf/fs = 2.4　のときキャリアが消えるので
　5kHz/2.4 = 2083Hz　を入力してキャリアが消えるポイントに調整すると周波数偏移は±5kHzになってる。

　でも、いちいちスペアナ出してくるのは面倒だからFM直線検波器で調整してたんだけどね。;p

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　[Math]で発生できる周波数は1つで、関数は、三角関数と指数関数、平方根しかない。もう一つ周波数があって、非線形の関数があるとデジタル変調波が生成できるのだが。　自分で計算して[Buffer]で出力するのかな。

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• ADALM2000(2) ＜開けてみた＞ (2020/02/14)
• ADALM2000(3) ＜AWG,OS,SA＞ (2020/03/01)
• ADALM2000(4)　＜変調波を出してみる＞ (2020//)

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ADALM2000(3) ＜AWG,OS,SA＞

ADALM2K用アプリはScopyとAliceがある。Scpoyの方が使い勝手がよさそうだ。

　アプリの使い方に慣れるために、AWG(AnalogWaveGenerator)の出力をアナログ入力につないで、オシロスコープ、スペアナを動かしてみた。

〇AWG

　AWGのモードには、[Constant]、[Waveform]、[Buffer]、[Math]がある。

• [Constant]は直流電圧を出力する。
• [Waveform]で正弦波、矩形波、三角波、台形波、鋸歯状波、逆鋸歯状波が選択できる。
• [Buffer]は波形データを読み込んで出力できる。
• [Math]は数式で表した波形を出力できる。

1MHzの矩形波を出してみる。

学校で先生に「すべての波形は正弦波の集合で荒らすことができる」なんていわれたけど、全然ピンとこなかった。
でも、これを、スペアナで見ると矩形波はたくさんの高調波を含んでいるのが見える。

当時これを見たら、先生の説明も、「なるほど、そんなものか」と思うだろう。

　フーリエ変換を習うと、デューティサイクル50%だから偶数(2の倍数)次の高調波はなくなるはずだが、なくなっていないことに気づく。そして、理論を実現するには限界があることを学ぶ。限界を極めるのはもっと難しい。

　AWGはデューティサイクルが設定できるので、20%にしてみる。5の倍数の高調波がなくなるはずだ。

本当に消えてる。限界は一定ではない。

　反対のことをやってみる。本当に正弦波を重ねると矩形波になるのか？[Math]モードで数式を入力すると波形を出力してくれる。

　正弦波はをフーリエ級数展開すると。

f(t)=1/4π{sin(t)+1/3sin(3t)+1/5sin(5t)+1/7sin(7t) ･･･}

と昔習ったので、9次くらいまでやってみる。
最初は基本波。振幅は5vにして　f(t)=5*(sin(t)}

3次、5次、7次と増やして
9次まで f(t)=5*(sin(t)+sin(3*t)/3+sin(5*t)/5+sin(7*t)/7+sin(9*t)/9)

　9次くらいでは、ぜんせん矩形波らしくないけどそれっぽくはなってきた。じゃあ99次まで

理論と現実の壁だ。

〇オシロ

　2chあるのでXYモードがある。XYモードといえばリサージュ波形だ。
AWG1で1kHzの正弦波を出力して、AWG2で90°位相が遅れた正弦波を出す。それをそれぞれ、アナログ入力1,2に入力して、リサージュ波形を描かせる。

　90°位相差があると、リサージュ波形は円になる。教科書どおりだ。(図はX軸とY軸のスケールが違うので楕円になってる)

オシロで位相差を図ってみたら、90.354°画面から読み取ったので誤差が大きいかも。

45°ずれると45°傾いた楕円になる。

周波数が高くなると誤差が増えるのではないかと思ったら。30MHzでも誤差は少ないようだ。

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ADALM2000(2) ＜開けてみた＞

ADALM2000(M2K)を買った。

やっぱり中が気になるので開けてみた。

〇表

〇裏

〇AD9963

　この製品のキーパーツ。

100Msps12bitADC×2, 170Msps12bitDAC×2 のミクスト・シグナル・フロントエンド。
SDRや超音波医療機器のフロントエンド、携帯用測定器への応用を想定しているらしい。

〇Zynq-7000 SoC

  旧AlteraのFPGA Artix-7とDual-Core ARM Cortex-A9が入ったSoC
組込みLinux+ハードウェアを制御する部分はFPGAで実装するのでデジタル回路は少なくなる。
この製品も、AD9963とZYNQ-7000以外はアナログ回路だ。さらに、FPGAで、ロジックアナライザやパターンジェネレータを実装している。

〇JTAG&Serial

　JTAGとシリアルのコネクタがある。

　AD9963が想定している用途では、アナログ回路の設計が重要になるが、アナログ回路の技術者は不足していてなかなか育成できないから貴重だ。だから、チップベンダーとしてはチップを開発するだけでは売れず、売ろうとするチップを使用した製品を積極的に市場に投入しないと使われない(使えない)のではないだろうか、と考えるとこの製品は設計見本なのだろう。そのうち、半額以下でパチモンが出てくる？。(^^;

 やっぱり、Wifiのチップはない。
今時bluetoothやWifiのモジュールは安くなっているので入っていてもよさそうだ。しかし、無線モジュールを実装するとノイズが増えるだろう。使い勝手は良くなるが測定器として使うには素直なほうが良いという設計方針なのだろう。

　作業机で使うことを考えるとPCよりタブレットで使えるとうれしいのだが。

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ADALM2000 ＜1台の装置で複数の計測＞

　アナデバのADALM2000(ADALM2K)を買ってみた。

　20年くらい使っているアナログオシロがくたびれてきたにで新しいと思い安物のデジタルオシロを探していた。ディスプレイを持たないUSB接続のオシロはかなり安くなっているようだ。ところが、安物の帯域は1MHz程度が多い。オーディオ帯域を見るならこれでも良いのだが、やはり、高周波も見たい。

Analog Discovery 2は100Msps/14bit/2chでよさそうだが、￥3,6720@秋月なのでディスプレイがあるDSSが買える。
Open Scope MZ は6.25Msps/12bit/2chで1,0580@秋月だ。帯域は物足りないけどこれを買おうかと思っていたら、ADALM2Kに気がついた。
ADALM2Kは100Msps/12bit/2chで1,2580@秋月だ。分解能はAnalog Discovery2より劣るが値段が1/3だからこんなもんだろう。
2018年から販売しているらしい、気がつかなかった。

アナデバのページ(https://www.analog.com/jp/analog-dialogue/studentzone/studentzone-june-2019.html)によると機能は、

• USB 2.0/OTGに対応（LANとWi-Fiをサポート）←LANとWifiをサポートの意味が分からない
• 2つの汎用アナログ入力
  差動、±25V、1MΩ || 30pF 、12ビット、100MSPSのADC。帯域幅は25MHz
• 2つの汎用アナログ出力
  シングルエンド、±5V、50Ω、12ビット、150MSPSのDAC。帯域幅は30MHz
• 2つの可変電源
  0V～5V、-5V～0V、50mA
• 16本のデジタル入力／出力ピン
  3.3V、1.8V、100MSPS、5Vトレラント
• 2つのデジタル・トリガ
  3.3V/1.8V、100MSPS、5Vトレラント

というもの。

中身は、本体とUSBケーブル、5x2のアナログ用ワイヤ、10x2のデジタル用ワイヤ。

ピン配置はコネクタの上面に印刷してある。

左側(1+～GND)はアナログ、右側はデジタルIO 16ch。

　BNCコネクタのプローブが使えないと不便だ。BNC拡張基板を作ろうかと考えて部品をカートに入れたら、Analog discovery2用のBNC拡張基板と値段があまり変わらないので一緒に買った。(年を取るとめんどくさくなるんだよね)

左側がアナログ入力(2ch)、右側がアナログ波形出力(2ch)、AC/DCカップリングは青色ジャンパーでの切り替える。本体のピンはすべて下側のヘッダピンに出ている。

　M2Kの回路図は(https://wiki.analog.com/university/tools/m2k/devs/hardware)で公開されている。

　M2Kの構成をざっくりいうと、2ch,100MspsのDAC/ADC(AD9963BCPZ)+Linuxだ。LinuxはXilinxのSoC、ZYNQ-7000(ARM Cortex-A9 Dual-Core)に実装している。ARM Cortex-A9 Dual-Core,RAM512bだかiPhone4Sくらいか。

　回路図にはWifiが載ってない。ラベルにMACアドレスが書いてあるので載っているはずなのだが、

　PCに接続すると、たくさん認識される。

〇ディスクドライブ

認識されたドライブにinfo.htmlがあるのでブラウザで開くと、ファームウェアのバージョンなどの情報を見ることができる。このドライブでDFUを使ってファームウェアのアップデートできる。

〇シリアルデバイス

　ターミナルソフトを使って115,200bpsで接続するとログインできる。
ユーザー/パスワードはwiki(https://wiki.analog.com/university/tools/pluto/drivers/windows)にある。

〇ネットワークアダプタ

　NICとしても認識しているので、192.168.2.1にブラウザでアクセスすると、ストレージで見えるinfo.htmlと同じ内容が表示される。また、sshでアクセスするとログインできる。

　netstatで待ち受けポートを見ると 30431/TCPが開いてる。調べてみると、IIOらしい。IIOはLinux Industrial I/O Subsystem(https://wiki.analog.com/software/linux/docs/iio/iio)で、簡単に言うとA/D、D/Aにアクセスするしくみだ。A/D入力、D/A出力しようとすると、どこかでバッファを持たなければならないのだが、IIOはドライバがリングバッファを経由したアクセスを提供してくれるので、アプリはバッファを管理しなくてよい。

　機能に書いてあった、LANというのは、ネットワークデバイスのことだろう。じゃあ、Wifiってなんだ？

　たぶん続く

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• ADALM2000(2) ＜開けてみた＞ (2020/02/14)
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【最近の投稿】【最近のRF】【最近のFPGA】【最近のCPUボード】【2019の投稿】【2018の投稿】【2017の投稿】【2016の投稿】【2015の投稿】

トランジスタ技術2016年4月増刊 - FPGA電子工作スーパーキット -

トランジスタ技術2016年4月増刊
(1)MAX10(2)ライタ(3)DVD付き! FPGA電子工作スーパーキット

　トラ技2015/11でアナウンスされていた、MAX10付増刊号がようやく発売されたようだ。

　MAX10搭載ボード、JTAGライタ基板、DVDが付いて、4,860円らしい。

基板はマルツでも売っていて、
MAX10搭載ボードは 5,980円、TAGライタ基板は 3,480円 だから、トラ技増刊の方がお買い得かもしれない。
ただし、トラ技増刊のオマケにはSDRAMが載ってない。

　マルツのボードは

• MAX10 10M08SAE1448G
• 48MHz 発振器
• SDRAM 32Mx16
• フルカラーLED x1
• SW x1

だから、BeMicro Max10より見劣りがするなあ。

　BeMicro Max10は買ったけど、MAX10に対応したQuartusIIが64bit環境でないと動かないのでそのままになっている。

連休中にせめてLチカまでは何とかしよう。

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• BeMicro Max 10 (2016/02/05)
• Altera MAX10 (2015/09/28)

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【最近の投稿】【最近のFPGA】

IntelのAltera買収 - Intelの思惑 -

Intel Completes Acquisition of Altera
(https://newsroom.intel.com/news-releases/intel-completes-acquisition-of-altera/)

　IntelがAlteraを買収していたことを今更知った。

　Intelの思惑は、

　今後、パソコン用のCPUでは儲からなくなる。今後成長が見込めるのはクラウドと組み込みだ。データセンター用のCPUは押さえているけど性能を向上させるのは困難だ。組み込み用CPUはARMだから入り込む隙間がない。
ということで、データセンター用CPUにFPGAをアクセラレータとして使い、組み込み用にはFPGAで勝負する。

という戦略らしい。

Xon E5-26xx + Stratix + OpenCL か、Stratix入りXonは個人レベルで使えるようにはならないだろうなあ。

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• 日経テクノロジー online　「Intel社がAltera社の買収に必死だったわけ」 2015/06/02
• 東京エレクトロンデバイス Publickey新野淳一のIT羅針盤　「なぜインテルはアルテラを買収し、FPGAをXeonに統合しようとしているのか？」
• EE Times　「IntelのAltera買収、その行方は？（前編） (1/3)」 2015/08/27
• EE Times　「IntelのAltera買収、その行方は？（後編） (1/2)」 2015/08/31
• Publickey EnterpriseIT x Cloud Computing x Web 『インテル、FPGA大手のアルテラ買収を完了。「FPGAビジネスを成長させるため、ムーアの法則を適用していく」』 2016/01/07
• Qiita　「インテル、ISCA 2015でXeon＋FPGAの詳細を公開」 2015/06/22

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【最近の投稿】【最近のFPGA】

BeMicro Max 10

　AlteraのFPGA Max10が載った評価ボード BeMicro Max10はトラ技 2015/11に特集があった。トラ技には、「[制作中]最新の不揮発FPGA MAX10 DIP基板付き増刊」だったはずなのだが、増刊がなかなか出ないのでBeMicro Max 10を買うことにした。

　この評価ボードは

• MAX10(10M08DAF484C8GES)
• USB-Blaster
• 50MHz発振器
• 8MB SDRAM
• 3軸加速度センサ(ADXL362)
• 12bit DAC(AD5681)
• 温度センサ(ADT7420)
• サーミスタ
• CDS
• LEDs×8
• SW×2

が載って、なんと$30だ。

　去年には、マルツにもChipOneStopにもあって、4,500円～5,000くらいだったけど、今は在庫無しになっている。さらにAlteraのweb shopも在庫なしだ。orz

Netで探すと
DIGITALFILTER.COMオンラインショップ
6,900円
と
Amazon(Umemoto LLC)
6,300円
が見つかったので、Amazonでポチったら2日で届いた。

　意外に小さい

　早速、Quartus IIの最新版をDLしてインストールしようとすると、「このソフトは64bit版だから、32bit環境じゃ動かないよ」と言われる。 今インストールしてあるのは Ver13.1sp2だ。最新版ではないけれど、このバージョンで使えるならいいだろうと新規プロジェクトを作成すると、Max10が無い。orz

　どのバージョンだったら使えるのか、MACNICA Onlineにある

「Quartus - サポート・デバイス 対応表」 で調べたら、Quartus II 14.0 Updte2かららしい。
Ver14.0の32bit版はあるのか、

「Quartus - サポート Windows OS 対応表」で調べると、32bit版があるのは　Ver13.1までということが分かった。orz

　OSは先日 Windows7/32bit から Windows10/32bitに上げたばかりだ。
無償で64bitになるらしいがクリーンインストールが必要らしい。 orz

　熱が冷めないうちに、OSを64bitにしなくては

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• Altera MAX10(2015/0928)

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【最近の投稿】【最近のFPGA】

Altera MAX10

MAAlteraのMAX10 には、なんと 12bit 1MspsのADCが付いている。

そして、MAX10が載った「BeMicro MAX 10 評価キット」が出てる。

↑http://www.alterawiki.com/wiki/BeMicro_Max_10

  この評価キットMAX10の他に、

• USB-Blaster
• 50MHz発振器
• 8MB SDRAM
• 3軸加速度センサ(ADXL362)
• 12bit DAC(AD5681)
• 温度センサ(ADT7420)
• サーミスタ
• CDS
• LEDs×8
• SW×2

が載って$30だ。

この評価キットをAlteraのWebショップで買うと送料が本体くらいかかるので、送料込7000円超だろう。
ChipOneStopにもあってこちらは送料450円なので4000円くらいか。

　そして、トラ技11月号の特集でBeMicroキットを扱うらしい。しかも、MAX10 DIP基板付き増刊が製作中になっている。

　でも、トラ技増刊は$30では買えないだろうから、BeMicroMAX10評価キットを買った方が良いのかもしれない。

とりあえずトラ技11月号を待つか。

MCPU - Minimal CPU for a 32 Macrocell CPLD

Opencoresに「MCPU - Minimal CPU for a 32 Macrocell CPLD 」という、わずか32マクロセルで構成できるCPUのIPがある。

　データバス8bit、アドレスバス6bitで、命令は4つだけだ。
ジャンプは条件ジャンプJCC(Jump if Carry Clear)しかなく、演算命令は、NORとADDだけだ。

Mnemonic	Opcode	Description
NOR	00AAAAAA	Accu = Accu NOR mem[AAAAAA]
ADD	01AAAAAA	Accu = Accu + mem[AAAAAA], update carry
STA	10AAAAAA	mem[AAAAAA] = Accu
JCC	11DDDDDD	Set PC to DDDDDD when carry = 0, clear carry

Accにデータをロードする LDA memは、NOR allone、ADD memの2命令で実現する。(alloneは11111111が記録されているアドレス)
無条件ジャンプ JMP dstはJCC dst,JCC dstの2命令で実現する。JCCが実行されると分岐するしないにかかわらずCarryはクリアされるので、どちらかのJCC dstでジャンプできる。

Macro	Assembler Code	Description
CLR	NOR allone	Clear Accu (allone contains 0xFF)
LDA mem	NOR allone,ADD mem	Load meminto Accu
NOT	NOR zero	Invert content of Accu (zero contains 0x00)
JMP dst	JCC dst, JCC dst	Unconditional jump to dst
JCS dst	JCC *+2, JCC dst	Jump if carry set
SUB mem	NOR zero, ADD mem, ADD one	Subtract mem from Accu (one contains 0x01)

　久しぶりに見たら、アセンブラとシミュレータがGitHubで公開されていた(https://github.com/cpldcpu/MCPU)のでDLしてみた。

このCPUの論文(mcpu.pdf)には、XilinxのWebPackとXC9536で合成できると書いてあるが、デフォルトの設定でコンパイルすると、Fitでエラーが発生する。

ERROR:Cpld:868 - Cannot fit the design into any of the
specified devices with the selected implementation options.

だそうで、Fitのプロパティの Implementation Template を Optimize Density にすると合成できる。

　秋月で売ってる XC9536XL-10 VQG44C　だと、10.638MHzで動くらしい。
（今気づいたのだが、以前売ってたのは、たしかXC9536だったけどいつの間にかXC9536XLになってる。）

　あとは、RAMとクロックがあれば動くが、何か制御しようとすると外付けでI/O必要だ。バッファ(74HC541)とラッチ(74HC574)とアドレスデコーダーで作れるが、アドレスデコーダーはXC9536に納まりそうだ。
(今気づいたのだが、秋月では東芝のTC74HC541APとTIのSN74HC541Nを売っているがSN74HC541Nの方が20円安い)

つづく

Papilio pro

Papilio proをトラ技の記事で知った。

このボード

• Spartan 6 LX(XC6SLX9 TQG144)
• 64M SDRAM(MT48LC4M16)
• 64M SPI Flash(MX25L6445)
• USB-JTAG FT2232

が載って、$84.99だ。
拡張ボード(MegaWing)も用意されている。

• Arcade Megawing       $19.99
• RetroCade MegaWing  $64.99
• LogicStart MegaWing  $39.99

　FPGAに実装できるCPUとして、ZPUかAVRコアが用意されている。アプリはArduinoIDEのようなZAP IDEで作るらしい。

ZPU(左)かAVR(右)か選択できる。

ライブラリにSump Logic Analyzerがある。

入力バッファ付けると32chロジックアナライザになる！
いいかも

秋月でも売ってた。