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2015年8月

Cosmo-ZのファームウェアとFPGAを更新

平成27年8月27日

Cosmo-Zのファームウェアを更新しました。今回の更新点は、

  • WebインタフェースでFFTと、ノイズのヒストグラムが見られるようにした
  • Webインタフェースの改良
  • 見たいチャネルだけを見られるようにした

です。

波形ボタンの右に、ヒストグラムボタンとFFTボタンがあります。

Csz_1

例えば、チャネル5と7のノイズのヒストグラムだけを見たい場合は、CH5とCH7にだけチェックを入れて、ヒストグラムボタンを押します。そして、表示範囲を「自動設定」ボタンを押します。

Csz_2

FFTをしてスペクトラムが見たい場合には、FFTボタンを押します。

現在、オーディオアナライザとファンクションジェネレータからテスト波形を入れているので、FFTをした結果が見られます。

Csz_osc


上の2台の発振器で正弦波を作っています。

Csz_3

 

さて、Cosmo-Zを持っている人はダウンロードページから最新版をダウンロードしていたwだきたいのですが、持っていない人でも試してみることができるよう、特電のオフィス(千代田区)に置いてあるCosmo-Zをインターネット経由で操作することができるようにしました。

http://cosmoz.tokudenkairo.co.jp/

でアクセスできるので、ぜひ試してみてください。

上のURLでアクセスされるサーバは北海道にありますが、Cosmo-Zは東京にあります。

北海道のサーバが、特電の社内にあるCosmo-Zにアクセスして、その画面をそのままリダイレクトして表示するようになっています。

お客様→北海道のサーバ→東京の実機→北海道のサーバ→お客様と、非常に長い経路をとってアクセスすることになりますが、あまり遅くは感じないと思います。

Cosmo-Zを無理やり18bit化してみた

平成27年8月26日

ZYNQ搭載のADCボード「Cosmo-Z 」は標準で12bitですが、オプションで16bitのADCを搭載することもできます。

7月28日のブログの記事「Cosmo-Zの16bit版を作ってみた」でも書いたのですが、入力0のときのノイズのヒストグラムはこんな感じでした。

Csz16_4

1LSB=30μVなので、σ=160μ程度のノイズが乗っています。

まぁ、16bitの高速ADCだとこれくらいは仕方がないです。

sun

さて、16bitのADCにディジタルフィルタとデシメーション(オーバーサンプリングの逆)をしてやれば、もっと精度が出るんじゃないかと思い、やってみました。

XILINXのCoreGeneratorにはCIC Generatorというフィルタのウィザードがあるので、これを使ってみました。

Cic

拡大してみるとわかると思いますが、25分の1デシメーションのCICフィルタです。125MHzで入ってきた信号が10MHz以上で-100dB、7MHz前後で-75dBという強烈なLPFになっています。

CICフィルタについては、詳しくは、過去の記事「12bitのADCを18bit分解能にする方法」「CICフィルタのオーバーフローとビット数」「CICフィルタでビット数は増えるのか?」をご覧ください。簡単に言えば、加算と減算とレジスタだけで作れるローパスフィルタです。

このフィルタを通すと、5LSB程度(約160μV)あったノイズが、1LSB(約30μV)の幅に収まります。高周波成分をカットするので、当然ながらノイズは減ります。

Cic_16_hist

これを18bitに拡張して見てみると、σ=4LSB(約30μV)程度の綺麗な正規分布が出てきます。

Cic_18_hist

つまり、フィルタによって16bitのADC値から意味のある18bitの値が作り出されているというわけです。直感的に言えば、2つの整数を足して平均すれば0.5の桁までわかる、ということをもっと複雑にやっています。

sun

では、FFTしてスペクトルを見てみます。

80MHzでサンプリングしていますが、25倍オーバーサンプリングとして扱うので、信号のレートは3.2MHzになります。したがって1.6MHzまで見えます。

まずは、16bitで測ったデータをFFTしてみます。信号源はオーディオアナライザで作った100kHzの正弦波です。基本波-20dBに対して高調波が-90dBくらい下がったところに出ています。

 

Fft_16bit_2

↑16bitでのFFT

次に18bitで測ったデータのFFTです。メインの部分は変わりありません。1MHz以上のノイズフロアが-10dB減って-160dBを差すくらいの違いしかありません。

Fft_18bit

↑18bitでのFFT

したがって、18bitにすることはDC電圧の決定には意味があるのだろうけれども、FFTした結果にはあまり影響が出ないといえます。

sun

Cosmo-Zの18bit化ができました。

このシステムがどれほどの性能を持つかは、より歪の少ない発振器を使ってみないとわからないといえます。

-100dB以下の発振器が欲しい。

 


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