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2017.05.25

1GspsのADCボード「HyperFADC」で綺麗に波形が取れた!

ようやく、1GspsのADCボード「HyperFADC」で波形が取れるようになりました!

改良に改良を重ね、もはや原型をとどめなくなってしまったHyperFADCボードですが、・・・

Hyadc1

ファンクションジェネレータから、1MHz、約0.9Vppの信号を入れてあげたら、ついに、綺麗な正弦波を得ることができました。

Hfadc3

ここまで到達するのに、いったいどれだけの時間と苦労がかかったことでしょう。

FFT解析をしてみると、250MHz,300MHz,350Mhz,400MHzのあたりに何かいますが、

Hfadc4_3

1MHzの正弦波の高調波ではないようです。

Hfadc5_4

このボードには50MHzの水晶発振器が乗っているので、その高調波が見えているのかもしれません。

さて、1GHzサンプリングのADCに1MHzを入れると、上の図のようにスペクトラムのすそ野が広がってしまって、鋭いピークとして見ることができません。

そこで、もうすこし良いシグナルジェネレータを使って48.828125MHzの正弦波を入れることにしました。

Hyadc2

なぜこの周波数かというと、1GHzでサンプリングした波形を16384ポイントのFFTで解析すると、周波数分解能は1000MHz/16384=61.03515625kHzになります。

そもそも、なぜスペクトラムの裾が広がるかというと、時間軸で区切った区間の最初と最後が連続していないからです。普通はここで窓関数とかを使うのですが、窓関数を使うとゲインは減るし、本当の波形ではなくなってしまいます。

そこで、この61.03515625kHzの整数倍の周波数の波形を入れれば、波形の周期とFFTで切り出した区間の周期がぴたりと整数倍になるので、裾が広がらなくなるのです。

そこで、61.03515625kHzの800倍である48828.125MHzを選んだ結果、非常に綺麗なスペクトラムが得られるようになりました。

Hfadc6

基本波-6dBくらいに対して、高調波が-60dBなので歪率は-54dBですが、ファンクションジェネレータの歪率もあまり良くないので、このボードが悪いのか信号源が悪いのかはわかりません。

気になるのは、50MHzの整数倍の周波数で出ている謎の高調波です。やはり基板上の水晶が悪いのかな・・と思います。

48MHz付近を拡大してみると、ちゃんと鋭いピークが見えています。少し広がっていますね。

Hfadc7

それから、今度は入力をオープンにして、波形を取ってみました。ホワイトノイズが見えています。

Hfadc8

1LSB=1.9V/32768なので、約58μVです。それが±200LSBくらい揺らいでいるので、±11mVの揺らぎとして見えています。

時系列でみていてもわからないので、ヒストグラムを取ってみました。すると、やはり櫛形になっていて、DNLがすごく悪いことがわかります。

Hfadc9

このADCは、なぜか4個に1個の範囲で大きな値が出るので、DNLが悪く、実質的には14bit程度の性能しかありません。

そこで4で割った値でヒストグラムを取ると、それなりに綺麗な形になりました。

これをガウシアンで目分量でフィットさせてみて、ノイズのσ=24LSBと推定できました。

Hfadc10

いまは14bit精度で使っているので、1LSB≒232μVとなるので、ノイズは2.28mVrmsと推定されました。最大入力900mVppの1G ADCボードでノイズが2.3mVですから、まあ許せる範囲じゃないかと思います。

ノイズを減らせられればもっと減らしたいところです。

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