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2018.04.15

Cosmo-Z Miniの基板再設計開始

Cosmo-Z Miniの基板再設計をはじめました。

Cosmo-Z Miniというのは、4chのADCと2chのDACを搭載した計測装置で、ZYNQを搭載しているためリアルタイムな信号処理ができるというものです。

Cszmini

まずは、現在の基板の状況を確認しましょう。

Cszmini_default

この基板にはいくつかの問題がありました。

  • 基板の端まで部品が実装されているので、ケースに納まらない
  • 使用しているOPアンプの帯域が狭く、125MHzのADC特性を活かせない
  • FPGAのVCCIOを1.8V(HRバンク)で使うと、LVDSのDIFF_TERMが使えないので、外部に終端抵抗が必要となる
  • その他細かいこと
    • リセットボタンがほしい(開発中の問題として)
    • USB電流制限ICの1番ピンがつながっていない
    • Etherコネクタの共通線(?)に電源をつなぐのを忘れていた
    • MicroSDカードソケットを大量に在庫している品種を使いたい
    • MicroSDカードのCD端子の使い方を間違っていた
    • HDMI出力にモニタをつなぐと電源が逆流してくる
    • 基板を切断するつなぎ目の場所が、コネクタの下にあると作業しづらい
    • LEDが基板の端にないと、ケースに入れたときにモニタランプとしての役割を果たさない
    • SDカードにもパスコンを入れる
    • 電源電圧の瞬間的な低下に対処するため、基板全体に大きなコンデンサがほしい

また、展示会に出してみて「ディジタルI/Oがほしい」というご意見をいただきました。

sun

現基板で最大の失敗は、ケースに収まらないこと

Conflict

↑のように、ケースと電源ICがぶつかってしまいます。

sun

これらの修正点を反映すべく、基板を設計しなおすことにしました。

使用しているタカチのケースの図面(これを解読するのは結構難しいのだけれども・・)を読むと、基板の端から4mm程度は使わないほうがよさそうなので、端っこにあった電源回路などを少し内側に移動しました。

Np1110_space

また、現在の基板でUSBコネクタの裏にある積層セラミックコンデンサ

Usb_cap

を基板の内側に移動させて、空いたスペースにJSTのZHコネクタを2個設けて、4bitのディジタルI/Oを2個設置しました。

Cszmini_dio

FPGAのクロック入力端子にもつながっているので、外部クロックを利用することもできるようになるはずです。

sun

また、アナログフロントエンドのOPアンプに、低消費電力のTHS4521を2段にして使っていますが、これがどうも歪率が悪い。

100kHzで-60dBくらいしか出ません。

Cszmini_100k

高域のゲインが足りていないものと思われます。

Cosom-Zと比べてみると、Cosmo-Z(THS4520)のほうは50MHくらいでゆるやかに落ち始めるのにたいし、Cosmo-Z Mini(THS4521)は30MHzくらいから急激に落ち始めています。

Cszmini_f

THS4520のゲインは600MHzくらいまであるので、メガヘルツ帯域での歪率も低く抑えられるはずです。

というわけで、低消費電力よりも正確なアナログキャプチャを取るため、THS4520に戻すことにしました。

火曜日に出図して基板製造開始、来週の月曜日には実装開始の予定です。今月中に納品できることを目指します。

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