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2022.04.06

DACで作った正弦波のゲインとひずみ率を測定

Cosmo-Z MiniはAnalog DevicesのAD9717というDACが搭載されていて、2chのアナログ信号を出力することができます。

Cosmozminidac

このDACを使って5Hz~100kHzまでの範囲で様々な周波数で正弦波を出力し、ゲインやひずみ率の変化があるかどうかを調べてみました。

Scope_97

測定に使った機械はVP7722Aというオーディオアナライザというものです。普段は正弦波発生器として使っていましたが、外から信号を入れてひずみ率やTHD等を測ることもできます。

Vp7722a

5Hzのときの値はあまり信用できませんが、結果は以下のようになりました。

Gain Thd

この測定器の表示を読んだ感じではゲインは0.2dBほど変動していました。THDは測定に時間がかかるので何とも言えませんが、概ね-70dB以下で、周波数が高くなると減少傾向にあるといえます。

なお、Cosmo-Z MiniのDAC出力にLCフィルタを入れても変化はありませんでした。10MHz以上の高い周波数の正弦波を作るときにはLCフィルタが効いてきますが、低い周波数の信号を作る場合には効果は全くないようです。

Lcfilter

 

また、同じ周波数でKeysightのEDU33212Aで測ったものと、VP1122Aの内蔵発振器で出力した正弦波を比べてみました。

ゲインについては、Cosmo-Z MiniとEDU33212Aが同じような傾向を示しているので、このわずかな変動は計測する際のVP1122Aの測定側の特性なのだろうと思われます。

Gain2_20220407065701

THDについては、EDU33212Aのほうが全体的にCosmo-Zよりも10dBほど良い値を出しています。VP1122Aに内蔵された正弦波発振器はは-110dBという驚異的な値を出しています。

Thd2

Cosmo-Z Miniでは、周波数が上がるとなぜTHDが下がるのかは謎です。高い周波数のほうが変化が激しいのでTHDも増えると思ったのですが・・・。FPGAで正弦波を作るためにまずランプ信号で位相を作って、その位相をもとにCORDICで正弦波を作っているのですが、そのランプ信号の分解能が低いのかもしれません。ほかにも、位相がπを超えて-πに戻るところの接続に問題があるのかもしれません。

DDSのアルゴリズムを変えれば周波数の変動を抑えられるかもしれません。しかし、AD9717のデータシートを見ると-84dBくらいが限度なようなので、現時点でも十分な性能といえるのかもしれません。

 

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