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いろいろな知見を得て、PLL基板を設計し直しています。
前回作った基板はVCOを0V付近まで使えるようにFETを使ってVCOIN拡張したのですが、低い電圧＝低い周波数ではノイズの影響がひどいためロックしにくくなるという問題がありました。
そこで、まず電源を強力にフィルタしたりLDOを入れたりしました。
かなり遊べそうな回路でしょ！？
11次のLCバンドパスフィルタと聞いた瞬間に、逃げたくなりますよね。
AI（Geminiを使用）に、400kHz～1MHzまで通すフィルタを作って、とお願いしたら設計してくれました。
しかも、1E12系列で丸めたものを・・・
そして、この性能は完璧。
「もうちょい帯域広げて」という要望にも嫌がらずに再計算してくれます。
いったいLLMというのは、どういう中身なんだ。
ただ、最初に作ったときには特性がおかしかったのでシミュレーションした結果をAIに見せて「すみません、まちがってました」みたいなやり取りをして、２回目くらいでこの素晴らしい特性に落ち着きました。
CQ出版の本に書かれたLCフィルタの本の表を見ながらスケーリングして・・・というやり方は昔のやり方になってしました。
フィルタが誰でも簡単に設計できる時代になりましたね。
この回路を簡単に実装できるように基板を作りました。
うわっ、と思う量のLとCがありますが、AIが計算したとおりのコンデンサとコイルを乗せるだけです。
すごい時代になりました。
RFミキサなど、微小なRF信号を差動で送らなければならない場合があります。
基板上の信号であれば差動で配線すればよいのですが、DACとミキサが離れている場合はケーブルで接続しなければなりません。
このような場合、同軸ケーブルで差動信号を送るにはどうすればよいのでしょうか？
シングルエンドだとSMAとかBNCとかSMBとかいろいろありますが、差動ではどうすればよいのでしょうか？
調べたところ、ダブルFAKRAと、TwinAxというものがあることがわかりました。
ダブルFAKRAというのは、こんな感じのコネクタで、2本の同軸ケーブルを同時に接続できるコネクタになっています。複数のRF信号を扱うような場合・・・例えば複数のアンテナのダイバーシティとか、AMとFMみたいな用途が想定されています。
ただ、2本の同軸ケーブルを同時に挿すというものなので、1本1本の同軸ケーブルは50Ωですが、差動インピーダンスまでは規定できません。あくまでもシングルエンド2本というケーブルです。
ダブルFAKRAのコネクタは形状がAからZまでいろいろあって、切り欠きの位置が干渉して異なるタイプのコネクタに挿せないようになっています。誰が組み立てしても間違えないという配慮ができています。Zという形状だとオールマイティに挿せます。
もともと車載用なのでコネクタの価格も1000円程度で、数GHzまで使えて、コスパも良いです。
それに対してTwinAxというのは、1本の同軸ケーブルの中に2本の芯線を入れたものです。
こういう構造なので、シングル50Ω、差動100Ωというインピーダンスが期待できます。
コネクタ形状はBNCっぽい形で芯線が2つとか、SMAっぽい形状で芯線が2つという異形の形態となっています。
ぱっと見、BNCだなと思って「あれれ？」となるパターンです。
TwinAxの困ったところは、コネクタに統一規格が無いのでメーカーごとにみんなバラバラで、勘合するかどうかが非常に怪しいというところがあります。TwinAxはIBMがデータセンタで始めたところに軍事用がのっかってきたり、いろいろな経緯があって統一が取れていません。
TwinAxのルーツはアメリカです。ヤードポンド法なので、長さ100フィートとか、ケーブルの長さが感覚的にわかりづらいという欠点があります。メリケンはこれだから困る。
メーカーごとに規格がバラバラでフィートで高いという欠点はありますが、インピーダンスマッチングが取れているのがメリットでしょう。
それに対してFAKRAはドイツ発祥でEUの統一規格なのでメートル単位です。ドイツ車の標準仕様なので安い。だけど、差動インピーダンスが取れません。
それぞれ一長一短ですが、差動信号を同軸で送るならこのどちらかの規格を使うのが良いでしょう。
1週間くらい苦労していた1bit DACのデコードができるようになりました。
上の波形は1bit DACなMEMSマイクで音を拾って、それをFPGAでデコードしています。
FPGAの空I/Oピンにパラレル化したデコード結果を出して、それをMITOUJTAGを使ってバウンダリスキャンで観察し、波形として見ています。
このマイクは8kHz～10kHzくらいで感度が最大になるようですが、相当大きな音を聞かせてもフルスケールになりません。
ですが、1bit 変調器をFPGA内で作ってフルスケールになる信号を与えたらフルスケールが出るので、このマイクのせいなのでしょう。
先日作成したCD74HC4046を使ったPLLが低周波側でロックしないので悩んでいましたが、その理由のひとつは、VCO電圧をゼロ付近まで使えるようにFETで拡張していたためではないだろうかと考えられます。
CQ出版の「PLL回路の設計と応用」(遠坂さん著)によれば、4046はVCOINが0.9V以上ないと動かないけど、VCOの入力をこういう回路にすれば0V付近まで使えるというテクニックが書かれていました。
実際に試してみると本当にそのとおりで、線形性も良かったのですが、
0V付近の電圧まで使えるということは、低周波は0V付近の電圧入力になるわけですから、非常にノイズの影響を受けやすくなるのです。
今回作ったPLL回路は電源がいい加減だったので、50mVくらいのノイズを受けてジッタが悪化するのではないだろうかと考えられます。
つまり、このFETを使ってVCOINを拡張する回路は、確かに低周波まで発振できるようになるけど、低周波を使うにはノイズ対策に相当の覚悟が必要だということが身に染みてわかりました。
なお、18MHzくらいで動作させたときにはロック性能も非常によく、ジッタは4ns程度でした。
下の波形は、黄色がVCO出力で、青がリファレンス入力です。
図 18MHzのVCO出力
それに対して1MHz付近で動作させたときにはロックは非常にゆっくりで、ジッタも40nsくらいです。
図 約1MHzのVCO出力
なお、4046のPC2は不感時間があるので20nsくらいのジッタが出てしまうということが言われていますが、この対策としてVCOの入力（ループフィルタの出力）に1MΩの抵抗で電流を注入してやるという方法があります。
これを試してみたところ、上のような波形になりました。
1MΩの抵抗で電流を注入しないと、VCO 1MHz時に200ns以上のジッタが生じます。18MHz時には6nsくらいのジッタが生じます。
ジッタの大きさは異なりますが、いずれも電流注入は良い結果をもたらしています。
また、電流注入を行うと、VCO出力とリファレンス入力が0°のときにロックするのではなく、微妙な位相差のときにロックするようになります。そのため、PCP出力を見て簡易的にロックしたかどうかを判断することができなくなります。
4046のPLLのロックは2段階で、まず最初に周波数が一致して、その後、位相がすべっていって規定の位相差でロックします。
チップワンストップがArrowに吸収合併されたのですが、Arrowがチップワンストップを引き継ぐのかと思ったのですが、そんなに世の中は甘くありませんでした。
チップワンストップは完全に消滅したようです。
チップワンストップの魅力は、抵抗やコンデンサやICをネットで注文できて、翌日に届くところでした。
このようなことができたのは、チップワンストップが国内在庫を持っていたからです。
しかし、Arrow統合後のチップワンストップでは、日本に無い部品ばかり出てきます。
MOQも多く、1個から買えません。
それに、検索には出てくるものの「お住まいの地域では価格情報をご利用いただけません」って、生殺しじゃないか！
買えないし、価格も見られないような部品を出すなよ、と言いたい。
検索で日本在庫部品だけを見ようとしてもフィルタできない。
電子部品を買えないサイトに成り下がってしまいました。
まさに、チップストップ。
日本で部品を通販で1個だけ買うことはできないのだろうか・・
そうだ、RSコンポーネンツがまだ使えるかもしれない、と一縷の望みをもって覗いてみると・・
確実に悪化している。
今までは海外在庫は「海外在庫」と表示されていたのに、今では「在庫あり」としか出ない。そして、納期が長い。
「海外在庫を在庫ありと言うな！」とアンケートに書いていたら、その真逆の方向に進まれてしまいました。
RSコンポーネンツは「在庫ありと優良誤認させる」戦略を使って、納期の長い海外在庫を買わせようという魂胆のサイトに成り下がっていたのです。
もう駄目ですね。
翌日配達の望みは、そうだ、マルツがある！
ありがとう、マルツ～～～😭😭😭😭😭
今度からマルツで買うから、翌日販売の商売は絶対にやめないでください！
このツイートをリツイートしたら思ったより反響があって驚いています。
要するに、Bambuの3Dプリンタはデータをクラウドで送っているから気を付けろという話です。
スライサーの部分や、クラウドからプリンタにデータが送られてくる部分などがブラックボックスです。
Bambuの3Dプリンタはもともとはオープンソースのプログラムを改良して作ったらしく、Bambu社が追加した部分でいろいろネットワーク経由でデータを送っているのですが、その部分が不透明なのです。
中国の会社は中国共産党が要求したらデータを差し出さなければならないわけなので、Bambuで作った造形物のデータはBambuのクラウドに保存されているし、それは中国共産党が全部見られるわけです。
まぁ、世界中で作られている造形物を全部監視することはしていないでしょうが、特定の会社や人物（メールアドレスで紐づけは容易）の造形物を監視したりデータを窃取するなんてことは容易いことでしょう。
だから、Bambuで造形物を作るときには、実験や、オモチャ、箱など見られてもいいものしか作らないというポリシーで使う必要があります。
もしくは、オープンソースのスライサーを使って、3DプリンタをWiFiにつながずにSDカードで運用するか、です。
ちなみに、AIに調べさせたところ、中国は3Dプリンタは戦略物資だかなんだかで国家を挙げて奨励していて、3Dプリンタを作る会社には税金優遇とかしているようですね。だから諸外国よりコストメリットが出せるそうです。
そうして、日米欧に浸透させたところでデータを抜き取っていたとしても何ら不思議はありません。
遠坂さんの「PLL回路の設計と応用」の233ページに載っていたこの回路を試してみたら、本当に4046の発振周波数がめっちゃリニアになって、可変範囲も広がり、0Vまで使えるようになりました。
1kHz～14MHzまで発振できます。
電圧と周波数の関係は綺麗な直線・・のように見えますが、少し膨らんでいます。傾きで2倍くらい違いますが、ほぼ直線と言えるでしょう。
ちなみに次のページにある定電圧ダイオードを使った回路を併用してみたけど効果はありませんでした。
VCOの改良は、FETで定電流ドライブする回路のみで十分と思われます。
さて、今回の回路はPLLとして動作はしているのですが、1.7MHz(VCOは10.2MHz)までしか追従できませんでした。
分周比を変えたり比較周波数を半分にしても同じなので、位相比較器の問題ではなく、VCOの問題と思われます。
試行錯誤していたら、電源ICが間違って2.5Vのものを使っていたことに気が付きました。電源を5Vにしたらリファレンス2.9MHzまで(VCOは17MHzまで)追従できるようになりました。4066はVCOINの電圧が発振周波数に直接効いてくるので、電源電圧が高いほうが高周波まで使えて有利です。
一方、低速の限界のほうは20kHzとか30kHzとかでした。これはVCOの発振下限由来か、ループフィルタの出力がmVオーダーでノイズの影響を受けやすいためと考えられます。
低いほうはノイズとの闘いになるようですね。
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