ロックインアンプの演算結果を波形として描画

Cosmo-Zのロックインアンプの演算結果を波形としてリアルタイムに描画できるようにしてみました。

下の画面は、100kHzで約100mVppの正弦波をCosmo-Zに入れて、その振幅をロックインで計測し、計測結果をグラフ化したものです。

積算回数が1,10,100,1000,10000回と大きくなるにつれて計測結果の振れ幅が小さくなっていくことがわかります。

積算回数を10000回、50000回に設定すると、測定された振幅はほぼ10uVの範囲に収まります。

この結果を表示させたいがために、Cosmo-Zのアプリに10uV/divという電圧レンジを新設しました。普通のオシロにはこんなレンジはありません。

波形を見ると振幅は10uVくらいの範囲では揺れているのですが、その振幅の不確定さの原因がファンクションジェネレータ自体にあるのか、Cosmo-ZのADCにあるのか、演算のアルゴリズムにあるのかは現時点ではわかりません。

次に、KeysightのファンクションジェネレータをSCPIで自動操作して、位相を1度ずつ動かしていったときの波形を示します。

黄色の線で振幅を、灰色の線で位相を表示していて1°=1mVですが、位相が階段状に変化していくようすが見えています。

次の図は0°から360°まで変化させたときのようすですが、位相に合わせて振幅(黄色)が10uVほど山なりになっているように見えます。

正弦波の振幅を0.5mVに変えてやってみても、やはり位相による振幅推定の誤差が10uVくらいあるように見えます。

一方、振幅を1mV～500mVまで階段状に増やしていった場合でも、振幅の測定に与える影響はない(0.001°以下)でした。まぁ、あまりにも振幅が小さいときに誤差出るのは仕方がありません。

位相が電圧の測定に影響を与える原因を考えなければなりません。