新製品を作ります「ちょこっとラボ（仮称）」シリーズ

新製品を作ります。

名前は「ちょこっとラボ（仮称）」シリーズです。

実験環境で、ちょこっと必要な回路をモジュールとして提供するというものです。

例えば、RFデバイスや光学部品等に、0.1Vのバイアス電圧を与えたい場合どうしますか？

以下のような選択肢が考えられます。

① 直流安定化電源を使う
② 汎用のファンクションジェネレータを使ってDC出力モードで使う
③ 自分で作る

電気に詳しければ自分で作るというのもアリですが、万能基板やブレッドボードにツェナーダイオードや電圧リファレンスを乗せて、OPアンプで増強して・・と考えていると、基板を作ることになって、結局は1週間とか2週間とか経ってしまいますよね。

多くのラボでは電子回路をチャチャッと作れる学生も技官も教員もいないので、安定化電源やFGを使うと思います。DCバイアスを与えるだけなら明らかにオーバースペックですし、場所は取るし、コストもかかるのですが、それ以外に選択肢がありません。

コンセプトは、「枯れたアナログ技術×最新UI」です。

まずは、以下のものを予定しています。

①　ちょこっとDC
②　ちょこっとPLL
③　ちょこっと保護回路

ちょこっとだけご期待ください。

精密DAC基板のCPUをRaspiPicoにした

Raspi Picoを使ったDACボードを設計しています。

先日まではRX63Nでしたが、いまさらRX63Nは不便なので、RaspiPicoにします。

この程度の基板で4層を使ったり1005サイズを使ったり、裏面に部品を乗せるのは甘えだと思うので、1608以上、表面のみ、両面基板という縛りで自分に厳しく作っています。

Raspi pico、RP2040を調べてみると、数百円のマイコンとは思えないほど高機能でした。

PythonでもC++でも開発できて、C++には様々なライブラリが揃っています。

Windows11上のVSCodeでC/C++開発できます。

書き込みはボタンを押してUSBを挿せばUSBドライブとして見えて、ファイルをコピーするだけで書き込めます。

また、Debug Probeを使っても書き込めます。

残る謎は内蔵ADCを使うとUSBが使えなくなることと、SPIのボーレートが正確でないことかな。

新規に開発する装置なら、もうRP2040一択でいいんじゃないですかね。

がじぇるねの遺品、百個以上残っているRX63Nは捨てることにします。

ミスミのフレームを使って作り、ネジを表面に出さない方法

4カ月ほど頑張って作ってきた装置がいよいよ納品です。

手塩にかけて育ててきた装置が手元から離れてしまうのは寂しいです。

娘を嫁に出す親のような気持ち。

今日は徹夜ですべての部品をバラしてネジの1つ1つを締め直し、ケーブルを作り直して組み立て直しています。

さて、この装置は展示品です。

ボタンを押すと光ってある現象を説明するという、例えれば科学館で展示されているような展示品です。

ある種の美術品とも言えます。

そこで私がこだわったのは表面にネジを出さないこと。

上の写真を見ていただくとわかるとおり、骨組みはミスミのフレームです。

しかし、ミスミのフレームで作ったも機械は標準的には表面にアクリルパネルやアルミ板を貼ってネジで止めるのが普通です。ですが、それだとネジが表面に見えてしまいます。

そこでわたしが取った方法は、こういう感じで筐体の内側からネジで止めるという方法でした。

はっきり言って、超めんどくさい。

内側から止めるのでドライバも入りにくい。

でも、頑丈になりますし、何と言ってもでき上がった後の見栄えが最高に良くなります。

すべての工作に使えるほどオススメではありませんが、ミスミのフレームを使って見栄えのよいものを作りたいときには参考にしてみてください。

ジッタを1000倍に拡大して観察する方法

ある映像機器を作っていて、垂直同期信号を見て「うわっ私のジッタ多すぎ」と思ったけどこんなものかもしれません。

この機器では垂直同期信号が7msごとに来るのですが、1回目の垂直同期信号でトリガをかけてその7ms後の、2回目の垂直同期信号の立ち上がり(7ms)を見てみると10nsくらい揺らいでいました。

おそよ100万クロック経過しているので、元のクロックのジッタが1000倍されていると考えると、元のジッタは10psくらいだったと推測できます。

どういうことかというと、

クロックの周期が T±Δt の場合、ランダムジッタしかないと仮定するとN個後のクロックのタイミングはNT±(√N)Δt後になります。

100万クロック後だとジッタは1000倍に拡大されます。

使用している水晶発振器のジッタが20psだとすると、100万クロック後を見れば20nsほど揺らいでいることになります。

ただし、この方法ではオシロスコープの中のタイムベースの揺らぎも効いてくるのでご注意ください。オシロスコープのタイムベースも同程度の水晶を使っているならば本来のジッタが√2倍になって見えているはずです。

これでようやくわかりました。私が2年前に作った300GHz帯送受信機でビット同期がうまく取れなかった理由が。

RaspberryPiPicoで精密DAC基板

RaspberryPiPicoで精密DACをコントロールする基板を実装しました。

きっと素晴らしい性能だと思うのですが、時間がなくて動作確認できておりません。

ただ、SEPIC-Cukコンバータで作った電源回路は正しい正負電圧を出してくれていることは確認しました。

はじめてFPC基板を作ってみた

JLCPCBでFPC基板を作ってみました。長さは60cmくらい。（JLCで作れる最大サイズ）

日本で作れば20万円くらいすると思うのですがJLCだと1万円未満。

いったいどうなってしまっているのでしょうかね。

同軸コネクタを付けて特性を測ろうと思ったのですが、意外にふにゃふにゃしています。

やっぱり補強版がないとダメですね。

インピーダンスとか合っていないし、SMDの抵抗のパッドに無理やりSMAコネクタを付けた感じですが特性的には700MHzくらいまではいけそうです。

補強版がないとコネクタの付けはずしが大変なので、絶対に補強版は必要です。

FPC基板の設計

JLCPCBで作れるFPC基板を設計してみました。

FPCと似たようなものにFFCというのがありますが、

FFCというのは、いわゆるフラットケーブルです。

FPCというのは、薄くて曲げられる基板のことです。

まずはFPCの能力を知るための実験用です。

60cmくらいの長い基板です。

端っこには受けのコネクタと端子を付けておいて、ハサミで切って使います。

この面付をJLCの人がなかなか理解してくれなくて発注手続きが1日待たされてしまいました。

「面付には何ミリの余白が必要だ」みたいな回答が延々と帰ってきます。

どうやら外形図にガーバに複数の線を書いてはいけなかったようですね。

RX63NからRaspi Picoへの移行

RX63Nで設計していた精密DAC基板をRaspi Picoを使って設計しなおしました。

まずは実証実験用として両面基板と1608サイズの部品で安く作りました。本番用は4層にすると思います。

RX63Nを使った精密DAC基板

RX63Nを使って精密DACを作っているのですが、この基板の部品をDigikeyに発注しました。

運がよければ火曜日に来ます。

これは単純な16bit DACです。

いくつかのRF部品は0.3Vみたいなバイアス電圧を必要としますが、DC電圧を与えるためにファンクションジェネレータを使うのがもったいないので作っています。

ポイントは正確な出力電圧、同軸ケーブルを駆動しても安定なOPアンプ、5V 50Ωを駆動できるパワー、マイコンから独立した過電圧保護回路です。

もうRX63Nは全部捨てようかな

引き続きRX63Nのデバッグをしていますが、妙に熱い。

どうやら、RX63Nの水晶は12MHzを付けるべきした。25MHzのを付けてました。

USBが認識しないわけだ。少し熱い。がんばったね、CPU。

水晶を12MHzのに乗せ換えたらやっと認識してくれました。

しかし、12年前にRX63Nのブートモードのドライバをlibusbで作ったのだけど、署名とか何とか言われてインストールできませんね。。

ルネサスフラッシュ開発ツールキットを入れたら認識した。

しかし、RXマイコン用のコンパイラ(RX-ELF-GCC)が32bitの実行ファイルとしてコンパイルされているから、64bit環境では実行できません。

12年でずいぶん変わりました。

ルネサスのツールで古い実行ファイルを書き込もうとしてみると・・

だめだ・・・。

何も書き込んでいないはずなのにルネサスフラッシュプログラマが消去エラーとか言ってくる。

マニュアルの「P/E ステータス遷移」だと思うんだけど・・

昨日の水晶のクロック間違いで壊れてしまったのかな？

Zadigを使ってlibusbをインストールし、自作のツールで書き込もうとしてもエラー。

基板から外して別のRX63Nに貼り替えようと思ったけど、うまく外れなくて完全に心が折れた。

よーし、RX63N捨てよう。開発環境が古くて動かず、ドライバも署名で動かず、久しぶりに作った評価ボードで消去エラーが出るんじゃ捨てるしかない。

なんとなく前から思っていたんだけど、私が持っているRX63Nには呪いが掛かってるんじゃないかな。

このRX63NはがじぇルネGR-SAKURAを作った余りなんです。最初の2000個くらいは私が作っていました。

呪いがかかる心当たりがありすぎます。

ひょっとして、このRX63Nを全部捨てたら運勢爆上げしたりしたりして。

ドラクエにもそういうアイテムあるじゃろ？

在庫管理システムによれば私が13年前に600円くらいで仕入れたことになっています。

残数は144個。簿価で86400円。

いま新品を買えば単価2000円超だけど、売ったり流通在庫に流したりせずに、不燃ごみで怒りとともに捨てることにします。