2015年4月10日金曜日

ぴゅんぴゅん3号 3次VCVS LPF版シールドの設計

ぴゅんぴゅん3号のシールドをはんだ付けする前にブレッドボードでもう少し実験してみた




aitendoのI2C LCD(SPLC792-I2C)

今まで使っていたStrawberry LinuxのI2C LCDのピンヘッダが細いタイプで
ブレッドボードならいいが、ピンソケットに差すとぐらつくので交換しようと思ったが
作業途中でプリント・パターンを破壊してしまった(^q^;

aitendoのSPLC792-I2Cはなんか在庫が補充されているみたいなのでこっちを使うことにした
(1回の注文で2個までしか買えないが)

PSoC 4 Pioneer Kitはジャンパの設定で5V駆動、3.3V駆動が切り替えられるが
3.3V駆動にすると動作開始後しばらくするとI2Cの通信エラーが起こる

5V駆動なら正常動作する

PSoC 4 Pioneer Kitを5V駆動してもSPLC792-I2Cの電源は3.3V供給だし
I2CのプルアップはSPLC792-I2Cの基板上でされているので3.3Vだ

問題となりそうなのはRSTのレベルが普通の信号線なので5.0Vになる
→起動時に1回だけRSTしているので1回だけ仕様外

<追記:2015.04.18>RST信号は負論理(通常時はVDD)なのでRESET時以外は常に仕様外でした</>

I2Cの信号線が3.3Vレベルになるので5V駆動のPSoC 4 Pioneer KitのI2Cの入力が仕様外(だと思う)

本来なら3.3V駆動で正常動作するはずだが、原因は不明(@@;

深追いしないで、PSoC版のぴゅんぴゅん3号は5V駆動でいくことにする
(といってもPSoC 4 Pionner Kitのジャンパを切り替えるだけだが)

3次VCVS LPFの定数決め

シールド上でもピンソケットを使ってCRを交換できるようにするつもりだが
ブレッドボードでももう少し実験

OKAWA Electric Designさんのフィルター計算ツールを使って
http://sim.okawa-denshi.jp/Sallenkey3Lowkeisan.htm
バターワース特性でカットオフ周波数が2kHz、10kHz、50kHzになるようにして
できるだけ手持ちの部品で近い値のCRに置き換えてLTSpiceでシミュレーションした

そのあと実際にぴゅんぴゅん3号で波形を生成してオシロで見てみた

カットオフ周波数2kHz

シミュレーション

AC分析

<追記:2015.04.13>
このRCLフィルタで出る∧∨みたいなピークはなんだ?共振の発振を後段の2次LPFで抑えてるっていうことか?位相はOPAMPのフィルターで考えると信じられないぐらい回ってるし

終わりよければすべてよしみたいなものなのだろうか

そういえばLPFで進み位相になったのが何故なんだと思ってたが
タブレットのファンクションジェネレータ出力用のLPF でけた&いろいろ測定(http://dad8893.blogspot.jp/2015/04/lpf_6.html
一瞬でこんだけ位相が回されると元に戻るのか

気が付けば360度

2kHzは普通に可聴帯域で計測できそうだし調べてみる価値はあるかな
</追記>

オシロで観測: 2kHz矩形波

赤色がIDAC8からの出力、黄色がフィルターの出力

回路の後段に容量成分があるのでIDAC8からの出力もなまってるが
後段の回路を切り離すとこのようにちゃんとした矩形波が出力される


2kHzの矩形波は相当なまっているので、ちょっとこれはフィルターが効きすぎだ
三角波やノコギリ波もほとんどサイン波に近くなってしまった

カットオフ周波数10kHz

シミュレーション

AC分析

オシロで観測: 2kHz矩形波

なまっているがまあ矩形っぽい原型をとどめている

オシロで観測: 2kHzノコギリ波

これもなまっているがノコギリ波っぽい。

アナログシンセの波形ってこんな感じになまっているのでむしろ好都合かも(^q^/

カットオフ周波数50kHz

オシロで観測: 2kHzサイン波

LPFが効かな過ぎてDACからの出力のガタガタが取れなくなってしまった

フィルターとしてはどうかと思うが、デジタルとアナログの中間みたいでこれはこれで面白いかもしれない

ジッター

DDSの宿命なのかジッターはやはり出ているが
ピュンピュンマシンはもともと波形をLFOで揺らす作りなのでこれは問題ない

基板設計


1日ぐらいではんだ付けできるかな?