連 載 R8C/15 付録マイコン基板活用企画 第６回 DDS IC を使った 低周波発振器の製作 タイニー・マスタ Tiny Master 今回は，10 Hz から 300 kHz までの安定した正弦波 を出力する低周波発振器を製作します． きるようにしたので，ちょっとした実験や測定用の基 準信号発生器として使うことができます． ダイレクト・ディジタル・シンセサイザ（DDS）専 用 IC AD9834（アナログ・デバイセズ）を使って製作 したので，10 ビット分解能の D − A 変換によりひずみ 低周波発振器の機能と構成 の少ないきれいな正弦波が得られます． 外観を写真 6 − 1 に示します．小型で持ち運びがで ● 機能と仕様 製作する低周波発振器の機能と仕様を表 6 − 1 に示 ステップ切り替え 周波数可変 します．電源は AC アダプタで 9 V 程度のものを使い ます． AD9834 の能力としては，最高 10 MHz 以上の出力 も可能なのですが，今回はスプリアスが少なくきれい な正弦波が出力できることを活用して 300 kHz までの 低周波用としました． 出力可変 ● 全体の構成 低周波発振器の全体構成を図 6 − 1 に示します．正 弦波と矩形波は AD9834 で出力します．正弦波は， 正弦波出力 矩形波出力 AD9834 の出力をロー・パス・フィルタ（LPF）を通し てから出力電圧を可変抵抗で調整できるようにし，そ の後 OP アンプで増幅して外部へ出力しています．矩 形波は AD9834 から直接外部へ出力しています． 写真 6 − 1 製作した低周波発振器の外観 項 目 電源 出力周波数 出力電圧 表示 機 能 備 考 DC9V から 10V 常時約 100 mA 出力 （ 1 SIN） 正弦波出力 10Hz から 300 kHz （1 Hz 単位可能） 周波数可変ステップはスイッチにより 10Hz 単位と 1kHz 単位を切り替え 出力 2 （SQR） 矩形波出力 10 Hz から 25 MHz 表示は 1 MHz まで 出力 （ 1 SIN） 出力インピーダンス 約 600 Ω 出力電圧 0 〜 4VP − P 可変抵抗で任意 出力 2 （SQR） CMOS レベル出力 液晶表示器 16 文字× 2 行表示 周波数可変ステップ表示 現在出力周波数（6 桁表示） 2005 年 12 月号 AC アダプタ使用 表6−1 低周波発振器の仕様 ロータリ・エンコーダ で周波数可変 周波数カウンタ用出力 汎用 このマークは当該記事で使用されている部品の相当品一式の購入サポー トが行われる予定であることを示します．詳しくは広告ページ「トラン ジスタ技術 サポート企画」 （p.12） を参照ください． 239 付録マイコン基板 50MHz発振器 出力電圧調整 プログラムまたは ステップ切り替え 液晶表示器 R8C/15 ロー・パス・ フィルタ AD9834 内蔵 クロック 20MHz VR 正弦波出力 OPアンプ 矩形波出力 8V 5V 3端子 レギュレータ DC9V〜12V 図6−1 低周波発振器の構成 ロータリ・ エンコーダ AD9834 の周波数調整は付録マイコン基板の I OUTB I OUT FS ADJUST 1 20 R8C/15 で行います．そのために，16 ビットのシリア ル出力が必要になるので，ソフトウェアでシリアル信 REFOUT 2 19 COMP 3 18 AGND 号を生成します．発振周波数の変更はロータリ・エン コーダで行います．ロータリ・エンコーダの制御もソ AVDD DVDD 4 17 V I N CAP/2.5V 6 DGND 7 14 SCLK MCLK 8 13 SDATA FSELECT 9 12 SLEEP フトウェアで行います．出力周波数値は LCD に表示 します． 電源は，R8C/15 と AD9834 は通常の 5 V でよいの ですが，OP アンプの電源は出力電圧を高くしたいの で 8 V としています． 5 AD9834 PSELECT 10 16 S I GN B I T OUT 15 FSYNC 11 RESET 図 6 − 2 AD9834 のピン配置 プログラムの書き込み用のコネクタは，変換用のケ ーブルを使って小型のコネクタとします．さらに，こ アドレスで，内蔵 ROM の正弦波データを読み出して のコネクタのピンを周波数設定ステップの切り替え用 出力します．そのデータを D − A 変換してアナログの にも使います． 正弦波に変換しています． 位相加算器で使われる加算データが，外部から設定 DDS IC AD9834 の使いかた される 28 ビットの周波数データと 12 ビットの位相デ ータになり，このデータによって周波数と位相が決定 ● AD9834 の特徴 されます．2 組のデータを一定周期で切り替えながら 今回の低周波発振器のなかで，重要な働きをする DDS IC について説明します．AD9834 は，図 6 − 2 の 加算することもできるようになっています． 周波数の設定データは SPI インターフェースで転送 ように小型の 20 ピン・フラット・パッケージなので， 変換基板に実装して使いました． され，データ長は 28 ビットとなっています．位相変 調のための位相シフト・データも SPI で転送され，デ AD9834 の仕様を表 6 − 2 に示します．変調信号が ータ長は 12 ビットとなっています．これらのデータ 出力できるように二つの周波数レジスタと位相レジス タを内蔵しています．そのため，FSK や PSK などの を保存するレジスタは 2 組ずつ用意されていて，瞬時 に切り替えて 2 種類の周波数を交互に出力することが 変調信号を使う用途に適しています． また，信号出力のスプリアスが小さいこと，消費電 できるようになっています．この機能が変調機能にな ります． 流が少ないことが特徴で，いろいろなローカル信号発 振器用途にも適しています．今回もこのスプリアスが コンパレータも内蔵しており，出力正弦波から矩形 波を生成することもできるようになっています． 少ないことを活用して，ノイズが少なくひずみの少な いきれいな信号の発生器としています． ● クロックと出力周波数の関係 ここでは，AD9834 の周波数の元となるクロックを ● AD9834 の内部動作 50 MHz としているので，（50 MHz ÷ 210）までは 10 ビ ットの分解能で出力できることになります．つまり， AD9834 の内部ブロック構成を図 6 − 3 に示します． 基本は，一定周期で順次出力される位相加算器からの 240 約 49 kHz までは 10 ビット分解能の正弦波で出力され 2005 年 12 月号
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