過去の記事 - 氾濫原

2019年 12月 17日

12bit DAC 2つで 24bit DAC?

tech

23:48

MCP4922 などの使用例に書いてあるやつを考えてみる。http://akizukidenshi.com/download/MCP4922.pdf この方法で考えられる問題は

誤差の扱いかたが複雑になる
- 2つのDACの温度係数の違い
- DNL/INL の扱い
外部抵抗の正確さ
短期的なグリッチ
- 同時に値をセットできるわけではないため
- 粗いほうのDACを調整したときに生じる DNL による歪み
制御の仕方が面倒

低速かつ相対的に細かい値を扱うには使えるかもしれない。絶対値が重要な場合はかなり使うのが難しいと思う。

以下のとき1:1000

B がおおざっぱな調整、A が精密調整用の DAC を担うことになっている。A で B の 1000分の1 を追加で補正する。理論上は 4096分の1にすれば最大の解像度を得られるが DNL (微分非直線性) があるためそうはいかない。

DNL が±0.75LSBであるため、1.5LSB分は余裕をもって二重に出力できないと、どうやっても出力できない電圧が発生する。

1:1000 のときの伝達関数をグラフ化すると以下のようになる。Y軸が出力電圧で、X軸は24bitの出力コード。実際は DNL があり、それぞれの直線の傾きがランダムに変化する

見ての通りで同じ出力電圧にする場合でも複数の値のとりかたがある。どれをどう選ぶかは制御のアルゴリズム次第で、結構やっかい。

必然的に相対値の調整が重要なはずなので、前回からの差分をうけとって、精密調整しつつ、範囲をはずれたら粗調整を動かすというのをヒステリシスにやる必要があると思う。

STM32F103 で意図した出力がでないときのチェックリスト

tech

15:43

Alternate function の再配置(remap)の確認 AFIO_MAPR
- STM32CubeMX でペリフェラルのピン設定を確認してたりすると、知らぬまに再配置ピンを使うつもりでいることがある
GPIO の設定 (GPIOx_CRL GPIOx_CRH)
- Alternate Function を出力にする場合、ピンの設定が Alternate push-pull などになっているかを確認する
他の Alternate function が有効になっていないか
- 特にデバッグ関係のピンはリセット直後にデフォルトで有効 (すなわち GPIO が無効) なので、かぶっている場合は自分でオフにする必要がある
  - SWG の場合 JTMS/SWDIO と JTCK/SWCLK しか使わないので、SWJ_CFG ビットを適切に設定して JTAG 用のピンを GPIO 用に使えるように再配置するのを習慣にしておくとハマりにくい
ペリフェラルの設定
- 正しくプリスケーラーが設定されているかなど

2019年 12月 07日

GNU strip (GNU Binutils) 2.33.1 が入った環境で vim を make install すると起動しない

tech

15:24

$ vim
[1]    37147 killed     vim

みたいになってエラーも出ず、一切起動しない。ビルドした src/vim は起動するが、make install 後のバイナリでこの現象が起こる。ファイルサイズも異なるなるのでインストールプロセスを疑ったところ strip を OS 標準のものにしたら正常に起動するようになった。

2019年 12月 05日

STM32F103C8 で ChibiOS を使ってみる

tech

02:37

STM32F103C8 のやっすいボード (bluepill などと呼ばれているらしい) については数年前に書いた STM32F103 C8 T6 の安いボードでLチカ (platformio + mbed) が、これを題材にして ChibiOS の環境を用意する。

レポジトリとChibiOSの依存の追加

適当に git repo を作って ChibiOS を submodule に追加する。もちろんただダウンロードしてきてコピーしても良いがとにかくレポジトリ内に全コードを入れておく

mkdir foo
cd foo
git init
git submodule add git@github.com:ChibiOS/ChibiOS.git

demo から一番近い設定を持ってくる

できれば同じ MCU のボードだと変更点がすくなくてよい。Bluepill は Maplemini というののクローンの一種らしいので、そこからコピーしてくる。

cp -r ChibiOS/demos/STM32/RT-STM32F103-MAPLEMINI/* .

Makefileを書きかえる

CHIBIOS  := ./ChibiOS

ボード定義を自分で作りなおす

手元にあるボードと、既にあるボード定義はだいたい一致していないので、修正する必要がある。

Makefile に以下のような行がある。

include $(CHIBIOS)/os/hal/boards/MAPLEMINI_STM32_F103/board.mk

このディレクトリをまるっと自分のディレクトリにコピーする

cp -r ChibiOS/os/hal/boards/MAPLEMINI_STM32_F103 STM32F103_BLUEPILL

board.mk を編集する。まずはパスを変更したディレクトリにあわせるだけ。

# List of all the board related files.
BOARDSRC = STM32F103_BLUEPILL/board.c

# Required include directories
BOARDINC = STM32F103_BLUEPILL

# Shared variables
ALLCSRC += $(BOARDSRC)
ALLINC  += $(BOARDINC)

board.h を確認して、必要であれば編集する。

まずクロック設定があっているか確認する。実際の基板のものとあってないと何もかもがおかしくなる。後述する mcuconf.h と組合せてよくチェックする。

#define STM32_LSECLK            32768
#define STM32_HSECLK            8000000

VAL_GPIOACRL など、GPIO の初期設定を必要に応じて変更する。とはいえアプリケーションコード (main.c) で、palSetPadMode などで、あとから変えることもできるので必須ではない。

ここまででベースはおわり。make は通るはず

ほかのチェックポイント

cfg/mcuconf.h で各クロックのプリスケーラーなどが正しいか確認する
cfg/mcuconf.h で STM32_ST_USE_TIMER で指定したタイマーは OS によって予約されるので適切にする
cfg/mcuconf.h で利用する HAL ドライバーを有効にする。
cfg/halconf.h で必要なサブシステム設定を有効にする。

備考: STM32F103 での Alternate function の設定方法は?

入力として使う alternate function は、ピンに特別な設定は必要なく、PAL_MODE_INPUT などにして、ペリフェラル側の設定を有効にするだけで良い。

出力として使う alternate function は、ピンにもPAL_MODE_STM32_ALTERNATE_PUSHPULL を指定する必要がある。

(STM32F401 などとは設定方法が違う)

備考: 「これをChibiOSでやる方法がわからん」

ChibiOS の HAL ドライバのインターフェイスは MCU ごとに柔軟に設定できるようになっている。裏をかえすと、基本的に MCU ごとに設定方法を変えなければならない。

一番簡単なのは定義を読むことで、ChibiOS/os のディレクトリで git grep したりして、必要なソースコードを読むのがてっとりばやい。ChibiOS は幸い、あまり変なコードはなく素直に読みくだせるようになっている。

特殊なことをしないなら HAL ドライバを使ったほうが圧倒的に楽だが、もちろん利用せずに自力でレジスタを設定しても良い。データシートを読みながらペリフェラルを設定する場合は結局こうすることになる。その場合 mcuconf.h で利用するペリフェラルのドライバは無効にすること。

感想

できたものは https://github.com/cho45/STM32F103C8-ChibiOS

STM32 の開発環境で悩んでいて、ちょうどよく気にいるものがなかなくていろいろ試している。STM32 デバイスでの例が多く抽象化やビルドシステムもちょうどよく手に収まる感じで、今のところいい感じ。

ChibiOS は RTOS のライセンスがGPLであるのが若干やっかいだが、OSS ならまぁ GPL 採用すればいいので気にしないことにする。

2019年 12月 04日

ccls + vim-lsp で補完時に後続のwhitespaceが削除される

tech

02:14

以下をいれるととりあえずおさまる。ccls と相性が悪い??

let g:lsp_insert_text_enabled = 0
let g:lsp_text_edit_enabled = 0

あとラベルが勝手に補完に含まれるのはinitialization_optionsになんか指定するとよいらしい?

	   au User lsp_setup call lsp#register_server({
		  \ 'name': 'ccls',
		  \ 'cmd': {server_info->['ccls']},
		  \ 'root_uri': {server_info->lsp#utils#path_to_uri(lsp#utils#find_nearest_parent_file_directory(lsp#utils#get_buffer_path(), 'compile_commands.json'))},
		  \ 'initialization_options': #{
		  \    cache: #{directory : '/tmp/ccls_cache'},
		  \    completion: #{detailedLabel: v:false}
		  \ },
		  \ 'whitelist': ['c', 'cpp', 'objc', 'objcpp', 'cc'],
		  \ })

https://github.com/prabirshrestha/vim-lsp/issues/328#issuecomment-555304328

2019年 11月 30日

スペアナでスプリアス測定してみる3 KX3 FMの測定

tech

00:02

測定方法について

以下を根拠に測定する

特性試験の試験方法
別表第一スプリアス発射又は不要発射の強度の測定方法
- 一スプリアス領域における不要発射の強度の測定方法
- 二帯域外領域におけるスプリアス発射の強度の測定方法
別表第三十五証明規則第２条第１項第12号に掲げる無線設備の試験方法。「第２条第１項第12号」はアマチュア無線局のこと。証明規則第2条と種別名の対応表
別表第三号(第7条関係) 具体的な基準

測定前の知識

アマチュアの F3E の占有周波数帯幅の許容値は 40kHz (ただし 430-440MHz では 30kHz)。ただし事実上の帯域幅は 16kHz 程度になっていることが多い。

周波数変調は振幅が周波数偏移になるため、最大振幅でどれぐらい周波数偏移をするかを決めなければならない。アマチュアで通常使われてる狭帯域FMで、最大振幅時の最大周波数偏移は ±5kHz。

測定準備

標準変調度とは、通常、規定の最大周波数偏移許容値を100％としたものであり、最大周波数偏移の許容値が規定されていない場合は工事設計書の設計値（工事設計書に記載される値）の最大周波数偏移を100％としたものである。基準周波数偏移とは、試験機器の最大周波数偏移が規則で規定されていない場合、測定のための基準点の周波数偏移である。

で F3E では、「標準変調度又は基準周波数偏移（位）」は「正弦波１kHzで最大周波数偏移の70％」になる。測定時には「基準周波数偏移の入力から10dB増加（擬似音声）」

アマチュアのF3Eの場合「標準変調度とは (略) 工事設計書の設計値（工事設計書に記載される値）の最大周波数偏移を100％としたものである」が適用される。工事設計書の設計値の最大周波数偏移は通常±5kHzなので、つまり 1kHz 入力したときに、5 * 0.7 = 3.5kHz 周波数偏移するように入力ゲインを変更し、疑似音声はこのときのレベルに +10dB することになる。

前に書いた「特定の変調指数になるようにゲインを調整したい場合」にそって 1kHz で変調指数 3.5 になるようにして、疑似音声をそれの +10dB で出力できるように信号源のゲインを調整する。

今回は温度制限がかかるので、出力は 5W (37dBm) でやる。(本来は最大でやらなければならない)

1kHz で最大周波数偏位 3500Hz にあわせる。

(52013416 - 52006833) / 2 = 3291Hz

測定周波数

FM なので 50MHz 帯で測定することにする。別表第三十五証明規則第２条第１項第12号に掲げる無線設備の試験方法によれば、50MHzは50〜54MHzと、2MHz以上の帯域があり、この場合の試験周波数は3波になる。

下限周波数に 60kHz 加えた周波数
- 50060000Hz
中央の周波数
- 52000000Hz
上限周波数から60kHz減じた周波数
- 53940000Hz

正直めんどい。同じことを3回やるだけなので、今回は省略して中央のみで行う。

帯域外領域

占有周波数帯幅の許容値が40kHz なので帯域外領域は 2.5倍して ±100kHz。
無変調で測定する。

「30MHzを超え54MHz以下」「1Wを超え50W以下」の条件では「1mW以下であり、かつ、基本周波数の平均電力より60dB低い値」

スプリアス領域

「50μW以下又は基本周波数の搬送波電力より70dB低い値」-13dBm または搬送波電力-70dB以下ならよい

RBW=1kHz 9kHz〜150kHz

RBW=10kHz 150kHz〜30MHz

RBW=100kHz 30MHz〜520MHz

ref

https://www.hakodate-ct.ac.jp/~moriya/class/5SCE_Exp/text05-1.pdf
http://ja5fp.org/bessel.pdf

2019年 11月 26日

スペアナでFMの信号を見る

tech

23:56

最初に知ること

周波数変調は、入力信号 (変調信号) の振幅が周波数の変化に変わる
- 変調後の最大周波数偏移は入力の振幅によって決まる
- 振幅の最大値のときの最大周波数偏移は場合によって異なる
  - 広帯域FM: ±75kHz (FM放送)
  - 広帯域FM: ±5kHz (アマチュア FM)
  - 狭帯域FM: ±2.5kHz (アマチュア FM-N)

「振幅の最大値のときの最大周波数偏移」と「ある入力に対する最大周波数偏移」で若干ややこしいので注意。単に「最大周波数偏移」といったときどっちのことを言っているか気をつける。

スペアナで見る FM スペクトラム

1kHz の正弦波で変調した場合、キャリアを中心にして、1kHz ごとにピークが立つ。各ピークのレベルについては後述

入力信号周波数を変化させるとこのように変化する。ピークの幅と、ピークの振幅それぞれが変化する。

変調指数

ある周波数の入力信号を変調して、最大周波数偏移がだった場合、変調指数は以下のようになる。

変調指数には以下のような特徴がある

入力信号が大きくなるほど、高い変調指数になる (Δf は入力信号振幅が大きいほど大きくなるので)
入力信号周波数が低いほど高い変調指数になる
変調指数は側波帯のピークの数と対応している。変調指数 m + 1 番目の側波帯ピークまでで電力の99%が伝達される
変調指数が高いほどSNRが良い

各ピークの振幅

出力のキャリア周波数の振幅及び、側波帯の各ピークの振幅は、変調指数をとる第1種ベッセル関数にしたがう。

https://www.desmos.com/calculator/3cdy0iqwqj

縦(y)軸が振幅で、横(x)軸が変調指数。J(n,m) は変調指数 m のときの、側波帯ピークn番目(ただし0はキャリア)の振幅をあらわす。負の値が出るがスペアナで観測できるのは絶対値。

変調指数が一定の値、例えば 2.4 とかになるとキャリアの振幅は0になる。

入力=500Hz (最大周波数偏位=1200Hz)

入力=1000Hz (最大周波数偏位=2400Hz)

入力=1500Hz (最大周波数偏位=3600Hz)

どれも最初のキャリアゼロにあわせているので変調指数は2.4。結果、最大周波数偏位・入力ゲインが変わる。変調指数が同じなので、各ピークの大きさはどれも一致するはずだが、実際は出力バンドパスフィルタとかの影響で帯域が広くなると誤差が増える。

スペクトラムから最大周波数偏移を知りたい場合 (ゼロキャリアをさがす)

最大周波数偏移は入力信号振幅によるため、同じ振幅を持ち、キャリア周波数振幅が0となるように入力信号周波数を加減する。キャリア周波数振幅が最初に0となったとき m=2.4 なので、入力信号周波数 * m で最大周波数偏移を求めることができる。

ただしこの方法は、入力信号周波数を変化させても、無線機内部で振幅が変化しないことを前提としているので、イコライザやコンプレッサーなどがあり、周波数応答がフラットではない場合は成立しない。

スペクトラムから最大周波数偏移を知りたい場合 (瞬時周波数偏位を直接読む)

RBWを十分に大きくして、FM波全体を見るようにする。この状態で Max Hold / Min Hold して偏位の最大周波数と最小周波数をさがす。少し測定に時間がかかるのと、スペアナのスイープタイミングと入力信号周波数が互いに素になっていないと最悪いつまでたっても結果がでないのが欠点

マーカーを2つ使い、Max Hold / Min Hold それぞれのトレースで同ゲインにくるように調整する。そのときの周波数の値を読んで、差を計算する。これが最小と最大の周波数偏位になる。(51008700 - 51004100) = 4600 なので、最大周波数偏位はこの半分の ±2300Hz になる。この画像の場合は信号周波数が 1000Hz なので、変調指数は 2.3。

特定の変調指数になるようにゲインを調整したい場合

https://www.desmos.com/calculator/unwpeisxic

例えば 1000Hz で変調指数 3.5、つまり最大周波数偏位を3500Hzにしたい場合。これは変調指数から振幅を求めて、近くなるようにゲインを調整するのが一番簡単。

ベッセル関数を使って各ピークを求めて、それにあうようにする。

これでやって調整して、上記の方法で、最大周波数偏位を測定しなおすとより良い。

(51009800 - 51003050) / 2 = 3375 (最大周波数偏位)。3375 / 1000 = 3.375 (変調指数)。なかなかぴったりにはいかない…

2019年 11月 22日

スペアナでスプリアス測定してみる3 KX3 AM の測定

tech

03:51

の続き AM(A3E)。帯域幅は6kHz。疑似音声発生器を使う。

測定方法について

以下を根拠に測定する

特性試験の試験方法
別表第一スプリアス発射又は不要発射の強度の測定方法
- 一スプリアス領域における不要発射の強度の測定方法
- 二帯域外領域におけるスプリアス発射の強度の測定方法
別表第三十五証明規則第２条第１項第12号に掲げる無線設備の試験方法。「第２条第１項第12号」はアマチュア無線局のこと。証明規則第2条と種別名の対応表

変調度

1kHz で変調度 60% の状態で、同レベルの疑似音声を入力するということなので、まず1kHzで変調度 60% の状態を作る必要がある。

変調度をスペアナで求める場合、搬送波振幅 (電圧) 側波帯振幅 (電圧) とすると

または、搬送波電力、側波帯電力とすると

1kHz で変調度 60% なら、。つまり搬送波電力に対して側波帯電力が -10.5dB になるようにゲインを調整する。

0スパンにしてうまく設定すると変調信号を表示できる。この結果を使っても変調度を求められる。ただトリガをうまくかけられないといけない。

帯域外領域

帯域幅は6kHzなので、±15kHz が帯域外領域

無変調で搬送波だけの状態で見る。

スプリアス領域

RBW=1kHz 9kHz〜150kHz

RBW=10kHz 150kHz〜30MHz

前回まで側波帯ごとにわけて見てたが面倒なので一括で見る

-21dBm の高調波。50μW (13dBm) 以下なので合格

RBW=100kHz 30MHz〜71MHz

ref.

https://www.hakodate-ct.ac.jp/~moriya/class/5SCE_Exp/text05-1.pdf
https://dl.cdn-anritsu.com/ja-jp/test-measurement/files/Technical-Notes/White-Paper/Guide_to_SpectrumAnalysis_J.PDF

2019年 11月 21日

スペアナでスプリアス測定してみる2 KX3 SSB の測定

tech

16:22

スペアナでスプリアス測定してみる (KX3 CW) | tech - 氾濫原というのを書いた。SSB でさらに測定してみる。途中で「帯域外領域」の測定について勘違いに気付いたため、前のエントリも修正している。

測定方法について

特性試験の試験方法を参照するのが一番正しそうなので、少し細かくみていく。

「スプリアス発射又は不要発射の強度の測定方法については、別表第１に定める方法」となっている。ただし、平成１６年総務省告示第８８号によって、「スプリアス領域における不要発射の強度の測定を行う周波数範囲」が緩和されて定義されているので、こちらも見る必要がある。

別表第1がスプリアス測定の方法なのだけど「占有周波数帯幅の測定と同じ状態」として他の資料を参照している。

「占有周波数帯幅の測定と同じ状態」は特性無線設備の種別ごとに定義されている。アマチュアの場合は別表第35に全ての変調方式について記述がある。特に「別表各電波型式の変調条件」が大事。

擬似音声発生器

「擬似音声発生器は、白色雑音をＩＴＵ－Ｔ勧告Ｇ．227の特性を有するフィルタによって帯域制限したものとする。」なのでまた別の規格を見る必要がある。G.227 : Conventional telephone signal

この装置は少し前にこれのためにつくったブラウザで動く擬似音声発生器 (ITU-T G.227 フィルタ) | tech - 氾濫原。yak-shaving...

手順

⑴ 変調信号は擬似音声とする。
⑵ 擬似音声の変調入力は、正弦波の1,500Hzで空中線電力が飽和レベルの80％程度となる変調入
力電圧と同じ値とする。

まず正弦波 1500Hz を入力し、飽和レベルの80%程度となるようにマイク入力ゲインを調整する。

飽和レベルはSSBの場合送信機の尖頭電力のことなので、設定した出力電力と同じになる。つまり10W出力で飽和レベル80%なら8Wになるように調整する (0.8 = 1dBひく)。

「擬似音声発生器」は電圧がひとしくなるように作ってあるので、そのまま疑似音声に切り替えれば状態が整う。

10W 出力で計測する。40dBm。1500Hz 正弦波のとき 39dBm に出力を調整する。スペアナの前に40dB アッテネータをいれている。ところで今回はスペアナに Ref Offset の設定があることに気付いたので、前もって 40dB 分のオフセットをつけて、測定値を直読できるようにしている。

帯域外領域

(再掲)

無変調で測定する領域だが、SSBの場合は搬送波がないため実質的に意味がない (搬送波の綺麗さを見る試験のようだ？)。

SSB の占有周波数帯幅の許容値は 3kHz。スプリアス領域は 2.5BN 離れた領域なため、± 7.5kHz の内側が帯域外領域、外がスプリアス領域。

7100kHz を帯域の中心にしたいので、LSB モードの場合は 7101.5kHz に送信周波数をセットする。これで 7098.5kHz より下、7101.5kHz より上が帯域外

1500Hz 正弦波入力

なぜ 1500Hz？と最初思ったが、帯域幅が3000Hzなので、真ん中にくるようにですね。

無音での場合

つまり入力雑音のみの変調をかけた場合どうなるか。混乱しないでほしいが、これはスプリアス測定ではなく参考データとしてとった。

スプリアス領域

RBW=1kHz 9kHz〜150kHz

RBW=10kHz 150kHz〜7100kHz

RBW=10kHz 7100kHz〜30MHz

-21dBm の高調波。50μW (13dBm) 以下なので合格

RBW=100kHz 30MHz〜71MHz

「ITU-R 勧告SM.329-10における指針」に従って、基本周波数の10倍高調波まで見れば良いことにはなっている。つまり 7.1MHz なら 71MHz まで見れば十分なはず。

2019年 11月 20日

若干ややこしい。というのも、Shotcut の字幕は「フィルタ」として実装されており、元動画がなければつけることができない。しかしタイムラインのメインの動画にフィルタとして字幕を追加してしまうとフェードすることができない。これの問題は字幕用のタイムラインを作ってあげれば解決する。この場合、フィルタをかけるための「元動画」が必要になるので、別途用意してやる。といっても単にアスペクト比があった透過 PNGで良い。

この画像において V2 V3 は字幕用にしてある。はりつけているのはただの透過 PNG

1080p-empty.png

追記：ファイル → その他を開く → 色 → transparent で OK を押すと同様のことが Shotcut 内で完結するようだ。開いた状態でプレイリストの+を押すとライブラリにtransparentが追加されるため、これをタイムラインにドラッグするやりかたが簡単

そしてフィルタをかける

テキストをかけるフィルタはいくつかあるので適当に適用する。フェードは「動画のフェードアウト」などいくつかある動画用のフィルタを使うことができる。「黒でフェードする代わりに不透明率を調整」にチェックを入れておくとお手軽にフェードアウトできる。