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NanoVNA を WebUSB を使ってブラウザから見る

tech nanovna | 00:01 |

NanoVNA の USB のコミュニケーション方法が USB-CDC で、プロトコル自体は簡単そうだ、というのを前に書きました。なぜそんなことを調べていたかといえばブラウザでUIを作りたかったからなので、作りました。

実態: https://cho45.stfuawsc.com/NanoVNA/
コード: https://github.com/cho45/NanoVNA-WebUSB-Client

機能

デバイスの現在のデータの読みこみとグラフ化(スミスチャート・周波数応答)
複数のトレースタイプ (clear write / freeze / minhold / maxhold / videoavg / poweravg)
- freeze が値の比較に便利だと思う。これが欲しくてトレースタイプを実装してます。他のはオマケ
ウィザード形式のキャリブレーション
デバイス画面のキャプチャ
デバイスバージョンの表示 (比較的新しいファームでなければ version コマンドがありません)
TDR (Time Domain Reflectometry)
s1p s2p 出力。ただし s2p は S22 = S11, S12 = S21 として出力する。

実装

ほとんどの機能は JavaScript で直接実装しています。TypeScript も使っていません。USB Device との通信は WebUSB で、できるだけポーリングを正確にしたいため Worker 内で行っています。このあたりは HackRF One を WebUSB から操作してスペアナを作るのと同じような手順です。

グラフは chart.js をそのまま使っているので工夫したところはありません。

現状では TDR 測定のところでだけ Rust で書いた実装を wasm にしたものを呼んでいます (TDR は RL をただ ifft しているだけです)。パフォーマンスが必要なわけではないのですが、複素数の計算を JS でやるのがとにかく面倒かつ可読性を損うので、Rust 資産を流用しという魂胆です。

本当は、Rust での処理は生dump データから、デバイスでやっている計算すべてをホスト側でやるのも見越してやりはじめましたが、一通りスキャンするのにかえって時間がかかりそうなのでやるのをやめました。ヒルベルト変換は fft/ifft でできるし、すぐ実装はできそうではあります。

備考：WebUSB と USB-CDC の将来は不安

WebUSB はそもそも既存のよくあるUSBデバイスに対してアクセス権限を与えるようなコンセプトのものではなく、USB-CDC も同様にスコープに入っていません。本来はSerial APIという提案仕様があって、こちらでカバーされるはずです。だけれど現状では実装されているブラウザが存在しません。

ということでやはりWebUSB でやるしかないわけですが、OS間で取り扱いが違うので意外と面倒くさいことがわかりました。

Windows では CDC 用のドライバがインターフェイスを握ってしまう
- ドライバを libusb 用のものに置き換えれば使える
Ubuntu では cdc_acm ドライバがインターフェイスを握ってしまう
- udev ルールで bind 直後に即 unbind することができる。

ドライバを入れ替えると普通のシリアルポートとしてOSには(当然だけど)認識されなくなるので、必要に応じて再び入れ替えたりする必要があります。

ここで一つ問題があって、現行の NanoVNA は USB の vid/pid を STM32 の CDC デバイスのもの(?)を流用しているため、上記のようなドライバ置き換えが他の STM32 デバイスに影響を及ぼすことがあります。vid/pid の関するイシューはあるのでそのうちなんとかなるかもしれませんが現状ではこの通りです。

なお macOS は実際のデータ転送に使うインターフェイスは、実際にポートがopenされるまで排他的に確保しないようで、WebUSB からも自由にアクセスできます。逆に WebUSB で握っている間にシリアルポートを別途開こうとすると、そのタイミングで resource busy が出ます。

現行の Android では特に何もせず、OTG コネクタさえ使えば接続することができました。ただ、中華NanoVNAはコネクタにType-Cを採用はしているものの、CC に何も接続されていないため、Type-C - Type-C ケーブルを使うとデバイスを認識しません。Type-A OTG 変換ケーブルなどを経由する必要があります。

とりあえず何が言いたいかというと、今のところ WebUSB で USB-CDC デバイスをなんとか動かす方法は存在しているけど、今後はどうなるかわからないということです。WebUSB 自体も (使われなければ) 消滅する予感のする仕様と感じています。少なくとも今の仕様 (パーミッションダイアログが危険性の割に雑) のまま広く使われることもないだろうと思います。

NanoVNA 左側の文字の意味

tech nanovna | 11:37 |

C0 → CAL0 の設定を読んでいる状態。
    c0 のように小文字の場合はエラー値の補完をしている状態
    (recall してから周波数範囲を変えた場合。厳密には uncal )
D → directivity エラー修正
R → refrection tracking エラー修正
S → source match エラー修正
T → transmission tracking エラー修正
X → isolation (crosstalk) エラー修正

それぞれの意味はエンハンストレスポンス校正あたりで検索する (自分はよく理解してない)

なお cal を done したときに、終わった calibruation menu のハイライトが一部消えるのは正常 (上記エラー情報を計算し終えると消える仕様)

NanoVNA の測定メモ

tech nanovna | 17:12 |

前につくったアッテネータを測ってみる高周波用アッテネータを作ってみる | tech - 氾濫原

NanoVNA だと 300MHz 付近にデコボコがあるようにみえますが、これはおそらく 0.5〜900MHz でキャリブレーションした状態で、0.5〜500MHz の範囲を見ている (校正の補完を使っている) せいと思われるので、再度この範囲でキャリブレーションしなおしてみます。(300MHz を超えると高調波モードを使うので段差ができやすい)

消えました。

リターンロス (S11)

前回の結果の再掲 (TG つきスペアナ + リターンロスブリッジの結果)

挿入損失 (S21)

前回の結果 TGつきスペアナでの結果