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2021.12.15

不燃ごみ処理

3年前にオフィスを引き払ったときのケーブル類やその他の不燃ごみを、いつか役に立つかもしれないと思って倉庫に入れていたのですが、とうとう捨てることにしました。

そうはいっても、特電が借りているオフィスで大量の不燃ごみは出せないようですし、諸般の事情で区の回収に出すこともできません。有料ごみ回収のシールを貼ったとしても出す場所がないのです。自宅のあるマンションのごみ捨て場に出すわけにはいかないし、特電オフィスは専門の回収業者がきているので、区の回収がこないのです。

それに不燃ごみを区の回収に出そうとしても2週間に1回しか来ないし、不燃ごみと粗大ごみの境界線は作業員の胸先三寸で、粗大ごみは事業系を捨てることができません。持っていってくれないとなると1.5か月くらいごみが処理できないことになります。そういうわけで、不燃ごみは行政の回収には出したくないのです。

そういうわけで、不燃ごみを処理してくれる業者をネットで探してみました。

 

そもそも捨てたかった不燃ごみというのは、ケーブル類。オフィスを引き払ったときに出た大量のLANケーブルや、USBケーブル、HDMIケーブル、テーブルタップ、ACアダプタ・・などです。ゴミ袋3つ分くらいあります。

それからパソコンのキーボード4つ。これを捨てようとしたら特電が入居しているビルのごみ清掃の人に出せないといわれました。

それから、ハンドスピナー。昔作ったノベルティーですね。

 

あと、段ボールとか、古雑誌とか、衣装ケース、梱包材を詰めた可燃ごみです。

ごみ処理業者のホームページには「ごみ回収」「軽トラ詰め放題 9300円」などと書いていたのですが、こういう業者はホームページに表示している値段ではやらないことは十分に承知しています。

以前、自宅の引っ越しの際にぼったくられたので手口はよくわかっています。

今回の業者さんも、ごみの山を見るなり「これは、見積になりますね~」とか言い出すので、「いやー、9300円ぽっきりしかもっていないんですよ。営業の方とも9300円という話で進めていたので~」と現金の入った封筒をフリフリして言うと、

「うちはリユースできるものはするという方針なので、可燃ごみや雑誌は焼却になるので別途料金がかかります」とかわけのわからないことを言い出しました。

「じゃあ、9300円で大丈夫なだけもっていってもらえますか?」

と言って可燃ごみと資源ごみをひっこめました。

そう。そもそも可燃ごみと資源ごみは、今日出す予定ではなかったのです。それでも、最も捨てたかったケーブル類、ハンドスピナー、古いキーボード、衣装ケースだけを残したところ、9300円でOKとのことでした。

  

それから、このコーヒーメーカーの入ったダンボールは料金追加にならずにOKだそうです。こんな使い古しのコーヒーメーカーを本当にリユースするんですかね!??

  

と、まあ、ごみ処理・不用品回収業者で軽トラ詰め放題みたいなところは後から値段を吹っかけてくるので、多めにゴミを見せておきながら本当に捨てたいものだけを残すと当初の予定料金になります。可燃ごみや資源ごみは苦労しなくても普通に捨てられますからね。

今回は大成功でした。

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2021.12.13

エミッタフォロアでGHzレベルの矩形波を送信!

Cosmo-Zを等価サンプリングを利用した反射波測定器にしようという案件が進んでいます。

パルスを送ってその反射波を測定して距離や媒質の長さを調べたりするのですが、矩形波のパルスの立ち上がりは鋭いほどよいのと、8ch同時に15mくらい同軸ケーブルで引っ張ってパルスを出すため、FPGAのI/Oを直接出すのは怖いので、パルス出力アンプを作ることにしました。

それがこの回路です↓。汚くてすみませんね。実験のため空中配線で作っているのと、40半ばで老眼なのかコンタクトレンズをしながら細かい配線が最近やりにくくなってきたのです。

真ん中にある黒い物体が高周波トランジスタ。紫の配線の上にあるのがAC終端用コンデンサ。その下に埋もれているのがパスコンで、トランジスタの左にあるのがエミッタフォロア出力のダンピング抵抗です。

 

上の写真は完成形なのですが、最初に作った回路はこんな感じです↓。

ZYNQから出てくるLVCMOS18の信号を高周波トランジスタでエミッタフォロアして、SMAコネクタとADC用アンプの間に入れようとしました。エミッタフォロアの負荷抵抗はADCアンプの入力抵抗Riが兼ねているので、1つの抵抗に2つの役割を持たせたことでちょっとうれしくなっていました。

 

基本的にはエミッタフォロアの出力をアナログ入力に入れているだけなのですが、見事に発振しました。

綺麗に振動していますね。200MHzくらいです。

ただ、これが本当に発振なのかどうかはわかりません。数百MHzの振動には発振と似たような現象がいくつかあって、

  • 本当の発振・・出力から入力に回り込み、ゲインが-1以上で位相が180度回転するなど難しい原因
  • リンギング1・・矩形波の高調波成分がLPFで見えなくなってsin 3ωの成分が残ることで振動しているように見える
  • リンギング2・・どこかに寄生したLC共振回路が励起されて電圧が振動する
  • 多重反射・・信号がいったりきたりして振動する

といった場合もあるからです。

だから、信号が波打つだけではアンプの発振だとは断言できません。本当の発振ならば指を近づけたときに周波数が変わったり弱まったりするのですが、今回はそんなに変わらなかったので発振ではない可能性が考えられました。

上のような振動する波形でしたが、8mの同軸ケーブルを分岐させてつないで反射させてみたところ、振動も一緒に反射しました。

(カルガモの親子のようで可愛い波形です。寄生振動が一緒についてくることを何かに応用ができないでしょうか!?)

 

さて、回路に抵抗やコンデンサを切って貼ってして振動を抑える工夫をしていくのですが、その前にこの振動がホンモノの高速オシロでどう見えるかを見てみます。

あらためてCosmo-Zで測った波形が下の波形。CRを追加して少し発振を弱めています。

同じものを20Gサンプリングで帯域2.5GHzのオシロ+アクティブプローブで見たものがこちら。

完璧に一致していたので一安心です。Cosmo-Zの等価サンプリングが正しい波形をキャプチャしていたことが確認できました。ホンモノのオシロのほうが少し振幅が大きいですね。

 

いろいろな部分を触ってみて一番怪しかったのがトランジスタのベースです。ZYNQの出力に入っているダンピング抵抗の位置を変えたりベースを終端すると発振が弱くなります。

そこで、ベースをAC終端してみました。当初のエミッタフォロアが下の図のような回路になりました。

終端のCとRの大きさはカットアンドトライで決めるしかないので、まずは3pFと100Ωでやってみました。かなり抑えられました。

オシロで見た(今回はアクティブプローブではなくBNCケーブルで直結)波形はこちら。

AC終端によって劇的に振動が収まりました。やはりベースで多重反射していたのが原因のようです。オシロで見たほうが少しだけリンギングが大きく見えます。

 

次は10pFと100Ωの場合で↓の図。振動は収まったのですが波形の立ち上がりが鈍るようになってしまいました。(10pFの場合のオシロの波形は取り忘れた)

 

次は7pFにしてみました。実際に取った波形が↓の図です。かなり理想に近い矩形波になりました。

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オシロで見てみると、

かなり良い。オシロで測った立ち上がり時間は1.2ns~1.8nsくらいでした。欲を言えば1nsは切ってほしかったけど、これ以上高速にするにはトランジスタを完全OFFや完全ONさせない微妙な電圧で動かすというのをやらなければならないのかもしれません。

  

これだけ綺麗な矩形波が出るなら反射波も綺麗に取れるかもしれないと思い、6mの同軸ケーブルをつないで反射させてみました。Cosmo-Zで取った波形が下の図。

同じものを高速オシロで取ったものが下の図。

Cosmo-Zの等価サンプリングで取れた波形と高速オシロで取った波形はほとんど同じでした。

 

これでFPGAのI/Oから直接ではなくトランジスタを介して、RiseTimeが1nsオーダーの立ち上がりのパルスを出力するということができるようになりました。次はこのトランジスタの出力回路を8個並べて、それでも同じように動くかどうかを検証しなければならないですね。・・・空中配線だとしんどい。

波形の振動が本当の発振なのか別の理由なのかという究明は行いませんでしたが、当初LVCMOSの信号をそのままトランジスタのベースに突っ込んだため多重反射でnsオーダーのリンギングが生じていたのではないかと思っています。

 

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2021.12.10

連続的等価サンプリング

Cosmo-Zで、連続的な等価サンプリングができるようになりました。

下の図は普通にパルスをサンプリングしたもの。

ここで、等価サンプリングをONにすると、サンプリング速度が一気に480MHzになります。

ADCサンプリング周波数は80MHzのままですが、タイミングをずらすことで等価的に6倍速の480MHzサンプリングができています。

次は24倍。等価的に1.92GHzサンプリングです。

最後は96倍。等価的に7.68GHzです。

 

6倍速から96倍速まで、ほとんど差が見えませんが、Cosmo-Zのフロントエンドを改造してアナログ特性を伸ばした個体では差が見えるようになります。

今は96倍速で19200ポイント(200×96)の場合のサンプリング時間は500msくらいかかっていますが、処理の一部をハードウェア化することで、高速に連続サンプリングができるようになると期待しています。必要に応じて計測に有利な回路を組み込めるのはFPGAを使っているメリットです。

 

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2021.12.09

Cosmo-Zからパルスを出力する基板

8chのマルチチャネル等価サンプリングを行うために、下の図のような基板を考えています。

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HMC987LP5Eの1:9バッファを使って信号を分岐させた後、HMC788Aでバッファします。

この基板をCosmo-Zの本体とBNCコネクタの間に入れて、

パルスを送信して、戻ってきたパルスをCosmo-Zに送るというしくみです。

こういうことをやりたいのですが、高周波対応のスイッチというのもあるようで、例えばRenesas F2976なんていうのがあります。

スイッチを使えば、反射測定するときだけ送信アンプとBNCコネクタをつないでおいて、通常の測定時はパルス送信回路を切っておくことができます。

 

こういう最近出てきた高周波デジタル・アナログ・ミックスド・デバイスは絶対最大定格で入力パワーが30dBm付近に設定されていますが、1Vの電圧が50Ωのインピーダンスに加わると20mWですから、6dBmになって、だいたい1Vくらいの振幅の波までしか通せないことになります。

送信機並みのパワー用でなくて、受信用あるいは基板間接続用なのですね。

同軸ケーブルをドライブするにはちょっと心細い感じがします。送信のパワードライブにはやっぱりトランジスタかな。

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2021.12.08

Visual C#でのExcel出力

作成中のCosmo-Zアプリで、波形データをExcelのファイルとして出力できるようにしました。

まず、下の図はサンプリングした波形です。

ファイル→エクスポート→Excel形式とやると、Excelのファイルができます。

1つ目のシートには測定の情報が、

2つ目のシートにはデータが表で羅列されています。

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範囲選択して挿入、グラフとやると、すぐにグラフが描けます。

 

うーん。Excelでのエクスポートって便利かも!

Excelでエクスポートするプログラムの作り方ですが、ネットで検索すればいろいろ出てくるので詳しくは検索してください。

よくわからなかった点だけを書きます。まず、Microsoft.Office.CoreとMicrosoft.Office.Interop.Excelを参照に追加するようです。バージョンをどうすればよいのかわかりませんが、私のPCに入っているOfficeのバージョンが16なので、バージョン16を追加しました。おそらく、どれでもいいのだと思います。

とすることでExcelが使えるようになります。

Excelのセルに値をセットするのは、

using Excel = Microsoft.Office.Interop.Excel;
using System.Runtime.InteropServices;
Excel.Application ExcelApp = new Excel.Application();
Excel.Workbooks wbs = ExcelApp.Workbooks;
Excel.Workbook wb = wbs.Add();
Excel.Sheets sheets = wb.Sheets;
Excel.Worksheet ws = sheets[1];
ws.Select(Type.Missing);
ExcelApp.Visible = false;
ws.Cells[1, 1] = "aaa";

のような感じでいけるのですが、Cellに代入するのがめっちゃ遅いです。10000個のセルを設定しようとすると1分以上かかります。おそらくnew Excel.Application()をやった時に裏でExcelが起動していて、Excelクラスの中にあるオブジェクトを触ると、Excelと通信して、Excelのほうのプロセスがセルの設定とかをやっているのでしょう。

高速にやるには、

object[,] values = new object[rows + 1, cols + 1];

と、object型の2次元配列を作って、

try
{
  Excel.Range range = ws.Range[ws.Cells[1, 1], ws.Cells[1 + rows, 1 + cols]];
  range.Value = values;
}

で、範囲を指定して一括コピーします。

 

つまり、C#の中でExcelファイルを作っているのではなく、裏でExcelを起動してExcelを操作してファイルを作っているのでしょう。だから、Excelファイルを出力するプログラムを作るにはあらかじめExcelがインストールされていなければならないし、バージョンまで指定しなければならないのでしょう。

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2021.12.06

Kria KV260のバウンダリスキャン

Kria KV260のバウンダリスキャンに成功しました。

バウンダリスキャンというのは、FPGAに備わっているJTAGの機能を使ってI/Oの状態を見たり操作したりするいわば工場出荷時のテストモードです。従来は工場の出荷検査に使われていた機能なのですが、MITOUJTAGというツールを使うとエンジニアのデスクトップ上で手軽な「デバッグ」用ツールとして使うことができるようになります。

バウンダリスキャンを行うにはBSDLというファイルが必要です。BSDLはBoudary Scan Description Langageの意味で、JTAGのレジスタの内容が記述されています。MITOUJTAGにはたくさんのデバイスのBSDLがインストールされているのですが、Zynq UltraScale+が比較的新しいデバイスであるため、まだ入っていません。そのため、下記のURLからダウンロードしてくる必要があります。

https://japan.xilinx.com/support/download/index.html/content/xilinx/ja/downloadNav/device-models/bsdl-models/zynq-ultrascale-plus-mpsoc.html

このファイルを解凍すると出てくるxck26_sfvc784.bsdというファイルが、Kria K260本体のBSDLです。これをMITOUJTAGの画面にドラッグ&ドロップすると、BSDLが登録されます。

自動認識すると、ARMのDAPとXCK26の本体が見えるようになり、上の図のようにBGAの端子が可視化されるというわけです。

波形で見てみるとK26の上でチカチカ点滅しているLEDはMIO7であることがわかります。きっとGPIOですね。

Linuxが起動するときの波形を眺めてみるとMIOの中で激しく動く端子がいくつかあります。おそらくUSB 2.0のULPI端子だと思われます。

逆に、PLは全く動いていません。PLのすべての端子が入力状態になったままです。

回路図を見ても、K26のI/Oの接続はSOMの中に隠されてしまっているのでよくわかりませんね。ただ、SOMから出てくる信号を見てもあまりPLは使われていないように見えます。HDMIの出力はPLを使うのではなくDisplayPortからDP→HDMIブリッジを使って出しているようですし。PLが使われているのはRasPiカメラから画像を取り込むところくらいのようです。

 

さて、そもそもKria KV260に搭載されているXCK26 SOMに搭載されているXCK26って何者なんでしょう?

ZYNQ UltraScaleのBSDLファイルに記載されているJTAG IDCODEの中のarray sizeを調べてみました。array sizeというのがデバイスの規模を示す数字なのですが、

デバイス ArraySize  16進表記
XCK26 100100100 124h
XCZU1 010001000 088h
XCZU2 100010001 111h
XCZU3 100010000 110h
XCZU4 100100001 121h
XCZU5 100100000 120h
XCZU6 100111001 139h
XCZU7 100110000 130h
XCZU9 100111000 138h
XCZU11 101000000 140h
XCZU15 101010000 150h
XCZU17 101011001 159h

K26とXCZUは、JTAG上は同じUltraScale+ファミリに属するようです。デバイスの規模が大きくなるとArraySizeも大きくなるという傾向はあります。(一部逆転するところはある)。そう考えると、XCK26はXCZU5とXCZU6の間くらいの規模なのではないかと思われます。

 

K26自体のデータシートを探したのですがSOMのデータシートしか見つかりませんでした。下の表によればK26はビデオコーデックがついているUltraScale+であるようです。XCZUの**EVに相当するようです。

一方、XCZUのセレクションガイドを見ると、XCZU5EVと、K26はPLのリソースのサイズがほぼ一致しています。

つまるところ、K26というのは、XCZU5EVをSOM用にカスタマイズしたものではないかと思われます。

あ、XCZU5EVの784ピンと、ピン配置が同じだ。

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2021.12.05

Kria KV260を動かしてみた(2)~5V電源で動作させてよいのか

Kria KV260を自宅に持ち帰って再度チャレンジしようと思ったのですが、12VのACアダプタがすぐに出てこない・・。そこで手近にあった5VのACアダプタをつないでみると、なんと動くではないですか!!FANに勢いがなくて静かですし。

本当にこれでいいのかと思って回路図を追ってみることにしました。

まず、DCジャックから供給された12VはMP5016HGQH-ZというICに入ります

MP5016は電源保護ICです。過電圧からの保護、電流が流れすぎたときの制限、逆電圧からも保護してくれるICのようです。MP5016の電源入力は2.6Vから15Vまでの動作レンジとのことなので、5Vでは問題なく素通りします。(このICの右についているFETは逆電圧保護のためについているようだ)

電源保護を通った12VはMP8772というスイッチング電源ICに入って、5Vが生成されます。このICは一応3Vくらいから動作するようなので、スイッチング電源の動作自体は問題なさそうです。しかし、5V入力で5V出力というのは原理的に不可能なので、私の環境では4.85V入力4.35Vが出力となっていました。(MP5016とMOSFETにより、スイッチング電源に入る前に0.1Vくらい電圧降下している)

MP8772のVFBは0.6Vなのですが、電源電圧が低いためVFBは0.51Vまで下がっています。これはMP8772が定格動作できていないことを表しています。全力でスイッチングしても定格の電圧に達していないので良い状態ではありません。PG端子はVFBが規定電圧の0.8から0.9倍のところにスレッショルドがあるので、0.48Vから0.54Vまで下がってしまうとLになります。これは出力電圧に換算すると4.03V~4.53Vなので、私の環境ではぎりぎりOKだったということになります。

つまり、5V入力で動作させる場合、MP8772のスイッチングレギュレータはほとんどスイッチせずに素通りしているのでしょう。

回路上で12Vが使われているのはこの電源ICの部分だけで、ほかには使われていません。電源入力が5Vだとスイッチング電源の出力は4.3V程度まで下がってしまい、SOM_5V0という名前でSOMにて供給されているため不安は残ります。本格的にKriaを動かして消費電力が増えてくると問題が起きるのかもしれません。

 

それからikwzmさんのZynqMP-FPGA-Linux/target/Kv260/boot/が起動しなかった原因は、git cloneする際に、Windows版のgit bashでgit cloneしたため、uEnv.txt等のテキストファイルの改行コードがLFからCR LFに変換されてしまったためでした。

Linux版のgitでgit cloneしてSDカードを作ったら問題なく起動しました。

 

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2021.12.04

Rochster Electronis, LLCという電子部品商社

AD9253BCPZ-125 というADコンバータが必要になりました。

いつものようにDigikeyを見に行くと、なんと、品切れ!

RLが付いたほう(リール品)は486個あるようなのですが「受注発注品」でRochester Electronics, LLCと表示されています。

マーケットプレイスというのがいかにも怪しく、怪しい流通在庫かもしれないと思ったので他を探すことにしました。

 

次に、Chip1stopで探してみると、在庫ありと出てきました。

納期が長いなーと思いつつ。あれ?486個ってどこかで見た数字じゃない?

 

Rochester Electronics のホームページでAD9253BCPZを探してみると、

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ビンゴ!

 

このRochester Electronics, Incって何者って思って調べてみると、Wikipediaによれば

ロチェスターエレクトロニクスRochester Electronics, LLC)は、世界的な半導体製品の販売代理店及び製造メーカー。本社はアメリカマサチューセッツ州ニューベリーポート。主に、半導体の製造中止品の販売と製造(継続生産・再生産)ソリューションを提供している。

とのこと。

どうやら世界最大規模の正規販売代理店の一つだったようです。今まで知りませんでした。創立40年のアメリカの会社のようです。

少なくとも中国の流通在庫ではないので一安心。

 

事業内容にある「製造中止品の販売」ってことは買い占めて転売でもしているのかと思ったのですが、そうではないようです。再生産ソリューションというのは、半導体メーカーから移管された技術と情報で再生産しているらしく、半導体メーカーからウェハを買ってパッケージングして再生産したりなどをしているそうです。

メーカーオリジナルの物にデータシート上は完全に適合するらしく、ロチェスター製と書かれているICはオリジナルのICと同じ性能といえるようです。つまり、半導体メーカーとしては何らかの理由で作ることをやめてしまったものを、代理で製造してくれるありがたい会社なんですね。

 

ロチェスターの販売代理店は、日本ではAvnet、Chip1stop、コアスタッフ、ネクスティエレクトロニクス、PALTEK、菱洋エレクトロ、東京エレクトロンデバイスなどが並んでいます。このことからも、怪しげな流通在庫商社ではなく、信頼できる正規の流通経路であることがわかります。

 

どうやら、商社を通さなくても1個単位でロチェスターのWebサイト上から買えるようです。価格はチップワン経由の方が安いのですが、納期が2週間かかってしまいます。

なので、Webサイト上でさっそく注文しました。オンラインでの買い物も非常にスムーズでした。

チップワンやDigikeyを通すとどうしても納期が長くなってしまうので、緊急で必要な少量はロチェスターからオンラインで買い、数十個まとめて買うときにはチップワン経由で買うのがよいでしょう。

Rochester、本当に助かりました。

今度からは、Digikey、Mouserにない部品は、Rochesterを先に探すことにします。

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