Arduino 用電界強度計シールド組み立て説明書この電界強度計は Analog Devices 社のログアンプ AD8307 を使い入力を 50Ωにマッチングさせその出力を OP アンプで受けて Arduino の A/D コンバータで読み取り LCD ディスプレイに表示しています AD8

Size: px

Start display at page:

Download "Arduino 用電界強度計シールド組み立て説明書この電界強度計は Analog Devices 社のログアンプ AD8307 を使い入力を 50Ωにマッチングさせその出力を OP アンプで受けて Arduino の A/D コンバータで読み取り LCD ディスプレイに表示しています AD8"

さやなあわたけ
4 years ago
Views:

1 Arduino 用電界強度計シールド組み立て説明書この電界強度計は Analog Devices 社のログアンプ AD8307 を使い入力を 50Ωにマッチングさせその出力を OP アンプで受けて Arduino の A/D コンバータで読み取り LCD ディスプレイに表示しています AD8307 の特長をデータシートで見ると完全多段 LOG アンプ 92 db のダイナミックレンジ :-75 dbm から+17 dbm まで整合回路の使用により-90 dbm まで拡張最低 2.7 V 7.5 ma(typ) の単電源 DC から 500 MHz で動作直線性は ±1 db 傾き:25 mv/db 切片:-84 dbm 全温度域で安定性の高いスケーリング完全差動 DC 結合の信号パスパワーアップ時間:100 ns スリープ電流:150μA となっていますかなり広帯域であり無調整である程度の精度が出せる電界強度計が作れそうです AD8307 の出力は 0.25V(-74dBm) から 2.5V(+16dBm) まで 25mV/dB のスケーリングで変化しますこれを単電源の OP アンプによるボルテージフォロワーで受けた後 Arduino が内蔵する 10bit の A/D コンバータでディジタル値に変換します出力される電圧範囲からそのディジタル値は 51 から 510 まで変化し変化範囲は 459 の区間にディジタイズされます結果的に 10bit の A/D コンバータを使っていますが実際に使える分解能は 9bit 程度になっていますもしもっと高精度の分解能が欲しい場合は基板上に 16bit の A/D コンバータを実装できるパタンを作ってありますのでそれを使ってディジタイズの分解能を上げる事はできますただし LCD 表示部分のスケッチなどを変更しなければなりません今回は電界強度計として使うならばこの程度の分解能でも十分と判断し内蔵の A/D コンバータを使っていますさらにキャリブレーション回路を搭載していませんがソフト的にキャリブレーションをする事も可能ですその場合は出力値が分かる標準信号発生器 (SG) を使い 10dBm を入力した場合のディジタル値と-70dBm を入力した場合のディジタル値を保存しその値から傾きと切片を計算しソフト的にキャリブレーションする事も可能です

1. 組み立て手順 1 チップ抵抗の取り付け個人がチップ抵抗など表面実装タイプの部品を半田付けするにはクリームはんだを使う方法と細いはんだを使って手付けする方法の2つがあります

1にあるような極細のはんだを使います図 1 極細のはんだこのシールドでは4ヶ所に 1/2W 型のチップ抵抗を付けます希望があればこちらでも手付けする事も可能です 3 個は入力側に入れるπ

接着剤で固定してからはんだ付けするのも一つの方法です図 2 チップ抵抗の取り付け 2 表面実装 OP アンプの取り付け AD8307 の出力は単電源でレール to レール入力レール to

2 1. 組み立て手順 1 チップ抵抗の取り付け個人がチップ抵抗など表面実装タイプの部品を半田付けするにはクリームはんだを使う方法と細いはんだを使って手付けする方法の2つがあります量産で使われるリフローを個人が行うには無理がありますからクリームはんだで付ける場合は高温が出せるエアブロー機器を使うかホットプレートを使うしかありません手付けする場合は図 1にあるような極細のはんだを使います図 1 極細のはんだこのシールドでは4ヶ所に 1/2W 型のチップ抵抗を付けます希望があればこちらでも手付けする事も可能です 3 個は入力側に入れるπ 型アッテネータですもう一つは AD8307 の入力にパラに入り全体の入力インピーダンスを 50 Ωに設定するものですチップ抵抗を付ける際に接着剤で固定してからはんだ付けするのも一つの方法です図 2 チップ抵抗の取り付け 2 表面実装 OP アンプの取り付け AD8307 の出力は単電源でレール to レール入力レール to レール出力の OP アンプ OPA344 で受けていますこの OP アンプは 5Pin の表面実装タイプになっていますこのような表面実装タイプの IC をはんだ付けする際にも接着剤で固定してからはんだ付けするのも良いかもしれません図 3 表面実装 OP アンプの取り付け

基板から出る部分が最小になるようにしますこの部分には LCD を止める両面テープを貼りますまたはケースに入れる事を考慮して LCD

3 3 抵抗の取り付け ( 部品面 ) 10kΩ 以外の 100kΩ 1kΩ 10Ω の各抵抗は部品面 ( 表面 ) に取り付けます図 4 抵抗の取り付け ( 部品面 ) 4 抵抗の取り付け ( 裏面 ) 10kΩの抵抗は基板の裏面に取り付けますスルーホールになっていますからはんだ付けを基板の裏側で行います表側に出た足はなるべく基板に近いところでカットし基板から出る部分が最小になるようにしますこの部分には LCD を止める両面テープを貼りますまたはケースに入れる事を考慮して LCD の表面がリレーの背中と同じ高さになるような枕を用意して LCD を取り付けます図 5 抵抗の取り付け ( 裏面 ) 5 ダイオードの取り付けリレーのサージ吸収用のダイオードを取り付けますダイオードの極性に注意して取り付けてください図 6 ダイオードの取り付け

6 8Pin DIP IC ソケットの取り付け AD8307 を取り付ける DIP IC ソケットを取り付けますもし

ソケットの取り付けは不要です図 7 IC ソケットの取り付け 7 積層セラミックコンデンサの取り付け 0.

01μF(103) の取り付け 8 積層セラミックコンデンサの取り付け ( その 2) 0.

4 6 8Pin DIP IC ソケットの取り付け AD8307 を取り付ける DIP IC ソケットを取り付けますもしソケットを使う事で高周波特性が悪化するのが気になる場合は AD8307 を直付けしてもかまいませんその場合は IC ソケットの取り付けは不要です図 7 IC ソケットの取り付け 7 積層セラミックコンデンサの取り付け 0.01μF(103) の積層セラミックコンデンサを 8Pin DIP IC ソケットの近くに取り付けます図 μF(103) の取り付け 8 積層セラミックコンデンサの取り付け ( その 2) 0.1μF(104) の積層セラミックコンデンサを図の位置に取り付けますこれでセラミックコンデンサの取り付けの取り付けは終了です図 9 0.1μF(104) の取り付け

5 9 電解コンデンサの取り付け電解コンデンサを取り付けますまず 10μF/16V からです図 10 10μF/16V の取り付け次に 47μF/16V を付けます図 11 47μF/16V の取り付け 10 SMA コネクタの取り付け SMA コネクタのはんだ付けはコネクタを基板のエッジから差し込み止まったところでパタンと合わせますそして裏面からはんだ付けを行い次に部品面で中央の信号線をパタンにはんだ付けします図 12 裏面のはんだ付け図 13 部品面のはんだ付け

リレーの取り付けラッチングリレーを取り付けますが基板に密着するように取り付けますまず

6 11 トランジスタの取り付けトランジスタを極性に注意して取り付けますシルクの直線部分とトランジスタの平らな面を合わせます図 14 トランジスタの取り付け 12 ラッチングリレーの取り付けラッチングリレーを取り付けますが基板に密着するように取り付けますまず 1ヶ所はんだ付けしてリレーの浮きを確認しながらはんだゴテを当てて修正しますそれから残りのピンをはんだ付けします図 15 ラッチングリレーの取り付け

13 LCD の取り付け LCD を基板に取り付ける際には取り付け高さに注意する必要があります最終的にこの基板をケースに入れる事を考えている場合 LCD

クッション材として両面テープを貼っています図 16 LCD の枕の取り付け図 17 LCD の取り付け 14 レンジ切り替えスイッチの取り付け入力に 20dB のπ

7 13 LCD の取り付け LCD を基板に取り付ける際には取り付け高さに注意する必要があります最終的にこの基板をケースに入れる事を考えている場合 LCD の表面の高さがリレーの高さと同じになるように LCD の下に枕を置きます枕は両面テープで基板に固定してくださいここでは高さ合わせの枕ではなくクッション材として両面テープを貼っています図 16 LCD の枕の取り付け図 17 LCD の取り付け 14 レンジ切り替えスイッチの取り付け入力に 20dB のπ 型アッテネータを挿入するかしないかを切り替えるレンジ切り替えスイッチを基板に取り付けますスイッチの取り付けもリレーと同じで基板に密着して取り付けるようにします AD8307 自体の入力レンジは仕様書によると +17dBm( 0.05W) ですここに 20dB のπ 型アッテネータが入るので +37dBm( 5W) まで測れる計算になりますが使っている抵抗が 1/2W 型のため短時間での測定でも 30dBm(1W)~33dBm( 2W) が良いところですハイレンジの場合過大入力には気を付けてください図 18 レンジ切り替えスイッチの取り付け

15 ボードコネクタの取り付け Arduino 本体と接続するための B to B

19 B to B コネクタを差し込んだところ図 20 B to B コネクタのはんだ付け 16

8 15 ボードコネクタの取り付け Arduino 本体と接続するための B to B コネクタを取り付けますこのコネクタは傾いて付けると Arduino 基板とうまく結合させられませんそこで Arduino 基板がある前提とはなりますが Arduino 基板側にコネクタを差し込んでおきそこに電界強度計基板を差し込んで部品面からはんだ付けします図 19 B to B コネクタを差し込んだところ図 20 B to B コネクタのはんだ付け 16 AD8307 の取り付け AD8307 を IC ソケットに取り付けますこれで電界強度計基板の組み立ては終了です図 21 AD8307 の取り付け

2. 電界強度計スケッチ Arduino 何かを動かすプログラムはスケッチと呼ばれ電界強度計基板でもスケッチを用意しないといけません現状では単純に ATmega328 が内蔵している A/D コンバータを使って AD8307 の出力を読み込み LCD に表示するスケッチを用意していますこのスケッチは Dropbox 経由で公開しますさらに出力が校正された SG をお持ちの方向けに 1

9 2. 電界強度計スケッチ Arduino 何かを動かすプログラムはスケッチと呼ばれ電界強度計基板でもスケッチを用意しないといけません現状では単純に ATmega328 が内蔵している A/D コンバータを使って AD8307 の出力を読み込み LCD に表示するスケッチを用意していますこのスケッチは Dropbox 経由で公開しますさらに出力が校正された SG をお持ちの方向けに 1 10dBm(10mW) 入力時の A/D 変換結果を記憶 2-60dBm(1nW) 入力時の A/D 変換結果を記憶 3 それらの値を使って傾きと切片を計算しその結果から入力値を表示する校正機能付きスケッチを用意しようと考えていますこのスケッチは作ってあるのですがデバッグをしていません SG も誰もが持っているわけではないのでこのスケッチがデバッグ出来た後で希望者には校正サービスをしようかと考えていますこのスケッチを動かすには SG パソコン Arduino と電界強度計基板が必要ですしスケッチを完成させて取扱説明書まで作るには労力が必要ですので 3. 動作確認動作確認は次の手順で行います 1 完成した基板を目視で確認しはんだ付け忘れやショートが無い事を確認します電源と GND 間を DMM などで測ってショートしていない事を確認しても良いです 2 Arduino に電界強度計基板を取り付けますこの時接続ピンを曲げないように気を付けます 3 PC と Arduino を USB ケーブルで接続しますスケッチを書きこむとその時の電界強度を表示し始めます図 22 動作確認 4 レンジ切り替えスイッチを切り替えて表示に L / H の表示が出る事を確認しますレンジの後の - 表示はマイナスの符号です下段に表示されているは 8 段階のバーグラフによるレベル表示です 4. ケースへの組み込みこの電界強度計は基板がむき出しですのでごく近傍でハンディ機などから 3W や 5W の出力で電波を出されると直接 AD8307 の入力回路や出力回路に影響が出て表示が不正確になります 40~50cm 程度離すと影響が軽減され正しい値を表示するようになりますですのでいつでも正確な値を表示させたい場合は金属ケースに入れて使ってください

3

ISDR-136-KIT 136kHz SDR 受信機の製作 / 操作方法 ( 有 ) アイキャスエンタープライズ Last Updated Jan. 22, 2011 Software Defined Radio 技術を用いた 136kHz 帯受信機キットです全て DIP 部品の採用により組立が容易になっています ( チップ IC の FST3253 は出荷時に DIP 変換し動作確認後発送されます