Raspberry pi PICO デジタルオシロスコープ用フロントエンド　製作編

# プリント基板製作

回路はKiCADで設計し、プリント基板のレイアウトも作成しました。
一度自家製エッチングを実施してみて、パターンには問題がなさそうだったので、海外の業者(JLPCB)に発注をしてみました。
両面基板かつ大き目ということもあって、自家製のエッチングでは失敗の可能性もあった為です。
5枚の基板でOCS NEPという送料最安のオプションで約2,000円ほどの費用でした。

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/2bbd7569-2358-983c-d83d-660235d5558f.png)

![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/4f6eb073-58e0-0b21-34b2-181e17e043eb.png)

![GR262995.JPG](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/ffbb53d3-c77f-e213-5520-8550a8965a39.jpeg)

![GR262996.JPG](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/dd286a1b-099e-3f12-c553-d5724b9dc5d3.jpeg)

基板発注は初めてでしたが、やはり楽ですね。思ったより早く到着しました。


# 部品実装後の様子

基板背面はクリーム半田とホットプレートリフローではんだ付けしました。その他の部品は手はんだです。

![PXL_20221126_121150083-2.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/0315c7dc-ddb4-a229-a5bc-aae80aeff127.jpeg)

ゲイン切り替え用の押しボタンスイッチ付近
![GR262998-2.JPG](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/da0f9263-7419-5c94-2a56-df0ae41a55d0.jpeg)

アナログ入力付近、スライドスイッチでAC DCの切り替えをできるようにしています。
![GR262999.JPG](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/9fbc88fe-60d9-25b1-4b6d-8ea2ab60bd6e.jpeg)

左側がレベルコンバータです。右下にあるのがゲイン制御用PICです。左上のジャンパで3.3V or 5Vの入力切替を行います。
PICOのパターンを間違ってしまい、本来の幅より一個分(2.54mm)広くしてしまった為、基板幅調整用にアダプタをかましています。
![GR263003-2.JPG](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/4928d887-f958-b00b-5272-6b2986363392.jpeg)

実際の利用用途からすると、ブレッドボード上の信号を計測するシーンが多いかなと思い、専用のプローブ基板を準備しました。

こちらは1:1入力する為の物です。
![PXL_20221126_121443549-2.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/d45ac6dd-1068-7be6-f252-707030a98169.jpeg)

こちらは1/10に分圧する為の回路が入っています。
![PXL_20221126_121417216-2.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/24d86e65-a436-4e85-b5b0-233418b6c9b6.jpeg)

分圧プローブ回路
![image.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/65b9cc15-32e2-5c37-d9f4-86c87733a723.png)



# 利用例

ちょうどよいスマホスタンドがあったので、これを利用してこんな感じの接続状況になります。
![PXL_20221127_064955568-2.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/87eb6679-c3c6-70f2-7f28-2a25014a6394.jpeg)

スマホスタンド接近画像です。
![PXL_20221127_065001050-2.jpg](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/0bf3880d-bd04-2a07-bc77-5d3dcce7f276.jpeg)

## ロジアナ機能
まずはロジアナ機能の確認のために、PICがアンプを制御する際に使っているSPI信号をキャプチャしてみました。
きちんと取れました。

![Screenshot_20221127-154019.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/f0584ebd-4716-d5ae-bf4c-9af2c8d7d725.png)

## アナログ入力

続いてアナログフロントエンドの実力確認です。
電圧の設定がこれでいいのか、ちょっとまだ自信がありませんが、こういう設定にしています。
ゲインから電圧範囲を逆算しています、ゲインによって電圧のオフセットがあるようなので、こちらは実測で調整しています。

![Screenshot_20221127-154541.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/0fd7d198-16a2-9635-4977-bf91b5d313ea.png)

-17dbmぐらいの10kHzの正弦波を入力します。

### ゲインx1の場合

信号レベルが小さいので、波形も段差が大きいです。
![Screenshot_20221127-154556.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/368bbf9e-d39b-93ae-ff1d-bd43ed366242.png)
FFTで見るとノイズ(高調波)が多いことがわかります。
![Screenshot_20221127-154615.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/f01e58dd-bb6a-29b7-42a5-522fb82a22c0.png)

### ゲインx5の場合
まだ、波形はあまりきれいではありません。
![Screenshot_20221127-154845.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/2c1c5337-0359-7eff-2041-3d5992e6a5bc.png)
![Screenshot_20221127-154629.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/23114ed1-5f27-d0ac-94b7-bb5f2eff7044.png)

### ゲインx10の場合
だいぶ良くなってきました。
![Screenshot_20221127-154828.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/e876c89b-8d4f-87da-4f44-8d816bc7a8c4.png)
![Screenshot_20221127-154637.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/12cb07b6-00b3-1476-2f36-70d056d68b0b.png)


### ゲインx32の場合
かなり純度が上がったようですね、FFTの結果にノイズがほぼなくなりました。
![Screenshot_20221127-154902.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/ed683b0b-fdfd-a8c0-2de9-ec0ddd0c72b2.png)
![Screenshot_20221127-154646.png](https://qiita-image-store.s3.ap-northeast-1.amazonaws.com/0/1015969/fe5c295b-29c0-9b6d-6a09-810294d91699.png)

どうもゲイン切り替えると画面を上下に移動しまって、波形を見るために、だいぶ移動しないといけないのが不便なのですが、一応目的としていた微小信号の観察にも利用できそうです。
DSOとロジアナを切り替えて利用できるのもとても便利ですね、卓上に置いて電子工作のおともにいかがでしょうか。

基板が4枚余ってしまって、さてどうしたものか。。