Cosmo-Z DAC使用方法
2024年7月19日
特殊電子回路株式会社(C)2024 Tokushu Denshi Kairo Inc.

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はじめに
• この文書では、NP1120C 8ch高速 DACボードの使用方法について解説します。

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取り付け方• Cosmo-Z本体の裏側に、Cosmo-Z DACを取り付けてください。
• このとき10mmスペーサを利用して確実に固定してください。

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チャネル番号と電圧スケール• チャネル番号と出力電圧スケールは以下のようになっています

CH1

CH2CH3CH4CH5CH6CH7CH8

Cosmo-Z本体
拡張DAC
CH1

CH2CH3CH4CH5CH6CH7CH8

出力レンジは、出力がオープンの場合の電圧範囲を示します。
50Ωの負荷を接続した場合には半分の-0.5V~+0.5Vになります。

CH

出力レンジ

カットオフ周波数出力インピーダンス

1-1.0V～+1.0V

60MHz

50Ω

2-1.0V～+1.0V

60MHz

50Ω

3-1.0V～+1.0V

60MHz

50Ω

4-1.0V～+1.0V

60MHz

50Ω

5-1.0V～+1.0V

60MHz

50Ω

6-1.0V～+1.0V

60MHz

50Ω

7-1.0V～+1.0V

60MHz

50Ω

8-1.0V～+1.0V

60MHz

50Ω

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FPGAの更新① Cosmo-Zの電源を入れ、USB接続でログインします（もしくはSSHでログインし、sudo suとcd /rootを実行します）② LANケーブルを接続してインターネットに接続し、以下のコマンドを入力します./update-cosmoz usedac③ FPGAを書き換えるかどうか聞かれるので、yesと入力します。

④ 自動的にDAC対応FPGAデザインと、ファームウェアがダウンロードされます。
⑤ rebootとコマンドを入力します⑥ 再起動したら /cosmoz.elf fpgav と入力し、⑦FPGAのバージョンが0x24071713と表示されれば成功です。

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操作方法
• /cosmoz.elf にDACコマンドが追加されており、以下のコマンドで操作します/cosmoz.elf dac チャネル番号 [func <形状>] [freq <周波数>] [ampl <振幅>] [load <インピーダンス>] [offset <オフセット>] [duty <デューティー比>][on] [off] Cosmo-Z拡張DACの場合チャネル番号は1~8です。Cosmo-Z Miniの場合1~2です。
 形状にはsin(正弦波) squ(矩形波) ramp(三角形) saw(のこぎり波) pulse(パルス) dc(直流) noise(疑似乱数) user(ユーザ回路からの信号)が使用できます 周波数はHz単位です。小数点とM,kの補助単位が使用可能です 振幅はV単位です。小数点とmの補助単位が使用可能です インピーダンスは、DAC出力を受け取る回路のインピーダンスを指定します。例えば、50を指定するとDACは2倍の電圧で出力します。受信回路が入インピーダンスの場合はOPENを指定してください。
 オフセットはオフセット電圧です デューティー比はパルス波形の場合のみに用います。単位は%で小数点が使用可能です。
 on/offを指定することで、波形のON/OFFを指定できます(C)2024 Tokushu Denshi Kairo Inc.

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操作方法の補足• funcでDCを指定した場合、amplではなくoffsetで電圧を制御します• amplで指定する電圧は、出力に指定された負荷インピーダンスが接続された場合の振幅（peakto-zero）を示します。
• デフォルトでは、振幅0、周波数0、funcなし、load OPENなので波形は出力されません。何らかの波形を出力するためには、func、freq、ampl、onを設定する必要があります• func noiseを指定した場合は疑似乱数です。freqで指定したタイミングごとに出力電圧が更新されます。
• DAC出力はADCCLKのタイミングで更新されます。adc freqコマンドで周波数を変更した場合は、DAC出力の周波数が変わってしまうため、dac <ch> freqコマンドで周波数を設定しなおしてください。
• サンプリング周波数が高いほうが、出力波形は滑らかになります。
• 現在のバージョンでは、オフセットはプラスとマイナスが逆になっています。例えば、offset -0.2と指定した場合、0.2Vのオフセットが出力されます。
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波形出力例 1 (正弦波)/cosmoz.elf dac 2 func sin freq 20M ampl 0.3 offset 0 load OPEN on

振幅は±0.3V
中心は-0Vになります(C)2024 Tokushu Denshi Kairo Inc.

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波形出力例 2 (矩形波)/cosmoz.elf dac 2 func squ freq 1M ampl 0.25 offset -0.25 load OPEN on

振幅は±0.25V(0.5Vpp)
中心は0.25Vになります(C)2024 Tokushu Denshi Kairo Inc.

矩形波はデューティー比50%のパルス波と同等です

9波形出力例 3 (三角波)/cosmoz.elf dac 2 func ramp freq 1.5M ampl .5 offset .5 load OPEN on

振幅は±0.5V(1Vpp)
中心は-0.5Vになります(C)2024 Tokushu Denshi Kairo Inc.

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波形出力例 4 (のこぎり波)/cosmoz.elf dac 2 func saw freq 100k ampl 0.5 offset -0.5 load OPEN on

振幅は1.0V(ampl ±500mV)
中心は-0.5Vになります(C)2024 Tokushu Denshi Kairo Inc.

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波形出力例 5 (パルス波)/cosmoz.elf dac 2 func pulse freq 100k ampl 0.25 offset 0.25 duty 10 load OPEN on

振幅は0.5V(ampl ±250mV)
中心は-0.25Vになります

Lの時間が10%になります
周期は100kHzになります(C)2024 Tokushu Denshi Kairo Inc.

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波形出力例 6 (DC)/cosmoz.elf dac 2 func dc offset -0.3 on

0.3Vを出力します(C)2024 Tokushu Denshi Kairo Inc.

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波形出力例 7 (疑似乱数)/cosmoz.elf dac 2 func noise freq 5M ampl 0.25 offset 0 on

最大電圧が±0.25Vになります

波形の更新レートが5MHzになります(C)2024 Tokushu Denshi Kairo Inc.

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波形出力例 8 (クリッピング)/cosmoz.elf dac 2 func ramp freq 1.5M ampl 1 offset 1 load OPEN on-1Vを中心とした振幅2Vpp(±1V)
ですが、-1V以下は出せないため、クリッピングされています(C)2024 Tokushu Denshi Kairo Inc.

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波形出力例 9 (load設定間違い)/cosmoz.elf dac 2 func sin freq 2M ampl 0.3 offset 0 load 50 on

オシロスコープ(高インピーダンス)を接続している場合にload 50を指定しているため、2倍の振幅が観測されています
0.6Vpp(±0.3V) ×2=1.2Vpp(C)2024 Tokushu Denshi Kairo Inc.

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ユーザ波形出力• func userでユーザ波形を選択した場合、dacctrl IPコアのadcdata_ipポート(AXI Stream)から入力された波形が出力されます。
詳細はお問合せください。

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周波数特性100kHz

1MHz

10MHz

20MHz

25MHz

30MHz

35MHz

40MHz

45MHz

50MHz

55MHz

60MHz

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カットオフ周波数60MHzの5次チェビシェフフィルタが使用されています18

ADC-DACパススルー特性• Cosmo-ZのADCでサンプリングした波形をDACからそのまま出力した場合、遅延時間は約1.12μ秒で、歪率は-80dB(劣化なし)となります。

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終端について• 矩形波（あるいは階段状に変化する信号）を出力する場合、受信側機器において50Ωで終端してください。終端しない場合は反射によって波形が乱れます。
DAC出力同軸ケーブル(50Ω)(C)2024 Tokushu Denshi Kairo Inc.

50Ω終端T型分岐

50Ω終端
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終端抵抗の効果

終端抵抗なし(1Vpp 1MHz)

終端抵抗あり(1Vpp 1MHz)(C)2024 Tokushu Denshi Kairo Inc.

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その他の注意点• 出力タイミングはDDSで生成しているため、必ずしも正確な値にはなりません。DDSのカウンタは30bitで、ADCクロック(80MHz,100MHz,125MHz)でカウントアップします。
ADCクロック周波数とDDS周波数分解能の関係は以下のとおりです。
• 80MHz・・・0.074Hz• 100MHz・・・0.093Hz• 125MHz・・・0.116Hz• 本装置は最大で±5Vを出力する能力があります。設定の間違いや誤動作、誤操作、ノイズなどにより予期しない高電圧や負の電圧が出力されても、接続された機器が壊れないように十分な対策をしてください。
例えばレーザーダイオードなどの壊れやすい部品を駆動する場合は、直接ドライブすることは避け、保護回路を必ず挿入してください。
• DACボードを使用する場合は、拡張ADCボードは本体上側に接続します。

• DACボードを使用する場合は、トリガ拡張ボードはご利用いただけません。
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