2002.11.22

汎用発振器の実験

時間切れで尻切れ、読みづらいですが．．．内容はおもしろいですよ。

概要

　SpartanIIで遊んでいると、いろいろな案が浮かんできますが、メモリと共にちょっと困るのが、クロック源です。
　SDRAMを使うなら100MHzや133MHz,USBなら48MHzや24MHz,ビデオ信号なら14.318MHzや27MHzなどアプリケーションによって必要な周波数は色々です。
　これらは外部から供給する必要がありますが、アマチュアユースでは、3.3V動作のクリスタルオシレーターは手軽に購入できませんし、特殊な周波数の場合になれば、なおのこと入手難です。

　現在、ＰＣなどではX'talＯＳＣ、ＶＣＯ、ＰＬＬを組み合わせて任意の周波数を作り出す方法が主流です。
　通常、ＶＣＯやＰＬＬは専用ＩＣを使用しますが、個人で１〜２個入手できるものではありません。
　そこで、SpartanIIの力と技（裏技）を使い、専用ＩＣ無しで任意の周波数を作ってみようというものです。

必要な回路構成と説明

●クリスタル発振器
●ＶＣＯ
●ＰＬＬ
●周波数カウンタ
　動作確認の為に搭載してあります。
　クリスタル発振器の一定カウントする間に、ＶＣＯ発振器が何パルス発生するかを測定する単純なものです。
　集計型のため、短時間内の周波数安定度などは測定できません。

外付け部品と回路図

HDL製XSP005に、追加回路を取り付けて構成しています。
追加回路図はこれだけです。
回路の詳細説明は、各ブロックの見出しをクリックしてください。

SpartanIIデザインソース

XSP005用のソースファイルはここです。
ファイル構成
−top.v : ポートタイプ定義、X'talOSC,VCO,PLL制御などのロジック
−pll.v : PhaseDitect回路、周波数比較器も入っている

−freq_mon.v : 周波数モニタ
−hex4_led.v : ７セグメントＬＥＤデコーダー、表示に使う
−top.bit : コンパイル済みビットストリームファイル
−top.ucf : ピンアサイン

動作仕様

７セグメントＬＥＤ
　現在のＶＣＯ周波数を0.5秒おきに集計／表示する。
　通常10KHz〜10MHzの桁まで表示、SW5を押すと100Hz〜100KHzの桁を表示
　SW5を押すと、X'talOSCのクロックを測定します。
LED2 : 周波数モニタ更新毎にトグル
LED3 : ＶＣＯがロックしたとき消灯
LED4 : ＶＣＯ周波数が６％以上低い時点灯
LED5 : ＶＣＯ周波数が６％以上高い時点灯
LED6 : SW4を押したとき点灯
LED7 : SW3を押したとき点灯
LED8 : SW2を押したとき点灯
LED9 : SW5を押したとき点灯

ＶＣＯ周波数（分周比）の選択
なにもしない＝25MHz
SW4押している間＝50MHz
SW3押している間＝33MHz

　SW5を押すと、VREF端子が強制放電されます。

参考文献

・CQ出版社 定本　発振回路の設計と応用
・FEXT-PLL'97
・Kiyoshiさんのおもちゃ箱の発振回路
・有限会社ヒューマンデータのHＤＬ掲示板