VHDLによる簡単なディジタルフィルターの実験 / その1 / アナログ信号を取り込む

1. 概要

まずはアナログ信号をAD変換してFPGAに取り込めるようにする。ADコンバーターはMicrochip社のMCP3001を使った。諸元は下のとおり。厳密な何かをするわけではないので何でもよい。

• 逐次比較
• 1チャンネル
• 10ビット分解能
• 外部リファレンス
• SPI通信
• VDD=V_REF=2.7 Vのとき、サンプルレートは最大75 ksps、クロック周波数は最大1.05 MHz

取り込んだAD変換値は、R-2R方式のDAコンバーターでDA変換して確かめる。こういう抵抗アレイがあったのでそのまま使ったが、8ビットぶんしかないためAD変換値10ビットのうち上位8ビットだけをDA変換する。

FPGAはMAX10を使う。その評価ボードはマルツオンラインにあるこれを使う(すでに販売終了)。

2. ADコンバーターMCP3001を動かすためのVHDL

下のVHDLをコンパイルしてMAX10 FPGAに書き込む。SPIマスターモジュールはDigi-Key TechForumで紹介されているこれをほぼそのまま使った。外部クロックは、評価ボードに載っている発振器(48 MHz)を使った。

ファイル一式: https://github.com/ti-nspire/VHDL_for_Quartus_Prime/tree/main/ad_converter_MCP3001_spi_ver_2

↓ こういう回路がFPGAの中に作られる。

3. 全体の接続図

4. 実行結果

サンプリング周波数は40 kHz、入力信号は1 kHz、1 V_ppにした。黄色が入力、緑が出力。