スペアナもどき

スラッマシアン　N.C.です。

　以前、大学祭向けにスペアナもどきを作りました。どんなものを展示したかは、「大学祭でスペアナ」を参照してください。
大学祭の記事を書いた時には、作成したスペアナもどきの原理などは、一切説明していませんでした。しかし、それは「イカんでしょ」と思ったので、簡単に説明します。
　まず、「スペアナって何ぞや？」と思う方のためにスペアナが何かを説明します。スペアナとはスペクトラムアナライザ(Spectrum Analyzer)の略称です。名前の通り、入力信号を解析して、どの周波数成分がどれだけ含まれているのかをディスプレイにグラフで表示してくれる装置です。実は同じ目的の装置で、FFTアナライザがあります。両者の違いは、電子回路的に解析しているのか、コンピュータで信号処理して解析している（つまりFFTを行う）のかという点です。Googleさんで画像検索すれば、装置の写真や、解析画面の写真がたくさん出てきます。
では、作成したスペアナもどきの説明に入りたいと思います。なぜ「もどき」かというと、スペアナと呼ぶにはあまりにもちゃちなものだからです。数kHzまでを解析する目的で作りました。
図1にブロック図を示しました。

　FPGAを使ってしまっていますが、要であるVCOやミキサ（アナログスイッチで代用）はちゃんと回路を組みました。BPFは要ではないのかといわれると苦しいですが、私の実力ではＱが大きなBPFを設計、実装することは困難なんです。他にも、のこぎり波や検波部をFPGAで実装しましたが、これは、正直めんどかっただけです。のこぎり波は、もともとは回路を作っていたのですが、途中で発振周波数を大きく変更することになり、いやになって、FPGAで実装しました。
以下、主要な部分の簡単な説明です。
・BPF
　通過周波数は20kHzです。非常に鋭いピークがほしかったので、IIRフィルタを採用し、LCR共振回路の特性を再現しました。その代り、全体の動作速度は犠牲になってしまいました。

・VCO
　こんな回路です。（図2）一応、オリジナルの回路のつもりです。入力が0Vの時に20kHzで発振するようにしました。回路図にはすべて普段回路図はノートに書くので、それをエディタできれいに書き直したのですが、定数や型番を入力するのは正直面倒だったので、入力してません。