今年の二月くらいだったと思いますが、ネットをふらふらしていたら、たまたま、Ｒｅｄｐｉｔａｙａの上位機種が近々にリリースされるという情報がありました。この現行Ｒｅｄｐｉｔａｙａはエンジニアのためのスイスアーミーナイフ（万能機器というニュアンスか？）と宣伝されていて、結構な量（３００００以上とＰＲしていますね）が出荷されたようです。測定器ならこれ一つでなんでもござれというノリなわけです。私は、その手の測定器は、ＳＳＧにしてもスペアナにしても個別機器が揃っていますから、Ｒｅｄｐｉｔａｙａの測定器用途に興味は無く、なんといってもＳＤＲがお遊びの対象ということになります。

　ここで示したように、このＲｅｄｐｉｔａｙａは、送受信ともにけっこう楽しめて、「お気に入り」の部類に入っています。とくにＨＰＳＤＲは受信能力も高く、また、送信はＰｕｒｅ　Ｓｉｇｎａｌなるプリディストーション機能もついているので、まさにＰＷＺの「ツボ」にはまっちまったわけです。

　現行のＲｅｄｐｉｔａｙａはＴＲＸのＡ／Ｄ、Ｄ／Ａともに１４ビット長ですが、送信はもちろん、受信も十分な性能を持っているように思えます。同じダイレクトサンプル仕様のＩＣ７３００も、受信は１４ビットでそこそこの性能を得ていますから。

　今回は、その上位機種ということで、受信側のＡ／Ｄが１６ビットになっています。詳細はスペックを見て貰えば分かりますが、ＨＦ〜５０ＭＨｚのＳＤＲをダイレクトサンプル方式で構成可能になっています。これは、現在ある低い周波数域のＳＤＲ基板としては、最上のスペックであろうと考えられるので、是非入手したいと思っていました。

　この１６ビットＲｅｄｐｉｔａｙａの予約販売が３月ころだったかに開始されたので、即応募してみました。発売記念価格で４００ＥＵＲだったと思います。けっこうな金額ですが、現在は４５０ＥＵＲになっていますので、遊び感覚でさっとクリックするのにはちょっと抵抗を覚えます（笑）。　しかし、５〜６年前の１６ビットＳＤＲ（ＲＸ１ＣＨのみ）であるＱＳ−１Ｒが９００＄していたことを考えると、ＲｅｄｐｉｔａｙａはＴＸ／ＲＸともに２ＣＨですから、構成を考えると大変お安くなったものですね。

　私は２月末に発注しましたが、発送は４月末以降ということでしたので、気長にまっていましたが、５月末になってもうんともすんとも言ってきません。この辺になると、ちょっと不安になってきましたが、気長に待っていたら、６月の始め（３日か４日のいずれか）に到着しました。まずは、ホッとしたところです。

　到着したパッケージは以下の写真のとおりで、これは以前の１４ビットＲｅｄｐｉｔａｙａのパッケージとまったく同じです。

パッケージ外観

上は16ビット版　（紙シールで16ビット版であることを表示）
下は１４ビット版　パッケージは１６ビット版と全く同じ

　側面をみると新たにシールが貼付されていて、辛うじて１６ビットＲｅｄｐｉｔａｙａのパッケージであることが分かります。中を開けると、以前はびっくりした、ＡＣ電源のプラグアダプターが、やっぱりびっくりさせてくれます（大笑）。なんと、今回はＡＣコネクターへの「差し込み」がＡＣ電源と取り外し可能になっていて、各国のＡＣライン（ジャック）に対応しています。

ＡＣ電源とコネクタ

真ん中が５Ｖ２Ａの本体でコネクター部のはめ込み部が付いている
日本、米国用は左上のアダプター
プラグアダプタと本体とはねじ込みで結合する

　機器の最初の写真が電源アダプタという、前回と同じ笑いというか冗談は置いておいて、外観を見ていきましょう。

１６ビット版Ｒｅｄｐｉｔａｙａ




１４ビット版Ｒｅｄｐｉｔａｙａ

　外観を見てあれ？と思ってしまいました。試作品？の写真は、基板が長方形のものだったのですが、なんと１４ビット品と同じ形の基板になっています。多分、１４ビット品の放熱ケースとかを共用したいので、無理して、従来品と同じ寸法の基板に押し込んだのだと思いますが、これによって、特性がスポイルされていなければいいのですが。レイアウトで無理をすると、たいていは特性にしわ寄せが来ますからね。そのあたりは今後の検証を待ちたいと思います。

　単体の１６ビット基板をよく見ると、気が付く点が何点かありました。ＦＰＧＡはヒートシンクの下なので、取り外すのは止めるにしても、表に露出しているパーツで明らかに違うのは、二点です。

�@入力が５０Ω化されたので、広帯域トランスが各ポートに配置されています。これは、もしかしてＲＸ側はステップアップトランスになっているのかな？・・・回路図によると、トランスの二次側（Ａ／Ｄ側）は若干ハイインピーダンスのように見えますが。

また、

�Aクロックモジュール？がけっこう大型化されています。もしかしてＴＣＸＯ（温度補償型水晶発振器）？これは金属パッケージが大きいので期待してしまいますが、スペックには特に記載がないのと、回路図には「ＸＯ」としか書いてないので、温度補償はしていないのかもしれません。とするとこの大きさは何を意味するのでしょうか？１４ビット版のＸＯは豆粒のような形状だったのですが。

　さて、こいつを動かすには、まずは、ＯＳをインストールしなければなりません。１４ビットＲｅｄｐｉｔａｙａの時を思い出しながら、同梱のμＳＤカードにＯＳイメージ（Ｒｅｄｐｉｔａｙａの指定Ｗｅｂｓｉｔｅからダウンロード）を焼き付けて行きます。インストラクションに従って、ほいほいのほいっと終わらせて、電源オーン！　ですが、おいおい、うごかねーぞ（苦笑）。

　あれ？と思いましたが、なにかどこかで作業を間違えたのだろうと、タカをくくって、その日は寝てしまいました（笑）。最近、夜がめっぽう弱くなってきましたので、夜は無理が全く利きません（笑）。ところが、実は、そのあと一週間以上も七転八倒するとは思いもしませんでした（怒）。

　次の日に、まったく同じ操作を注意深く繰り返してもダメ、β版ではなくｓｔａｂｌｅ版（６月１３日現在、ＤＬ不可になっていますね）でも繰り返してみたり、あるいは、ホームＬＡＮのもと、ＤＨＣＰでダイナミックＩＰアドレスが割り当てられない（ルータにまともにアクセスしていない）のを確認したり・・・と時間が過ぎて行きました。後になってみると、もしかして、同梱のμＳＤカードには、ＯＳイメージがあらかじめ書かれていたのかな（要するに、Ｒｅｄｐｉｔａｙａに挿入してすぐ使える）？とも思いましたが、既にＤＬしたイメージを書き込んでしまったので、そんな話は「後の祭り」になってしまいました（苦笑）。

　さすがに、こうなるとハードウェアの不具合か？？？も気になったので、ＳＴＥＭｌａｂのメール欄から、こんな状況なんだけど、アドバイスありませんか？とけっこう長文で状況を知らせるメールをしつこくならないように４回も送ったのですが、全く無しのつぶてです。実は、ここのページにＬｏｇｉｎしようとしても、私のＩＤは残っているようなのですが、パスワードを受け付けてくれず、数回、パスワード変更を実施しましたが、先のメールのせいか、規定回数を超えたからなのか、パスワードのＣｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎメールも来なくなってしまいました。いったいどうなっているんだ？この不親切さは？・・・・・です。

　まぁ、社員がエンジニア「だけ」のベンチャー企業？にはありがちな対応なのかな？と思いましたが、返事くらいしてもバチは当たらないだろうに？と思いましたが、一方、日本的なサービスを求めてはいけないのかな？なんて、自虐的にもなってしまいました。

　そうは言っても実際に困っているので、ネットに情報はないかな？と見渡しても、それに相当する情報はありません。しかし、数日たったあと、何気なしにＲｅｄｐｉｔａｙａのＤＬページを見てみると、「あれ」なんだか以前と様子が違うことに気が付きました。Ｓｔａｂｌｅ版がＤＬ出来なくなっているし、β版のファイル名が違っています。以前にＤＬしたのは

（６月４日）　redpitaya.img

なんだか、胡散臭そうなファイル名ですね。

一方、何度もメールを無視された後に、数日経った後、仕方なく見たファイルは

（６月１１日）　redpitaya_OS-beta-Z20_06-jun-2019.img

　となっていました。なにやらファイル名の日付らしき部分を見ると６月６日になっているように見えます。この日付は、「うーーん、動かない！」とテンパっていた真っ最中の日付です。くっそー、もしかして、Ｗｅｂｓｉｔｅにアップされてあったのは、まったく動かねーＯＳで、こちらが文句言ったら、あわててＯＳのイメージファイルを差し替えたのか？なんて勘ぐってしまいますが、多分、そんなところが真相なのじゃないかと思います。その間、私は、「いろいろやっても動かないので、何かヒントがありませんか？」とメールを送り続けていたというのに！！！！

　この、新たにＤＬしたイメージファイル名を見た瞬間、「これは動く」と直感したので、イメージをμＳＤに焼いて、１６ビット機を動作させると、なんの問題も無く動き始めたじゃないですか！　これは「ばかやろー！」ですね。間違ったイメージファイルをアップしていやがったんだ！と怒り心頭です（苦笑）。このままでは、収まりが付かないので、この顛末と、いままで、一切「無しのつぶて」で、こっそり、イメージファイルを置き換えていたことを謝罪しろ！とメールしたのですが、（ま、ここまで来ると諦めに近いですが）全く反応がありません。なんですかねぇ！

　そうは言ってもとりあえず動いたので、スペアナを起動してみました。１４ビットと１６ビットものを比較しておきます。１６ビットものはＤレンジが大きいとスペックに書いてある（というか当然ですが）ので、ノイズフロアが低いのかなぁ？と思いましたが、下の図に示すようにノイズフロアの面ではほとんど差がありませんでした。これはハードが持っている特性の差が無いとは思いたくないので、まぁ、おいおい評価していこうと思います。 　　

１６ビット版Ｒｅｄｐｉｔａｙａ　のスペクトラムアナライザ動作

Ｓｐａｎ：0〜63ＭＨｚ
７ＭＨｚのＨＰ８６５７出力




１４ビット版Ｒｅｄｐｉｔａｙａ　のスペクトラムアナライザ動作

Ｓｐａｎ：0〜63ＭＨｚ
７ＭＨｚのＨＰ８６５７出力

＜16ビットＲｅｄｐｉｔａｙａの設定＞　【2019.6.24】

　Redpitayaのその後です。感度やＩＭ、プリディストーション等楽しみな特性取得が待っています。とは言っても、まずはＰＯＷＥＲ　ＳＤＲを動かさないと話になりません。ここでまた、ちょっとしたバリアーにぶち当たることになります。

　以前の14bit版の経験があるので、今回もpavel-deminさんのサイトから、16bit版のＳＤカードに書き込むファイルを見つけてきて、書き込めばそれで終わり！とたかをくくっていました。お目当てのファイルは

　　　ここ

　に案内が有りますので、まずは、それに従って、ＳＤフォーマッターでフォーマットしたＳＤカードにコピーします。14bitの例では、redpitayaを起動して、ブラウザから

　　　rp-“MAC address”local/

　とコマンドを打つと、ＯＳの画面が出ますので、こうなるとＤＨＣＰが動いているはずです。で、アサインされたipアドレスをＰＯＷＥＲ　ＳＤＲのsetting画面のstatic addressの欄

ＩＰの設定画面

に書き込んで起動すれば、一丁あがりのはずです。ところが、今回は、そのＯＳ画面が出てきません。なのでちょっと困ってしまって、少し頭を冷やすことにしました。

　しかしながら、１〜２日経ってもここから進まないので、ネット検索をしてみると、You tubeに有益な情報があることが分かりました。こちらの情報を参考にブラウザ（ＩＥ/Ｅｄｇｅ/ＣＲＯＭＥ/Ｆｉｒｅｆｏｘ）からＤＨＣＰでアサインされているip asddressを直打ちしてみると、

pavel-deminのブラウザ画面

　の画面が出てきます。1〜6のうちのどれかをクリックした後にＰＯＷＥＲ　ＳＤＲ（3.49）を起動すると、やっとＰＯＷＥＲ ＳＤＲの動作が確認できました。先だっって試験をしていただいたtomrt834さんに感謝感激です。

　ここまでくればしめたもので、14bit機でやったように各種の特性を評価したあとに、どのようにパッケージングしていくか考えることになります。もし、上手く行くのであれば、１４ビット機のredpitayaとモジュールだけそっくり交換してしまって、周辺回路＆外形ケースを流用して一丁上がりとすることもできそうですが、どうするかはこれから考えていきたいと思います。というのも、ＬＤＭＯＳリニアアンプを実装しようと考えているのですが、その構成を考える時、インプットはＳＤＲ出力レベル+αに持っていこうかと考えているからです。

＜ＲＰ-１６の諸特性＞　【2019.7.5】

　Ｒｅｄｐｉｔａｙａの続報です。とりあえず、動かすことは出来たので、そのパフォーマンスをみていくことにします。すでに、今度の１６ビット版は高性能な雰囲気を醸し出しているので、楽しみな話ではありますね。

　さて、今回の16bit-Redpitayaですが入力インピーダンスが５０Ω系になっています。14bit版は汎用測定器を意識しているので、ハイインピーダンスプローブの使用が想定されています。なので、入力は１ＭΩになっていました。それに比べて、16bit版はどうやらＳＤＲ用途を意識しているので、ＲＦの汎用インピーダンスである５０Ω系にしたのでしょう。入力はフェライトコアの豆トランスを使っているので、念のため、入力インピーダンスを測ってみます。以下にＶＮＷＡ2.6で測定したＳ11のＨＦ〜５０ＭＨｚ帯の特性について挙げておきます。

Ｓ11特性

　これを見ると、６０〜５０Ω内外のインピーダンスになっているようで、ほぼ５０Ωと考えて良いでしょう。さすがにＨＦ低域ではインピーダンスが上昇していますが、大きな影響はありません。逆にＨＦハイバンド〜５０ＭＨｚになると、５０Ωに近接してきます。これを見ると、ローインピーダンスに整合が取れているので、なんの問題もなく外部コンポーネントを接続できそうです。

　ということで、まずは感度を測ってみましょう。

　以下は３．５〜５０ＭＨｚまでの感度です。それにしても、こんな小さな機器でオールバンドのダイレクトサンプル送受信（それもＴＸ，ＲＸそれぞれ２ＣＨ同時）がけっこうなパフォーマンスを発揮できるってすごいですよね。

16bit Redpitayaの感度特性　　（μＶｒｍｓ＠５０Ω）

　上記表はＳＩＮＡＤ＝１０ｄＢになる受信入力レベル（ＲＸの５０Ω端）で表示しています。これは、いままでの私の機器の測定値と比較しやすいようにするためで、もし、ＳＳＧ解放端電圧で表示するならば、６ｄＢアップしてください。

　条件はＳＳＢで、ＢＷ＝２．４ｋＨｚ、ノイズリダクション有りの場合はＰｏｗｅｒＳＤＲの表示で「ＮＲ」となっているケースです。「ＮＲ２」を選ぶと、復調した音声がかなり不自然になるので、このモードはあまり使う気がしないため測定していません。ただし、ノイズの低減「だけ」ならＮＲ２の方が効果が大なようです。

　上記表を見ると、Ｒｅｄｐｉｔａｙａ単体でかなりの感度を有していることが分かります。３．５ＭＨｚが若干悪いですが、それ以外ではプリアンプは不要な感度レベルを実現しています。これは、１４ビット版に較べて、大きなメリットです。１４ビット版はハイインピーダンス入力なるがゆえに、これを逆手に取って、入力に共振回路を配することで電圧ステップアップ効果を狙い、なんとか実用感度レベルまで持っていきましたが、やはり、静かな１４ＭＨｚとかではプリアンプが欲しいなぁ・・・・と思ってしまいます。

　それが、１６ビット版ではまったく心配する必要がありません。トップにバンド毎のＢＰＦを置けば、十分実用になると思われます。これは凄い事ですねぇ。こんな小さいデジタル基板で極めて廉価に実現できてしまうのですから。逆にいうと、我々の「自作」なんて、性能を考えたら、まったく割の合わない作業なので、なんらかの「こだわり」で「変わったこと」でもやらない限り、自己満足さえも得られないって話になりそうです（苦笑）。おっと脱線です。

　さてそれでは、ベースバンドフィルタ（＝古（いにしえ）の「スーパーヘテロダインという」受信機では「ＩＦフィルタ」に相当：笑）の特性を見ていきます。これはＸｔａｌ発振器（サイドバンドノイズが極小を期待）のＲＸ受信電力を、周波数シフトしながら測定しています。設定帯域は２．４ＫＨｚで見てみました。

通過帯域特性

　ＲＸ入力信号は平坦な通過帯域で−１０ｄＢｍと表示されています。この範囲であれば、受信機のダイナミックレンジは確保されていますから、単に受信電力を見ているだけでフィルタの減衰量が測れます。上図から、−６ｄＢ帯域はちょうど２．４ｋＨｚ、−６０ｄＢ帯域は２．５１ｋＨｚと測定されました。昔流にいうところの「シェイプファクタ」は２．５１/２．４＝１．０５ということになりますか。ＳＤＲを見ていて毎度のことですが、恐ろしいほど急峻なフィルタになっていることが分かります。

　とりあえず受信の最後にＩＭＤを見てみます。いままで、ＳＤＲといえど（ＴＲＸ３０５やＳＤＲ−３等）、私の弄っているブツはアナログフロントエンドを有していたので、アナログ機と同じような測定をしてきました。結果的には、アナログ機とおなじような特性を得てきたのですが、今回は、どうやらそれとは異なる様相を呈しています。以下をご覧ください。

　まずは、ＰｏｗｅｒＳＤＲで−１２ｄＢｍ×２と表示されるＲＦ２-トーン信号（ＳＳＧ出力をシグナルアナライザＭＳ２８３０Ａで測定すると、−９ｄＢｍとなっている）をＲｅｄｐｉｔａｙａに入力して、ＩＭＤ３らしく生成された信号を見てみます。このレベルは−９０ｄＢｍですから、「アナログ機的なＩＭ特性を仮定するなら」、ＩＩＰ３は３０ｄＢｍ（スペアナ補正値）になるはずです。

ＩＭ特性の表示例

　これならば、こんな小さなＳＤＲのＩＩＰ３としては極めて優秀な値になるのでしょうけど、どうもそうは問屋が卸さないようなのです。以下にアンテナ入力レベル対ＩＭ３の表示レベル（いずれも２８３０Ａで校正）の関係を示しておきます。

ＩＭ３の特性

青線がＩＭ３レベル

　これを見ると、一般的なアナログフロントエンドの「信号レベル対ＩＭ３レベルは１：３で変化」していません。入力レベル変化と同じように１：１で動いているように見えます。これは、以前から言われているように、Ａ/Ｄコンバータのノンリニアリティから生じるためです。受信入力レベルを減少させていくと、アナログフロントエンドであれば、リニアな領域での動作になるため、三次歪は急激に（１：３の変化比で）減少しますが、Ａ/Ｄコンの場合、印加信号レベルが低い＝扱う信号のビット域が小さいとなっても、それぞれの領域でノンリニアは存在しますので、これが、入力を絞ってもＩＭ３が下がらない原因となります。

　調べてみると、この改善のためには、ティザを加えることが有効であると聞きます。「どんな信号＆レベルをディザにしたらいいか」については、次回にでも検討してみます。

　次に、送信側を見ておきましょう。まずは、デフォルトでの出力とＩＭＤです。送信側は、シングルトーンのテスト信号の他に、ＰｕｒｅＳｉｇｎａｌを起動すると、２-ｔｏｎｅ信号を出力させることが出来ます。これを、ＰｏｗｅｒＳＤＲのアンプゲインをデフォルトの時にどんな感じで信号が出力されるか、見ていきます。

送信ＩＭ（７ＭＨｚ）




送信ＩＭ（２１ＭＨｚ）




送信ＩＭ（５０ＭＨｚ）

　３バンドで見てみました。２−ｔｏｎｅはどうも−６ｄＢｍ×２で出力されているようで、これって、振幅のピークで電力が０ｄＢｍを上回らないような設定になっているのかしら？この時のＩＭ３は７ＭＨｚで−８０ｄＢ以下と、けっこう優秀です。アンプゲインが分からないのでＯＩＰ３になってしまいますが、７ＭＨｚでは３４ｄＢｍ以上の素子ということになりますね。周波数が上がると、ＩＭＤが増えていき、５０ＭＨｚに至っては、振幅レベルも低下してきます。しかしながら、これは、後付のアンプのレベル配分をしっかり考えて、また、当然ＰｕｒｅＳｉｇｎａｌを起動することを考えれば、なんの問題も無いレベルでしょう。単に、このデータは、後続のリニアアンプをどう構成するか考えるために測定してみました。

＜送受信ＩＭについて＞　【2019.7.20】

【ディザによる受信ＩＭの向上効果】

　以前、トップからアナログ素子を経ずに直接Ａ/Ｄに信号が入力されるタイプの受信ＩＭは、フルアナログ機のそれと比べて異なる様相を呈することを示しました。ちょっと振り返ってみましょう。

ＩＭ３の生成領域の分類

　この図は以前の図にＩＭの領域を区別して示したものです。ここで、各領域ごとの振る舞いを考えてみましょう。

　まず�@ですが、ここは簡単で、Ａ/Ｄコンの扱える最大振幅領域を入力信号振幅が漸近すると、急激に歪が増加して、ついには、まともな信号取り込みが出来なくなります。これが�@の右側領域です。

　次に�Aの領域ですが、このあたりは信号の変化と同じような歪の変化（変化比は１対１）に見えています。これは、レベルが変化しても、入力される信号レンジに応じたＡ/Ｄコンの発生する歪が信号レベルの変化と同じようにあるということを示していて、増幅器のノンリニアリティとはまったく別の原因である「ように」見えます。

　最後の�Bですが、ここは、入力される信号にあまり関係なく発生しているように見えます。但し、入力を遮断するとこの成分は消えて無くなりますから、残留している雑音ではありません。ここではＩＭ３を例にとりましたが、何等かのＡ/Ｄコンの量子化の際、誤差成分が周期性を帯びるために生成される「不要成分」です。ＳＤＲで扱うデータのＬＳＢで起きているものと考えると、２-トーンの入力レベルによらず、変動しない理由がわかる「ような」気がします。

　こういう、微小「スプリアス」の低減には、昔から、ディザによるＳＦＤＲ（スプリアスフリーダイナミックレンジ）の増大という手段が常套的に用いられてきました。中には、ディザ機能内蔵ＡＤＣなんてのもあるくらいポピュラーなようです。ディザ信号は、帯域内雑音と帯域外雑音を用いる手法があるようですが、帯域内雑音はＳ/Ｎ劣化につながるので、これではアホらしいから、必然的に帯域外で雑音を用意することになるでしょう。要はＩＭによって生じる周期性のある量子化ノイズをランダマイズできれば、雑音でなくても、ＩＭ３成分と相関性が無い信号であればいいわけです。

　ということで、この�Bの領域のＩＭ３を低減する実験をしてみました。信号としては大胆にもＣＷを使います。５０％変調のＡＭ、周波数偏移が１０ｋＨｚのＦＭ（いずれも１ｋＨｚトーンで変調）でも結果は似たようなものだったのでここはＣＷとしておきます。要するに、対象とする信号に印加することで、Ａ/Ｄが生成する「周期性成分」をかき混ぜて不規則化できればいいということでしょうか？やり方ですが、２つのＳＳＧをハイブリッドで加算してＲＦツートーンを作り、そのあとにディザの信号をハイブリッドで結合しています。周波数は１０ＭＨｚに取りました（ＳＧの最低周波数：笑）。ＲＸのアンテナ端はＢＰＦとかの帯域制限を掛けていません。

　入力レベルに加えるディザのレベルは以下の通りでした。

入力レベルに対するディザのレベル

　これは、ＩＭ３がノイズレベルに落ちる点のアンテナ端におけるディザ信号のレベルです。まぁ、信号レベルよりちょっと高めのレベルという感じですかね。これだと、なんとなく現実感がないので、動画を作ってみました。

わかりずらいですが、ＩＭ３は2波の2-トーンの左右にちょこっと出ています。注意してみてください

　

ディザ信号のＳＧの出力は、アナログ的に連続可変できるようになっています。なにせ、大昔のフリーランタイプのＳＧですから、ステップＡＴＴとアナログレベル可変の併用になります、このアナログＡＴＴのつまみを、ぐりぐり廻すのに連動して、ＩＭ３成分がノイズから頭を出したり引っ込んだりする様子を動画にしています。

　アナログデバイセズのＡＤＣの解説によると、ディザの効果って１０〜１５ｄＢ位と書いてあるので、まぁこんなものなのでしょう。実際には、ディザ信号を加えて、聴感上どうなるのか分からないので、この有効性はわかりません。実際の運用では、こんなディザ信号を加えるなんて面倒なことはしたくないので、今回のお話は、あくまで実験だけで終わりにしたいと思っています。

【ＰｕｒｅＳｉｇｎａｌ２．０】

　こちらは送信ＩＭの改善の話になります。

　以前と同じように、まずはＱＲＰな１０Ｗ程度のアンプで様子を見てみることにしましょう。いまのところ、そのあたりの出力レベルのアンプは、ここで示したものが転がっています。これに、一段のアンプをかませば、−６ｄＢｍ×２のツートーンを１０Ｗｐｅｐまで担ぎあげることが可能になります。

分類実験風景

左側に16ビットＲｅｄｐｉｔａｙａが鎮座

　上の写真はアンプ、ＬＰＦ、ピックアップ、ＡＴＴとプリディストーションに必要なモジュールを結線した様子です。ダミーロードが見えていませんが、右下のカップラの同軸の先に接続されています。

　動作は１４ビットの時に扱ったＰｕｒｅＳｉｇｎａｌ１．０と殆ど同じです。２．０のドキュメントを見ると、操作が少し変わっていたり、終段のメモリー効果に対するＩＭ低減効果の増大が謳ってあります。さて、どんな様子になるのでしょうか？

　この終段のアンプは１５ＷｐｅｐでＩＭ３が−３０ｄＢ程度でしたが、一応、その再現は出来ています。これに１６ビットＲｅｄｐｉｔａｙａのＰｕｒｅＳｉｇｎａｌを起動してみます。結果を以下に示します。

Ｐｕｒｅｓｉｇａｎｌ　有無の比較

黄色の波形が動作中を示す




　Ｐｕｒｅｓｉｇｎａｌ-2実行時の2-トーン波形

７８．８Ｖｐ-ｐとある。16Wpepというところか

　これを見ると、プリディストーション起動時のＩＭ３は−６５ｄＢ程度と、１４ビットＲｅｄｐｉｔａｙａとあまり変わりがありません。２-トーン波形はいつもながら、ほれぼれするほど、形がきれいです。もっとも、オシロでは、−４０ｄＢ以下の歪は目視で認知できないと言われているので、これ以下だと、あまり変わり映えしないのかもしれませんが。ということで、ＲＸ部が１６ビットになった「効果」は明確には感じられませんでした。但し、これは、もっといろいろなケースで確認してみたいと思っています。メモリー効果の少ないと考えられる「真空管リニア」だとどうなるのだろうか？なんて面白いテーマですね。

＜１６bit Ｒｅｄｐｉｔａｙａによる２００ＷＬＤＭＯＳリニアのＰｒｅ-Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ＞　【2019.9.8】


　ご本尊の果物であるＲｅｄｐｉｔａｙａは、そんなに美味しいというものでもありませんが、ＳＤＲのＲｅｄｐｉｔａｙａは弄りがいのある美味しいオモチャです。今回は、１６ビット版を用いてＰｕｒｅ　Ｓｉｇｎａｌの効果をＬＤＭＯＳリニアで確認しておきましょう。

　すでに１４ビット版で、ここにアップしておきましたが、この時はＰｕｒｅ　Ｓｉｇｎａｌのバージョンは１．０で、かなり「弄り込み」というか「マニュアルチューニング」ができて、微妙な特性追い込みが出来ました。今回、それが２．０になって、そういったマニュアル操作が大幅に不要になり、また、動作安定度も向上しているように見えます。今回はそこらへんを見ていくことにしましょう。

　さて、実験系の構成を考えておきます。以前は２００Ｗアンプをドライブするのに、ちょっと大げさなこれを使っていましたが、レベルダイアグラムを考え直した結果、こっちのアンプが余裕で使えることが分かりました。


　　Redpitaya出力（-6dBm×2)→AFT05MS031Nシングルアンプ(22dBm×2)→MRFE6VP6300ＰＰアンプ（47dBm×2）

　というようなレベルダイヤになります。思惑通り２００Ｗｐｅｐのアンプを作るのに、ＳＤＲから２段のアンプでＯＫという、極めて効率的な構成になります。これはドライバー＆パワーアンプ共にＬＤＭＯＳを使う大きなメリットです。従来の素子を使うのであれば、５３ｄＢのパワーゲインは最低３段構成でないと実現できませんでしたから、余裕で２段で済むというのは大変大きなメリットになりますね。

　特にドライバーアンプは５Ｗｐｅｐが得られて、３０ｄＢ近いゲインですから、コイツの使い勝手は言う事無しということになります。ＱＲＰなパワー段にも好適ではないでしょうか？ただし、素子の値段が１０００円以上するのと、実装方法が面倒ですから、なかなか触手が伸びづらいというきらいはあります。

　このドライバーアンプですが、今回小ぶりな放熱器を使ったためにけっこう発熱します。そのために、実験中はシロッコファンらいくなブロワ―をつけて冷やしています。ちょっと笑える様子なので、下記に写真を残しておきます。

大きなシロッコファンとドライバーの様子

　２００Ｗリニアのドライバーとしてケースインする場合は、もう少し大きなヒートシンクを使って、自然空冷にしたいところです。

　さて、ご本尊の２００ＷのＬＤＭＯＳリニアですが、前回の実験から出力整合回路を弄り回していました。というのも、前回のデータだとどうも飽和領域が２００Ｗｐｅｐあたりに有りそうなので、もう少し、出力が引っ張り出せないかと、足掻いてみたからです。で、コア容量をアップさせたり、伝送線路トランスからコンベンショナルトランスに替えてみたりと、けっこう弄り回しました。その残骸を下図に示しておきます。

出力トランスの数々

　上記のトランスたちはやみくもに作ったわけでは無く、「多分、こんな原因があるから出力が伸びないのだろうと仮説を立ててその改善を期待した」のですが、結果的には、殆どこれ等のトランス間で出力電力特性的に差異はありませんでした。ということは、私の立てた仮説は全て空振りだったということになります（苦笑）。

　ただ、パワーの絶対値はともかく、効率に関しては、コンベンショナルトランスが上手く行って４５％どまりなのに対して、１：４の伝送線路トランス＋ソータバランは６０％を得ることが出来ます。なので、今後弄ることがあっても、トランスに関しては、後者の形式が第一優先になると思われます。で、実装したのがこれです。

出力トランスの変更

コアをバカでかくしてみたが・・・・　　

　たかが２００ＷというQRPアンプに、偉く大袈裟なコアを使っていますが、ま、これは特性取得の試行錯誤の最終段階にたどり着いたブツで、特性的には、実のところ上記のトランス達（1：4の伝送線路トランス各種）と大きな差異はありません。この実験のあとには、「軽量化、ロープロ化」のために、もとのトランスに変更してしまおうと思います。最大パワーや歪特性の変化は本当に「微々たる」変化でしかありませんでから。

　さて、アンプの接続をしっかりやって、出力を出してみましょう。ぴたっと２８２Ｖｐ-ｐまでは伸びていないのですが、とりあえずＩＭＤ＝２７ｄＢ程度の特性が得られたので示します。この状況は以前の状況と殆ど同じです。

時間波形　Ｎｏ　ＰＵＲＥ　ＳＩＧＮＡＬ

　実は、プリディストーションはかけていませんが、ＶＭＯＳでも実験をやっているのですが、ＶＲＦ１５０やＭＲＦ１５０等は余裕で出力が伸びていきます。少なくとも、飽和レベルが２００Ｗ程度に有るようには見えません。それが、ＬＤＭＯＳだと１：４のトランスで出力が取り出しきれない傾向が見えます。コアの特性に起因するものではないのではと思い始めています。この原因についてはだいたい予想はついている（たぶんＦＥＴの出力インピーダンス問題）のですが、ま、そこは確実に解ったら記述することにしましょう。

　で、これにＰｕｒｅＳｉｇｎａｌ２．０を適用してみます。実験系統図はここにあるものと同じですが、ドライバーアンプが変更されています。えいやとＰｕｒｅＳｉｇｎａｌをオンすると、

時間波形　Pure　Signal実施


　

　となります。以前と同じような感じですが、今回のＰｕｒｅＳｉｇｎａｌは、プリディストーション制御を掛けても掛けなくても、出力振幅のピーク値が変化しないようです。ほんの少しＰＥＰ２００Ｗに足りませんが、ま、こんなところで、とりあえずはいいでしょう。入力を０．６ｄＢ程度増やせば、２００Ｗに行きますが、プリディストーション無し時の飽和の様子があまり格好良くない（ＩＭＤ＝−２５ｄＢ程度）のでUPするのは止めておきました。以下にスペクトラムを示します。

Pure　Signal　の改善効果

青色がプリディストーション無し　黄色がプリディストーションありの状態

　若干以前のデータよりも改善効果が少ないように見えますが、ここは更にファインチューンすれば、もっと追い込めるのかもしれません。ただ、バージョン２．０は、かなり自動化されているので、マニュアルでしこしこ弄る余地はない造りになってしまったのかも知りません。

　一応設定パラメータと動作の様子をまとめます。周波数は７ＭＨｚです。

　Ｖｄｄ：５０Ｖ　Ｉｂ：２００ｍＡ×２　（動作中に変化して０．３５Ａ×２まで増加）
　Ｖｇｓ：２．５７Ｖ近辺　　　　ＰＥＰ１７６Ｗ時ドレイン電流：２．８Ａ　　効率：６３％
　ＩＭＤ３の変化：−２７ｄＢ（Ｐｕｒｅ　Ｓｉｇｎａｌ制御無し）→　−５３ｄＢ（制御有り）　
　利得：２５ｄＢ

　といったところです。効率６０％を超える利得が２５ｄBもある２００ＷアンプのＩＭＤ３が−５０ｄＢ以下になるのですから、この技術は素晴らしいものがありますね。本当はもう少し改善できても良さそうに思えますが、今後の課題にしておきます。実は、このあとは、おもてには晒すことのできない難行苦行が待っている予定です。というのも、いろいろなアンプでＰｕｒｅ　Ｓｉｇｎａｌを試してみたいので、その準備ということになりましょうか。その苦行の最中には、またＧＮＵＲａｄｉｏに逃避して気分転換で遊んでいたいと思います（笑）。

　しかし、よくよく考えてみると、１６ビットのＲｅｄｐｉｔａｙａも１４ビット版とＰｕｒｅ　ＳｉｇｎａｌのＩＭＤ改善効果に関しては大きな差異が認められませんでした。これって、もしかするとどこかでチョンボしているのかなぁ（苦笑）？？？

＜真空管アンプとプリディストーション＞　【2019.9.21】

　Redpitayaのお遊びの一環で、プリディストーションを真空管アンプで実施してみたくなりました。

　実は、この「真空管リニアアンプ」に関しては、過去になかなかいい結果が出てこなかったので、半ば放置状態でした。というのも、ファイナル管として、動作も安定な定番送信管（6146系統や6JS6とか）を使って、ちゃっちゃと１００Wアンプを作ればよかったのですが、それじゃまったく面白みがないということで、変な真空管を選んでいますから、なかなかまとまりませんでした。実は気に入っていた12/6DQ6Bなんざ、シングル動作では、いい塩梅に低ひずみになるのですが、パラ接続では、動作がかなり不安定でした。もちろん、配置とか、配線技量とかもあるのでしょうが、ここでは、玉砕しているようです（苦笑）。

　さて、なぜ、真空管アンプでプリディストーションなのか？という疑問ですが、これにはれっきとした訳があります。プリディストーションが「まとも」に動く条件として、終段PAの「メモリー効果」が少ないことが必須とされます。終段の振幅のリニアリティを向上させるために、「あらかじめ終段PAに入力される信号の振幅＆位相を、終段PAの振幅、位相特性の「逆特性」に一生懸命補正しても、そのせっかく補正された信号を受け取った肝心の終段PAが、メモリー効果でうまく反応しないのでは話になりません。

　メモリー効果は低電圧大電流のPAほど顕著のようで、Pure　Signalの説明にもそう書いてあります。この傾向は確かに認められるようで、いままで実施してきたPure　Signalの適用実験でも、よく表れています。例えば、２００Wクラスの小型PAで、MRF/VRF150のアンプとLDMOSのMRFE6VP6300のアンプを比較すると、同じ５０V電源でも、後者のほうが効率が良くて、小電流になっているためか、Pure Signalの改善効果は高いです。およそ１０ｄB程度の違いがあるようですね。また、パワーが小さく小電流な１５W程度のLDMOSのアンプだと、さらに１０ｄB以上も改善効果が上昇します。

　この類推から考えるに、もっと高電圧小電流の素子のアンプならば、さらにひずみ低減効果が上昇するのではないかという推測ができます。たとえば、2SK1575等の2SK410系列の石ならVd=80V動作が余裕で可能なのですが、今回は、もっと、高圧小電流の「真空管」にまで飛んで、動作を見たくなったのです。何故なら、この2SK1575は所有しているのですが、古い世代の石なので、Gmが小さくゲインがLDMOSに比べて１０ｄB以上も少ないので、構成に苦労するからです。

　ということで、前置きは終わりです。先に述べたように、200Wpepを真空管で実現するのに手間取っていました。今回は、この機器に以前から所有している40KG6Aを2本用いて、どこまでパワーを絞り出せるか実験してみます。そのあとで、肝心のPure Signalを適用してみましょう。

　但し、ここではあまり真空管パワーアンプそのものの検討については深入りすることは止めます。実は、このテーマは、いろいろいじってみたいネタがいっぱいあるので、別途、この続きということで、まとめたいと思います。しかし、どんな様子で動かしているのかがわからないと、不親切なので、簡単に説明しておきます。

　まず、回路図を上げておきましょう。

終段回路図

概略であり、定数等省略　別途アンプの項目で詳述

　ここでは、詳細な説明は省略しますが、普通のPA回路です。とりあえずは1段のアンプで、５０Ω相当のローインピーダンス入力にしてあります。グリッド回路はバイアスを個別に微調整できるように、粗調整のVR（パネル面に出してある）と微調整の個別VRで分けてあります。これは思ったより、40KG6AのVg-Ip特性のばらつきが大きく、同一ロットでも下手に選別しないでパラってしまうと、パワーを入れたときに片方の真空管ばかりに電流が流れて、片焼けを起こして壊れてしまう可能性が常にあります。なので、動作をそろえるためにVg微調整のVRがあったほうがいいと思います。

　あとは、写真には、タンクコイルあたりに「危なげ」にくっついている中和用のシリーズコンデンサですが（最終的には安定に固定しますが）、40KG6Aパラではシリーズでトータル10ｐFになるような値を選べばいいでしょう。DCカット後のポイントに接続してあるので、合計した耐圧は1000Vもあれば十分です（なので20pF500VのDMコンデンサの2個直列でも可です）。

　その他は、もし、このあとでリニアアンプを説明することがあれば、そこで詳細を述べることにします。一応、様子を以下に示しておきます。

リニアの様子

　さて、この回路は以下の条件で動かしています。

Vp：900V（無負荷時）、820V（全負荷時）
Vg：-37V近辺　　Ib：20mA×2
Vsg：94V　（少ないようですが、Vsgを不用意に上げると、バイアスがえらく深くなってしまう）

　この状態でRedpitaya（16Bits）から、LDMOSのドライバーアンプを介して、このアンプをドライブしてみます。40KG6AパワーアンプのゲインがLDMOSアンプに比べて若干低いので、アッテネータを全部抜いても、完全に200Wpepになっていませんが、ほぼ200Wということでご容赦を（笑）。

素の2-トーン波形

バイアスを絞りあえて歪ませ気味

　この図を見ると、とりあえず、PEPで２００W近く出ていますが、波形が「痩せて」いますね。クロスパターンが汚くひずみっぽいです。事実、この時のIMD3はあとで示すように、-20ｄBくらいです。これは、高圧低電流アンプがどれだけPure　Signalで効果が出るかを観測するのは、かえって好都合です。ただし、40KG6Aはあまりリニアリティのいい球ではなさそうです。Vp-Ip特性を取ってみてわかったのですが、12DQ6Bのそれのようにきれいではなく、いかにも「歪みます」という感じがありありです。パラにして、余裕がでるかといえばそうでもなく、後述するように広いハンドリングレンジで非線形性が観測できます。オーディオで3結のOTLとかで使っている例が見られますが、NFBが必須になるのではないでしょうか？

　この状態からPure　Signal　を起動したのが、以下の図です。

Pure Signal適用時2-トーン波形

これは奇麗だ

これを見ると、素晴らしく奇麗な波形になっていますね。Pure Signalがいい仕事をしている様子が解ります。ここで、その様子をみておくことにしましょう。以下の図はPureSignalの動作を示す図です。

AMP View

補正の様子を示している

　この図の見方ですが、青いドットのラインが、実際のPAの特性を示しています。入力は直線（入出力がリニア）から大きく外れて、本来期待できるひずみのないレベルからは大きくレベルが下回っています。これはこの図のクロスパターンが汚く、全体波形が痩せて（全ハンドリングレベル範囲でレベル不足）見える証拠です。この図の赤のラインが、このPAのひずみ特性を考慮して、補正するための動作を示しています。青のラインのような実際のPAに、振幅についていえばあらかじめ大きめの信号に補正して、PAに入るようにして、PAの出力でみれば、斜めの黒の実線のように合成されて、晴れてひずみが低減されるという仕組みになります。というところで、実際にスペアナで見てみましょう。

IMD改善の様子

２００WPEP近辺でIMD3＝−７０ｄBはすごいと思う

　上図からPure Signalの効果でIMDが劇的に改善されていることがわかります。青色は補正無しで、黄色は補正ありの状態です。補正がないと-20dB近辺のIMD3だったのが、補正をかけると-70dBまで改善されます。驚くべきことに50ｄBもの改善効果が得られています。これは当初の目論見通り、メモリー効果の少ないとされる、真空管PAだからできたことなのでしょうか？少なくとも今までの実験結果を通して考察すると、そのような結論にたどり着きそうな感じです。

　-70dBのIM3特性がPEP=200Wの真空管アンプで得られました。この時のIpは206ｍA（2本）ですので、効率は58％ということになります。いたずらに電流を流して、ひずみを下げることはできない真空管でも、高効率でかつ低ひずみのアンプを構成できることがわかりました。普通は、高効率と低ひずみは両立しませんから、Pure　Signal恐るべし・・・というところですね。