Si5351/AD9952 Signal Generator 【2023.10.12】



 最近常用のSSGであるHP8657に不安を覚えています。寒い時期に一台のHP8657が変調も掛けていないのにFM変調のような信号を生成する事例が発生していました。これは時期にもよりますが通電して内部が暖くなってくるとこの現象は消失し、夏の間は殆ど起きませんでした。

 流石に名器HP8657も寿命が近いのかとも思って、サービスマニュアルを読み込んだりしましたが、この修理とは別に、突然の不具合発生に備える意味でSSG(標準信号発生器)とまではいかずとも、SG(信号発生器)程度でいいからバックアップを作っておこうと思い立ちました。

 いくらSSGまではいかなくてもいいとは言え、TXのIMDとRX感度を測ることができないと私としては時間を掛けて「作る」意義を見いだせないので、そこは外さないように考えてみました。

 しかし、感度測定には信号を極めて微小なレベルまで絞り込まないとイケません。いつものバラック構造では、とってもリークで感度測定は不可能だろうと思っていました。ただ、その程度感を確認するために、バラック構造の発振器で調査してみました。





昔作ったDDS評価用実験機


 この実験機は大昔にBASCOMでDDSを動かしていたころのDDSチェックのためのバラックセットです。はじめは当時はやりだった支那製のAD9850/9851の安価なモジュールの動作確認を行うためのものでした。あとからAD9952の基板も評価できるように、機能追加しました。これを用いて、裸のバラックセットでどこまで信号が漏れて、感度測定が「できないか」確認することにしました。

 右下の同軸ATTは20dBのものを4個ばかりシリーズに接続して、それを押しボタン式ステップアッテネータ(20+20+10+5+3+2+1dB)に通してRXのトップに給電します。すると、期待に反して(!)-100dBm入力時のSINAD値は同じ値をHP8657で出力した場合とまったく変わりません。このことは、こんなに空間的にオープンなバラックな信号発生源でも感度が測れるということであり、一種の驚きです。

 これに気をよくしたので、SGをDDSやらSi5351やらを使って作っていくことにします。





昔作ったArduino習作の信号発生器



 ずいぶん前に、Arduinoを弄り始めたころに、作ってみた信号発生器がこれです。DDS、Si5351、RE、TFT表示器、KBDを使えるようになるための習作でした。最終的にはArduinoでAD9952を動作させるためのヘッダーファイルAD9952.hなんかも自作してみて、なんとなーくArduinoの動作を実地で確認したモデルです。ただ、時間があまり無かったので、TFT-LCDの表示のまとまりが無いのと、KBDのインターフェースが洗練されていないので、SGとしての使い勝手はあまりよくありません。

 ただ、これをベースにSGをでっち上げるのが、時間的には一番の近道のようなので、これを分解、改修することに決めました。

 使う発信源はAD9952DDSとSi5351PLLとしました。この選択は異論もあるかもしれませんが、既存のCodeを最大限利用するという制限から決めました。

 ということでSi5351の実装について見てみましょう。





Si5351をシールドケースに実装する


 安価な支那製モジュールをジャンクのアルミくりぬきケースに詰め込んでみました。リレーを使った-50dBのATTも写真右半分に詰め込んであります。このモジュールは後で基準信号の25MHzの内蔵Xtalを取っ払って、外部からOCXOの25.6MHzの安定化された信号を入力できるようにSMA端子も有して居ます。





AD9952用AMPとATTの様


 これは一方のAD9952モジュールを内蔵し、-50dBのATT/Through/20dBのAMP(μPC1654)を内蔵した基台です。あとからこれに壁を建ててシールドするためのモノです。
 





F特性


 これは青線がThroughで黄線がAMP有の様子です。スパンは200MHzですが、これ以上の周波数は、私はあまり使わないので、空中配線のATTを考えると、こんなものでも十分だと考えました。

 ということで、AD9952DDSモジュールを基台に固定して、更に壁を立ててシールドを画策します。実際には上面も銅板をかぶせて完璧を期すことにします。





AD9952DDSをケースに収容



 このシールドボックスに収容した状態で元の制御部に接続して、動作を確認しています。





動作確認


 さて、発振部のシールドができたので、これらをケースに収容していきます。しかしここで、ふと考え込んでしまいました。最初はSGらしく、それなりの形をした測定器ケースを求めようかと思ったのですが、今日日、市販のケースを買うとなると、けっこうな出費になります。ちょっとしたものでも諭吉君が飛んでいってしまいます。なので、コンパクトなケースにとどめてしまえと方向転換をします。





ケース内レイアウトと内部構造の検討


 上図に示すように、安価な蓋つきシャーシーを使って、それも、当初から必須な部分と、拡張して機能向上させる部分を分けて、まずは当初SGを構成するうえでの最小部分を作ってしまえ・・・あとの拡張は気分が乗ったときでいいや・・・と考えました。

 追加部分は電源とOCXO、400MHzあたりのAD9952DDSクロック生成回路、場合に寄ったらピュアな電源としての電池パック等を想定してあります。これらを二階建てで蓋つきケースを結合しようと思っていました。

 上部の蓋つきシャーシには、AD9952DDS,Si5351PLL、KBD、TFT-LCD、RE、同軸ATT(2台)と、SGとして必須な部分を収容することを考えました。

 



モジュールとATTの位置決め




えいやっと配置


 こんな感じに主要パーツを配置して、必要な配線をします。元はバラック基板に配線してあったモジュールの配線を再構築するだけなので、あまり面倒なことはありません。





最終の外形


 内部配線を終了して、前面の操作、表示関係の文字入れを終了してSG必須部分を完成させることができました。





2トーン波形


 最後に、この2CHのSGの波形を見ておきます。2kHz離れのRF 2-toneを発生させてみました。左がSi5351、右がAD9952のスペクトラムです。IMDの発生も少ないので良好なテスト信号源になると思われます。HP8657だと近傍ノイズ特性が醜いので10kHzは話さないと気分がよくありませんでしたが、これだと音声帯域幅のRF2-toneを生成できるので、この点はご満悦です。測らずも両者のスペクトラムの違いも明らかになりました。

 一応、RX感度も測ってみましたが、事前の検討通り、全く問題なく測ることができました。

 と、ここまでくれば、棚に収容して運用に入るわけですが、作ってから数か月経って、かなりの出動機会を得ています。使い物にはなっているようで良かった良かった(笑)。