アップコンバージョン真空管TRXの局部発振回路 A  



 DDS3連荘の実験用ボードです。まずは、少し進み具合を示しておきたいと思いますが、
 
「とりあえず、RXを評価するためのローカル系統を準備すること」
 
 に注力することにしました。最終系に向けて一気に進めるとなると、いろいろ細かいプログラミングやフィルタリングで、けっこう時間がかかってしまうものです。まずは、
 
「真空管とDDSを用いたUPコンバージョンTRXが成立し得るか?」
 
 を早めに見通さないと、大きな手戻りが発生する可能性があり、これはなんとしても避けたいところだからです。ということで、以下の方針でDDSローカル第一ステップを作ることにします。
 
(1)TRX共通ローカルはAD995xを用いたOlimex基板のモジュールを用いる。
(2)TXのアップコンバーティングローカルはAD9851を用いて、逓倍する。
(3)BFOはAD9850で構成する。
(4)各DDSへ供給するクロックはVCXO-PLLをT(O)CXOでロックした400MHz帯のモジュール(昔スペアナを画策していたときのもの)を仮に用いる。
(5)制御部は40ピンAVRを使って、各種入力を受けてDDS3台制御し、LCDモジュールに表示する。(当面はバンドSWとスタンバイSWの入力のみ受付)
(6)まずは、ブレッドボード上に仮配置して、ノイズやスプリアスの様子をRXに接続して確認できるようにする。
 
 という構想で臨むことにしました。上記の各項目はそれぞれ理由があるのですが、追って記述していくことにします。まずは、全体を俯瞰してみます。

 


DDS制御部 全体写真

かなり大掛かりな構成になりそう。
左上のDDSモジュールは使わない。左下のBPFは仮の受信LO評価用。


 
 この図はローカル全体の仮組みで、RXの評価ができるようになるまで使用しようと思っています。RXが問題なければ、TXにおいては気をつけるのは、スペアナで「見える」スプリアスだけですので、こちらの対処は比較的難し くありません。問題はDDSを使うときはいつでも気にしないといけない「IFやRFに落ち込むDDSスプリアス」でスペアナ管面に見えないレベルの奴なん です。そんな微小レベルでも、RXにしてみたら、十分過大なスプリアス応答に成り果てますので、本当に注意が必要です。これらを確認しないで、一気にロー カルを作りこむと、悲劇を回避できないこともあるでしょう。
 
 実際にはAD995Xは14ビット幅のD/Aと400MHzのクロッ ク帯域を持っていますので、ローカルのスプリアスとしては、たかだか10ビットのAD985Xに比べて格段に有利です。昔はウェルパインのDDSで逓倍し ながら8バンド機を作ったことがありましたが、ハムバンド専用だったから、なんとか成立しました(今から考えると、殆ど「蛮行」に近い)。これを AD995Xを使えば、ある程度ジェネカバ機をアップコンバージョンでも成立させることが出来ます。しかし、このときとはIF関係が異なるので、今回も大丈夫かどうかはある意味「でたとこ勝負」になります。この勝負をなるべく早い段階で見極めなければならないという事になります。
 
 DDSのスプリアスを減じるには、D/Aの分解能を増やす、クロック に比べて十分低い周波数生成に限る、フィルタリングを厳重にするのが有効ですが、肝心のクロック純度もかなり重要な要素です。香港DDSに搭載のPLLも どきのクロックでは、いやしくも「無線機」には使う気が起きません。ということで、AD995Xをマトモに持ってる能力を引き出すにはXtal OSCに 順ずる純度が必要になると思います。そういう意味から、前回、外部ローカルをDDSで作ったときはVCXOを400MHz帯でPLLロックしたものを用いて好結果を得ました。今回も同じような構成にしようとは思っていますが、まずはアリモノを流用するということで、昔の自作スペアナ(未完)の残骸を当面 使っていくことにします。(もしかしたら最後までこれで押し切るかもしれませんが、それには「ある条件」を克服しないといけません。それについては後述し ます。)




400MHz帯クロック発生部

 さて、このクロック源ですが、下の写真のとお りです。400MHz帯ということを勘案すれば十分きれいなスペクトラムですが、以前はもっときれいだったような気がしますので、これから、少しずつ見ていくことにします。DDSの生成信号はクロックを分周した 形になるので、クロックのサイドバンドノイズは(DDS生成周波数/クロック周波数)が小さくなると、それに比例して減少します。ですから、実際の使用周波数帯(9〜60MHz帯)ではなんの心配もありません。
 
仮クロックのスペクトラム  
CF:403.05MHz

BW:5kHz

RBW:10Hz
CF:403.05MHz

BW:500kHz

RBW:100Hz
CF:403.05MHz

BW:5MHz

RBW:3kHz

 
 このクロックはたまたまPLLが10kHzのリファレンスで構成して あり、オクで仕入れた身元不明のVCXOユニットを流用している関係で、DDSの位相データが整数の場合は、キリのいいDDS生成周波数(たとえば、 1Hzとか10Hzステップとかの)にはなりません。したがって、このまま、ロータリーエンコーダを廻してアップダウンさせるには一工夫が要ります。ただ、今回はRXのノイズ、スプリアス特性を見ることを主眼とするために、このようなキリの良くない周波数生成でも可としたいと思います。このへんの事情についてはここをご参照ください。
 
 
 次は制御回路です。これを以下に示します。
 




DDS制御部

本体実装時は液晶はソケットからはずしてマウント予定

 
 このユニットは
・LCD表示(16文字×2段)小型の白抜き文字
・ロータリーエンコーダ(A,B相)の入力
・バンド切り替えSWの入力
・スタンバイSW入力
・周波数ステップ(FINE-CORSE)入力
・3系統のDDS制御出力
 
 を有して、それらの状態に応じたDDS制御を行う部分です。
 
 制御端子は当座は十分余裕のある本数を用意しようと思って、AVRは 秋月で安いATmega164Pを使うことにしました。なんせ350円です。これは昔よく使ったPIC16F877と同じレベル(FLASHは2倍ありますが)のものと理解しています。 制御端子は32本あるので、上記の制御端子数を余裕でカバーできると思っていました。ところが、これが誤算続きで最終的には「ぎりぎり」の本数になってし まっています。
 
 


DDS制御部 構成図
 
 
 まず、第一の誤算がバンド切り替え入力です。5バンドが必要なので、 8to3エンコーダをハード的に作るほうが、制御本数、ソフトともに楽になるのですが、作ることのほうが面倒だったので、直接5本入力と安易な道を選びま した。ところが、あるポート番号の4本だけが入力も出力も言うことを聞かないのです。その他のポートは素直にプログラムできるのに、ここだけウンともスン とも言わない。チップを換えても状況は変わりません。変だなぁと思いながら、他のポートにつなぎかえています。これで4ビット分の損失です。
 
 この顛末はLAOさんの掲示版に「Regファイルの不全かなぁ?」とつぶやいたのですが、ある程度のところまでは早く作りこみたい思いが強く、BASCOMのバージョンを最新化するとかの根本治療は避けていました。この顛末については後で(笑)。(実はあっけなく解決したのですが
 
 次の誤算がDDS制御線の複合化です。3台のDDSを動かすとは言っても、データ線とクロック線は3台のDDSで共通でいいのじゃないかと、最初は考えていました。さすがにStrobe(FQ_UD)とReset信号は分 離しないとまずかろうとは分かっていましたが。実際そのように共通化データ、制御クロック線で制御してみると、順次DDSを制御していくと、制御信号を送 り終わったDDSが誤動作を始めます。というか周波数生成されなくなります。最後に制御したDDSのみ生きるという感じになるのです。 995x→9851→9850の順で制御すると、最初の995x、9851は出力が出なくなります。データシート上はStrobe(FQ_UD)でデータ を確定しなければ、DDSはデータを取り込まないと、勝手に解釈していましたが、どうもそうではなさそうで、データは取り込まないかも知れませんが、変な 動作は行います(笑)。
 
 という顛末を経て、データ、制御クロック、 Strobe(FQ_UD)、Resetの4本×3組の12本もの制御信号線が必要になっちまいました。このダメージは大きく、余裕しゃくしゃくだった ポート数がギリギリになり、ISP用の3ポートも取り崩してなんとか収容できました・・・・という体たらくです。これ以上、トラブルがおきたら、もう、あ とは、バンドSWに8to3エンコーダを外付けして、2ビット浮かすか。。。くらいまで追い詰められてしまいました(笑)。
 
 

<受信系ローカル発振器> 【2012.2.4】

 さて、これから、真空管TRXのローカル発振器としてDDSが適応可能かどうか検討していきましょう。最初に受信系をやっつけることにします。というのも、受信ローカルができれば、TX側はできたも同然だからです。

 まずは前回に続いて、クロックの分配、分周器を見ていきましょう。 403MHzのクロックがあったので、これをAD995xのクロックに転用しようと考えたため、AD95x用にはもっと低い周波数のクロックが必要にな ります。この場合、以前にやったようにスクラッチで、生成周波数がきりのいい419.4304MHzを、逓倍で作っていくなら、その中間段階で分岐すれば、こんな不細工な分周回路なんて不要になります。今は、1/4の分周を行って、AD985xには 100MHz近辺のクロックを供給することにします。
 




こんなかんじのクロック系統図



クロック系統


 上図に示したとおり、分周にはイニシエのプリスケーラのμPB582Cというのを使いまし た。2.2GHzが最大周波数ですが、なんせ大飯食らいです。いまどき、こんなプリスケーラを使うのも気が引けますが、本用途にちょうどいいのと、大量に保有しているので、ジャンク箱の肥やしから少しでも救ってあげることにしました。分周の後は、LPF、増幅、LPFと続いてDDSをドライブできるレベルにします。このユニットのクロックスペクトラムを以下に示します。分周によって位相雑音が低減されているのが分かります。

100MHz帯クロックのスペクトラム   
CF:100.76MHz

BW:5kHz

RBW:10Hz
CF:100.76MHz

BW:500kHz

RBW:100Hz
CF:100.76MHz

BW:5MHz

RBW:3kHz
 


 次に、送信、受信兼用のDDSローカルを示します。ここがメインチューニング用のDDSとなるわけで、14ビットDACで400MHzクロックが供給可能なAD951を使います。真空管UPC機のミクサー達は、いまのところカソードインジェクショ ンのバランスドミクサーを多用しようと思っています。この場合、カソード抵抗は500〜1kΩ近辺になっているので、このあたりの負荷をドライブできれば いいことになります。太古の昔のカソードインジェクションのミクサー回路を見てみると、プレート同調回路から小容量のCで結合したもの(これはさすがに酷すぎ)もあったりですが、良心的な設計では、カソードフォロワーで結合するのが「常識手」だった気がします。というところで、下図のように、DDS出力を帯域制限しながら、増幅していくことになります。


 

送信/受信ローカルの系統図



改めてAD9951DDSモジュール

 今回のTRXでは信号伝送系以外は、TRをバンバン使っていますので、ここでも、低インピーダンスのアンプを使ってみます。DDSの出力は、例によってバンド毎のBPFをDWMフィルタで構成します。これも、送信受信で なんと10本もの急峻なフィルタを用意するので、けっこうな規模になりますね。DDSを使うので信号純度はいいのですが、このフィルタリングという純アナ ログ回路でスプリアス応答が決まってしまうので、難儀な話ではあります。DWMフィルタは、どちらかというと帯域外減衰特性重視で挿入損失は目をつぶるつ もりです。今回は、たまたま実験用の50、14、21MHzの4ポールのフィルタがあったので、下図のようなBPFを、中心周波数が59、23、12.5MHzに再チューン して、受信用ローカルのフィルタとして仮に利用しています。それぞれ、50、14、3.5MHz用を想定しています。正式に筐体に実装するときは、これより急峻な、ちゃんとしたDWMフィルタを作らなければなりませ ん。
 



クロック系統の様子実験用の帯域制限BPF

もともとは実験用の50、21、14MHz用のものだが、中心周波数を
チューンして、59、30、12.5MHzに再調整して、DDSの雑音抑圧の実験に用いた




受信ローカルアンプの様子
 
 そのあとは、上図に示すごとく、定番のμPC1677Cで19dB増幅したあと、カソード ドライブができる振幅まで謎TRのパワーアンプで持ち上げて、簡単なLPFをかませて終わりです。ここまででも結構な構成になってしまうものですね。回路が筐体に収まるのやら?らく心配になってきました。uPC1677と謎TRの間にはインピーダンス整合を兼ねたATTが挿入してあります が、これらを調整することで、1W近いLocal出力を得ることも可能です。こうなると、もう、QRPな送信機の分類になってしまいます。必要に応じてこれらのATTを加減して、真空管ミクサーへの最適ドライブを考えていくことになります。この回路で、受信時のスペクトラムをみていくことにします。クロックは403MHzのこれを使っています。

 
50MHz用RXローカルのスペクトラム   
CF:59.2MHz

BW:5kHz

RBW:10Hz
CF:59.2MHz

BW:500kHz

RBW:100Hz
CF:59.2MHz

BW:5MHz

RBW:3kHz
CF:59.2MHz

BW:100MHz

RBW:3kHz
 
 
 これを見てわかるとおり、帯域内のスパン5kHzの写真からは、ほぼ 完璧なスペクトラムが得られています。帯域を広げるとすこしのスプリアスも見えますが、一つには4ポールのBPFが少しブロードなことが挙げられます。こ こを「最終系」に想定しているDWMフィルタで構成すれば、殆ど問題なくなるのではと考えます。文句が出たら、ノッチでも入れて管面のスプリアスを殺して しまう気でいます。
 

 次にBFOを見てみます。これにはいつに無く細かな神経を 使いました。なにぶん、DDSのD/Aのビット幅が10ビットですので、不要なスプリアスも多く生成されます。これも帯域内外のスプリアスの撲滅をしておかないと、辛酸をなめる羽目に陥ります。今までには、DDSを使う場合、後置するアンチエイリアスフィルタには、いきなり使用帯域のBPFをかます構成で使ってきました。その殆どがLCフィルタで、比較的ブロードな特性です。今回、BFOという用途を考える場合、+/-1.5kHzの2波を生成すれ ばいいので、もっと急峻なフィルタが使えないかと考えていました。というのも、IFのクリスタルフィルタと同じ中心周波数(9MHz)のクリスタルを何個か所有していたからです。こいつでラダーフィルタを作って一気にスプリアス抑圧と行ってみますか。



DDS-BFOの構成

 

DDS-BFOの外観


 上図のDDSの右下にジグザグ状に見えるのがクリスタルを上向きに配置したラダーフィルターです。そのあとに2SK241のアンプと2poleの帯域制限回路が続きます。クリスタルはサトー電気で@280円で購入したものですが、直並列共振周波数を測って見ると、その差分が20KHz程度あります。これなら、+/-2kHzくらいの帯域のラダーフィルタは難なく作れるなぁと思っていたからです。この様子を以下に示します。

 


クリスタルの直列−並列狂信周波数特性

 
 これで、電極間容量を測ると4.9PFでしたので、C=25PF、 2C=50PFでほぼ所要の帯域のラダーフィルタができました。インピーダンスは700Ω近辺です。これを以下に示します。まぁ、あまりまじめにチューン する気が無いので、ちょっと「ひしゃげて」いますが、音声信号を通すわけではないので、こんなもので手打ちをします。帯域を見ると、4kHzくらいあるの で、別途IF用に確保してあった広めのXFに使う9MHz+/-1.8kHzのBFOとしても使用できそうです。

 


BFOフィルタの特性
 
 
 このような厳重なフィルタをかましたAD985xのスプリアスを以下に示します。一応、見えるものは撲滅したつもりなのですが、RX帯域にどんな微小レベルのスプリアスがあるかは「やってみないとわからない」「でたとこ勝負」です。うまく避けられるといいのですが。

 
BFOのスペクトラム   
CF:9.0015MHz

BW:5kHz

RBW:10Hz
CF:9.0015MHz

BW:100kHz

RBW:100Hz
 
 
 上の図をみると、10ビットDACにしては帯域内はスプリアスがまったくありません。けっこうな特性です。BWを100kHzにすると、少々見えてきますが、心配するほどのレベルではありません。

 一応、これで、受信サイドを評価するには十分なローカルを用意することができました。あとは、TX専用のアップコンバーティングローカルですが、これについては、飽きてきたので次回にUPしましょう。
 
 

AD9851DDSを用いたアップコンバーティングローカル
(なんだか印象もコントラストも「薄い」なぁ)


<LED表示回路> 【2012.3.23】

 ちょっと表示回路を変更しました。実は、液晶表示回路で進めようと思っていたのですが、どうも反応速度が遅く、あまりうれしくありません。高速回転のロータ リーエンコーダだと取りこぼしが大きくなってしまいます。また、いかに白抜き表示でバックライトがあるといっても、液晶の文字は見づらく、おじさん(?) にはつらいものがあります。やっぱり自己発光型のLEDのほうがいいやと思い始めたら、もう液晶には見向きもせずに、LED表示モジュールを作り始めました。




LED表示部




ディスプレイ裏面(配線面)

スパゲッティ然としています。


 上図はディスプレイ回路の外観です。別にどおってことはないのですが、けっこうコンパクトに作ったので、配線がめちゃめちゃ混んでしまった様子 を笑っていただければ。。。という以外、見所はありません(大笑)。あとは、使った小型のLEDの足間隔が2mmだったので、インチルールの基板に押し込むには、足を広げる必要があって苦慮しました(笑)。ICのソケットが2個ほど余っていますが、こいつは、ある機能も入れ込もうと欲張ったのですが、後で必要なくなったので放置プレイになっています。




LED表示部のブロックダイアグラム


 上図はブロックダイヤグラムで、表示は7桁にしています。もともと、1HzステップでREをまわす気がないので、10Hzまでの7桁で十分だろうとの判断です。というか、実は、小型のLEDを使ったのですが、既存のTRX筐体の表示エリアを多くとることができずに、7桁が丁度いいバランスだったためです。

 ブロック図はほとんど回路図と同じですが、簡単に説明します。ポートAの8ビットでAtmega164Pとインターフェースしています。下位4 ビットで一桁分のBCDデータを表します。上位の3ビットがアドレスデコード用データで、PORTA.4がラッチパルス生成用ビットです。このようにする と、1バイトでアドレスとラッチとデータを含んだデータができますよね。

 プログラム的には簡単です。まずは、表示すべき周波数データ(整数)を文字データに変換して、その7桁分の文字を1桁毎に抽出して配列に入れま す。それができたら、その配列を読み出して、PORTAの下位4ビット+アドレス値のデータを作って、出力して、あとはラッチパルス(PORTA.4)を加 えて一桁のラッチが完了します。これをアドレスとデータを変えて7桁分ラッチすれば終わりになります。



書き込みパルスの例

7桁分書き込むのに824μSかかっている
連続的な書き込みを行い測定した


 今回は、DDSに送り込む位相データは、2のべき乗×整数というきれいな関係にはない実周波数(実数データ)を扱っています。その周波数データか らLEDの表示データに変換するために、ちょっと面倒なロジックを組んでしまったので、表示速度が心配になりました。ただ、これができると、DDS基準クロックの周波数の選択の自由度が飛躍的に増します。2^26=67.108864MHzを貴重品扱いする必要なんかどこにも無くなりますね(笑)。結果的には、途中で変えるかもしれないと思っていたクロックモジュールはそのまま使い続けることになりそうです。

 
さて、あまり最適なプログラムとはいえないのですが、上図から7桁分の一回の表示に824μSほどかかっていることがわかります。これとDDSへの周波数データの出力時間を合わせて、2mS以内であれば、500p/rのロータリーエンコーダを1秒で一回転させても表示落ちが無いことになりますね。まぁ、これは余裕で実現できたことになります。

 周波数 データはDDSに送られたものがそのまま表示されますので、表示と実際のDDS周波数が異なることはありません。もちろん、ここに書いたように、ロータリーエンコーダを回すに従って周波数打切り誤差が累積することもありません。ロータリーエンコーダをまわして周波数が変わる感覚も自然ですので、こんなもので手打ちとすることにしました。

 思い起こせば、昔の機器は、元になるデータは、DDSへの位相データそのもので、REからのパルスがくると、それから一定な位相差分を加減算して周波数生成 していました。表示は、REパルスが来る毎に、これもあらかじめバンドSWで設定した値をベースに、インクリ・デクリ動作を行っていました。周波数生成と表示の動作は一体なので、なんら問題(ずれとか) は起きないし、なんせ高速動作だったのでお気に入りでした。ただ、この場合PICのコンパイラが貧弱だったので、今のような、実周波数を実数データで処理 なんてできるはずもなく、DDSの位相データは整数になるように、DDSクロック周波数が制限されたのでした。そのため、PIC習熟の必要もあり、40 ビット位相データの加減算ルーチンまで自作したり(BASICなのに加減算後のキャリー/ボローフラグなんか見ていた始末)もしましたが、今から 思えば懐かしい話です。さしずめ、今ならなんでもできるBASCOM万歳というところでしょうか。(最近はPICのBASICコンパイラもよくなっているのでしょ うが・・・・いじってないので分かりません)

下の写真をクリックすると、動作している動画に飛びます。動画の前半はREを回転に追随する様子、後半はバンドSWを切り替えている様子です。




動作説明 

上記画像をダブルクリックしてください。YouTubeに飛びます。
凾e=25Hzで500p/rのロータリーエンコーダをビュンビュンまわしています。


<アップコンバージョン用TXローカル> 【2012.4.9】

 懸案になっていたTX用のアップコンバージョンに必要なローカルをなんとかしないといけません。最初は簡単のDDSの逓倍でOKかな?とタカを括っていたのですが、どうしてどうして、結構な難物でした。これからお見せする構成ではベストではありません。構成の大掛かりなわりには、特性は良くなく、こんなことならAD995xモジュールで組んでしまおうかとも考えましたが、思いとどまりました。一応、残りの3個の995Xモジュールの使い道は決めてあって、これが足りなくなったら、またOlimexに基板を発注する元気は出てこないだろうからです(笑)。(まぁ、必要に迫られればわかりませんが、今のところ、根性がありません(笑))。

 最初は香港DDSモジュールのうちAD9851が乗っかったモジュールの出力を逓倍しようと思っていたのですが、これがことのほかスペクトラムが汚くて早々にあきらめてしまいました。その後、DDSではなく小数点分周のPLLで組もうかと思い、実験回路を殆どくみ上げたのですが、またもやふらふらDDSに戻ってきました。というのは、いままで、TRを使って3逓倍で動作させていたのですが、これを発生スプリアスの少ないパッシブダブラーに置換し(もちろん発信周波数も変更)、また、DDSも比較的スプリアスの少ない香港モジュールAに変えたらどうだろうと思ったからです。




復活したアップコンバージョンローカル用DDS


 ということで、まずはオリジナルのアップコンバーティング用DDSを上記のようにもってきました。クロックソースは外部に求め、内臓のものは剥ぎ取ってあります。なお、青い基板の9851のモジュールはチップ型のクロックモジュールなので、基板から剥ぎ取るのに結構手間が掛かります。そういう意味でも上記のモジュールのほうが使いやすいと思います。上記のモジュールのクロックはクロック端子をVCC/2に吊っており、AC結合で供給しています。

 さて、全体の構成ですが、ざっくりと下のような構成になります。いつものことですが、構成が大げさで難儀なことです。AD995xモジュールを使えば、付加回路は下図のμPC1677cの前のBPF以降「だけ」(図の下段の構成)で済むのに・・・・てなことになります。





アップコンバージョンローカル用DDS回路の全体構成


 まず、AD0850DDSの出力はいきなり発振周波数がFoのDWMさんフィルタ(3poles)で帯域制限して、エイリアスその他の広帯域スプリアスを抑圧します。このモジュールにアンチエイリアスフィルタが入っていますが、これはまったくの用立たずなので、いきなり使う周波数のBPFをかますのが吉でしょう。そうしてダイオードダブラーが動作するレベルまでアンプっておきます。ダブラーの入力は7dBmくらいになっているはずです。これの出力を、またDWMさんフィルタでフィルタリングして、目的周波数を取り出します。あとはレベルアップのアンプとちょっとした2poleのBPFを通しておきます。ここまでをDDSモジュール近辺で組んでおき、真空管ミクサーをドライブできる大振幅レベル(10Vp-p)とかににアップするのはミクサーの近くにインピーダンス変換をかねたバッファーアンプを2SC1426で作りました。これは出力インピーダンスが50オームである必要はなく500Ωくらいの負荷をドライブできれないいので、エミッタ電流帰還の単純なアップになっています。電圧利得は9dB程度です。




アップコンバージョンローカルのダブラー回路


上図はDWMさんフィルタからダイオードダブラーまでを実装した様子です。基板がL型になっているのは次の写真のように実装したかったからで、特殊な意図があったわけではありません。




アップコンバージョンローカル用DDSにダブラーを組み込む



 この帯域制限回路+AMP+ダブラーをDDSに実装した様子は上の図です。





アップコンバージョンローカル回路全体


 んでもって、親亀の上には残りの小亀回路を載せています(笑)。本当は、DWMさんフィルタはμPC1677cの間に銅版でシールドを立てることで、発振防止をしつつ、2SC1426のバッファアンプまで組み込むつもりでした。しかし、コの字配置ではいかにシールドしても発振が怖かったのと、出力が500Ω近辺を想定しているので、長々と同軸を引っ張ってミクサーまで持って行くのもなんだかなぁ・・・ということで、ここはこの構成で済ますことにしました。この配置で結合は殆どないようです。シールド版も要りませんでした。




アップコンバージョンローカル用DDS回路(Doubler前)の広帯域スプリアス特性

Freq : 30.7275MHz  Span : 10MHz

上図は、この実験をアップしたあとLAOさんから質問のあったDDS出力です。DWMフィルタ、μPC1654を通過した出力です。まあ、スプリアスはけっこうありますが、-70dBCくらいなので、逓倍してもなんとか使えるモノになって欲しいという、微妙なレベルですね。




アップコンバージョンローカル用DDS回路の広帯域スプリアス特性

Freq : 61.455MHz  Span : 10MHz


 これは出力の61.455MHzの+/-5MHzのスプリアスです。一番大きいのが+/-1MHzくらいのところにあるー62dBとかのスプリアスですね。その他、けっこうなスプリアスを見ることができます。これがそのまま、ミクサーでTX-IF信号と混合・周波数変換されて、各バンドに落ちて行くとすると、結構やっかいな話になります。というのは、もし仮にこの回路が最終ローカルの場合、そのスプリアスが、そのままバンド毎のスプリアスに反映されてしまうからです。もっとも第N次の高調波は、バンド別のLCフィルタで簡単に抑圧できますが、上記のような+/-1MHzのスプリアスなんて、各バンドでは周波数が近接しているので、かなり抑圧するのは厳しいです。ですから、もし、このレベルまでしかスプリアスの抑圧ができないローカルなのであれば、TX用のオールバンドミクサー用ローカルとしては採用したくはありません。

 しかし、このTXアップコンバーティングローカルに使うとなれば話は別です。というのは、ミクサーの後にBW=20kHzくらいのハイフレ(←懐かしい!)クリスタルフィルタ(今は70.455MHzを想定している)で帯域制限します。これは100kHzも離れれば30-40dBは落とすことができるので、このフィルタの出力には、上記のローカルのスプリアスは十分抑圧されて出現しないことが予測できます。まぁ、やってみないとわかりませんが、万が一NGでも、PLLに換えるとかAD995xに換えるとか、手段は残っているので、行けるところまでこの構成で行ってみたいと思っています。余談ですが、このスプリアスの多さに驚いて、このアップコンバージョン用ローカルは、受信時にはDDS出力をOFFにしています。実際に受信時の悪影響を確認をしたわけではないのですが、なんとなく気持ちが悪いので(笑)。




アップコンバージョンローカル用DDS回路の狭帯域スプリアス特性

Span : 5kHz


 それよりなにより、DDSのいいところは帯域内のフェーズノイズが極めて少ないことです。上図は+/-2.5kHzの帯域のC/N的なものを見ていますが、パーフェクトです。これがあるから、帯域外のスプリアスが多くても、こんにゃろーとつぶす気になるのです(笑)。さて、そうは言っても、本当に最後までこのDDS+ダブラー+アンプのこの構成が生き残ってくれるでしょうか??乞うご期待です。


<DDS3連装ローカルを組む> 【2012.8.5】

 いやー、だいぶ間が空いてしまいました。でも、まったく何もやっていなかったわけではないのです。下駄板の上にはTXのミクサー、BM、フィルター類が散乱し、下駄板の下にはRX-IF、AFアンプ等がまとまり、その横には、DDSのローカル達が鎮座ましましていました。これで、ミクサーの動作や受信時のスプリアスやノイズの様子を見ていたのです。そうですね、3ヶ月以上はそうやっていたでしょうか?そのうちに、やっと全体が見通せるようになったので、これらを集約しようと思い始めました。まずは、ローカルからスタートです。

 最初、ローカルは、クロックとTRX用の9951DDSを背面に背負って、その他はなんとか本体に収容しようかなと思っていました。しかし、いろいろ考えて行くうちに、保守性の面、雑音の面から、DDSは総てTRXの筐体の外に追い出そうということに、考えが変わりました。もともと、こいつらをシールドしてもDDS出力に存在する、IFやRX帯域に落ちるスプリアスは除去できないので、あまりシールドには意味が無いでしょう。しかし、あくまで心情的なだけですが、DDSやAVRのコントローラが発生するノイズからRXを隔離したいと思ったのです。いっそのこと、ロータリーエンコーダやLEDディスプレイも別ケースにしちまうかとも考えましたが、やはりそこまで本体から追放すると、本体の造作が著しく間の抜けた感じになるので、ロータリーエンコーダと表示は本体に残すことにしました。それで、DDSのローカルは縁の下の力持ちよろしく、タカチのYM-400なる薄型ケースに総て実装してしまうことにしました。



DDS3連装ローカル


 これが、実装図です。YM-400の幅は本体と同じなので、本体の下に置くか、あるいは上にも置けるので、どちらにするかは、実際に置いてみて決めようと思います。今回、上の写真のうち新たに作ったのは左下のRX Lo BPFです(拡大図はこれ)。それ以外はどこかに登場しているモジュールです。

 このモジュールはTX時にはThrough状態になります。というのも、TX時は、ミクサー後にハムバンドの強力なBPFが挿入されるので、あまりローカルのスプリアスに関しては神経質になっていません。最終的に基本波に対して70dB程度にスプリアスを抑えればいいので、あまりローカルでがんばっても意味がありません。

 一方、受信時はこのBPFは大事な働きをします。アッパーコンバージョン(=上側局発であってアップコンバージョンではありません)なので、ローカルの下側9MHz離れは受信帯域となり、そこに落ちるDDSスプリアスやフェーズノイズをがっつり減衰させないといけません。これは、オールバンド・オールモードUPC機のところで散々書きましたので、しつこいですが、しっかり作らないといけません。なんせ、RXの感度は0.3μVrms以下というのに、ローカルの出力は10Vp-p以上にもなって、140〜150dBもの減衰量が要るからです。

 事前にバラックセット状態で、スプリアス受信は問題なし、フェーズノイズも問題ないことを確認していますが、油断はできません。レイアウトが変わることで、なにか起きるかもしれませんので(笑)。

 さて、まだ、上の写真は本体との結線はしていません。実はスタンドアローンで動くように細工をしてあります。

@スタンドアローン状態では本体と接続しなくても、バンドの代表周波数(電源オン時に表示される)をスポット的に生成するので、REは不要。
Aバンド切り替えにはロータリーSWを背面中央付近につけている。これからの制御線は、CPUとRX Lo BPFにコネクタ接続される。本体からの制御線はD-SUB(上面中央の白いコネクタ)から同じようにコネクタでCPUとRX Lo BPFにコネクタ接続換えをすることで、スタンドアローン動作と本体接続動作とを切り替える。
BTXON-OFFと周波数FIne/Coarse信号も同様にCPU基板のコネクタで切り替える。
C表示器は無くても、周波数生成は可能。CPU基板のコネクタで本体側接続と切り替えが可能である。

 という構成で、特に本体のREと表示器を使わなくても最低限の周波数生成はできるスタンドアローン型のローカルが出来ました。プログラムはまったくいじっていません。今後は、受信、送信系の最終形態をにらんで、実験を進める上で、強力なツールになるはずです。

 さて、閑話休題です。

 実は、昔、10Kタイプのボビンをサトー電気さんに注文したら支那製しかなくて、仕方なく仕入れたのですが、品質が気になって使うのをためらっていました。




支那と日本?の10K

 なんせ、上図右の列(支那製)のようにコイルをシールドケースにと押し込むと「ぷくー」と樽のように膨れるのです。余計な突起がついているのでしょうねぇ、まったく!日本製?のほう(左列)のほうはそれがないので、下の写真のようにBPFを作るために密着させる場合はかなり有利です。支那製はテクニックがないとインラインにすることが出来ません(大笑)。



RX Lo BPF

いやー、この製作には8時間も掛かりました。とっても面倒くさいですわ。

 ただ、ちょっとお褒めの言葉もかけておきましょう。下の写真は、ボビンですが右が支那製、左が日本製?です。よく見ると溝のエッジが落としてあるので、線を巻くときに支那製のほうが「スルリ」と溝に入ります。左のほうはそれがちょっと難点で、ぼーっと巻いていると、線が溝からはみ出して巻いちまった!てなポカをやることがあります(まぁよっぽどぼーっとしてる時のみですが:笑)。




ボビンの溝形状に注目


 肝心の特性ですが、いつものディップの特性で見ると、日本と支那の差はないようです。実は下図はディップの特性は表示Aが日本製?で、表示Bが支那製(コンデンサはいずれも日本製)なのですが、完全に重なって見えているので、まぁ、特性の方は「よし」としましょう。




並列共振回路のディップ特性


 最後に毒々しい色のセラコンを紹介します(昔、毒入りギョーザなんてあったなぁ)。これもサトー電気で「支那製」と銘打っていたのを買ったのですが、なんで、こんなものを買ったかというと、秋月で安くまとめ買いしていたセラコンはついに払底したらしいのです。もう、生産していないとのこと。100pFから在庫が切れたようですが、これからは下記のような代替品を探さないといけません。まぁ、特性的には日本製?と大きな差はなく、同調回路にも「一応は」使えそうです。



支那製セラコン(100pF)

 だんだん、自作の世界でも支那製品がのしてきていて、やりづらくなりますね。そういった製品を使うときには、必ず、事前に特性を見ておかないといけないなんて、本当に面倒ですね(苦笑)。


<Local BPFの増強> 【2012.12.22】

以前、受信部を弄っている時に、ローカルBPFのDDSのサイドバンドノイズが抑圧しきれていなくて、受信感度が劣化していたことを書きました。今回、追加のBPFをDDSの出力につけることにして、受信感度を確保することが出来ました。ここに書いてある、バラックで実験用BPFをつなぎ換えて得られた感度を実現する追加BPFモジュールができました。