アップコンバージョン真空管TRXの局部発振回路


 真空管アップコンバージョン機でキーとなるのは、やはりローカルでしょう。おまけに、RXはシングルコンバージョン、TXはアップコンバージョンなんていう酔狂な構成だと、ローカル回路が馬鹿になりません。もはや、VFOやVXOといったアナログ回路で組むのは、現状の組み込みスペースを考えると不可能です。というわけで、DDSの全面的採用になるわけです。以前に、TRXの全体回路構成を示しましたが、都合3つのローカル発振器とそのクロック、また、出力帯域制限回路、真空管ミクサーのドライバー回路と、けっこうな大作になることが予想されます。ただ、DDS自体はこれまでに、AD9850/9851/995xを扱ってきているので、ほとんど心配はしていません。力作業になるでしょう。なので、ローカルは後回しかなぁと思っていた矢先、ちょっとしたプレゼントが届きました。

香港からのAD9850/9851DDSモジュール


  【2011.12.8】 

 二ヶ月くらい前だったと思いますが、あちこちのサイトやブログで安いDDSがeBayに出品されているよ・・・・・という情報がありました。私も、eBayで何度か買い物をして、システムに慣れてきたので、ひとつ、冷やかしに発注してみることにしました。販売店の写真はこれです。




販売店の商品写真

 DDSが香港から到着するのに、今回は3週間かかりました。途中で心配になって、「まだ来ないぞ〜〜〜〜」とメールしたら、「今、香港の郵便事情は混んでいるので、一ヶ月待って、来なかったら、再度送るかrefundするよ」と返事が来たと思ったら、その翌日に届きました(笑)。前のMRF150のときは意外と早く到着したので、今回はちょっと遅さに心配しましたが、eBay protectionがあるので、安全性に関しては、日本のいかがわしい出品者よりも使い勝手はいいかもしれません。ところで、買ったときは約10ドル(780円以下)でしたが、今はちょっと値段が上がっているようですね。肝心の「モノ」については、人柱を買って出た感じになっていますが、実際はどんなものでしょう?
 
 あと、この製品、「日本にゃ送らないよ〜〜〜」と言ってる香港業者もあるようですが、どうしてなんでしょうかね?不思議なお店です。日本国がナイジェリアと同じ扱いかい(笑)?もしかして、日本じゃ、「安い」との情報で、eBay初心者(←私を含む)が飛びついて、関西オバチャンちっくな質問で困らせたとか(大笑)?んなこと無いか。

 


届いたAD9850モジュール


 
 まず、ぱっと見て、あれ?と思ったのはクリスタル発振モジュールのケースが写真のメタルパッケージから、プラモールドパッケージに変わっていることです。これって、大丈夫なのかなぁ?秋月に大量に出ているような、PLLで構成されたノイジーな発振モジュールじゃないよなぁ?と不安がよぎります。でも、そんな高尚(?)なモジュールは中国にあるんかいな?とも思い直したり(笑)。ということで、見てみたのが以下の写真です。

 
CLOCK AD9850モジュールのクロック
SPAN
50MHz



RBW
30kHz
SPAN
500kHz



RBW
10kHz

SPAN
5kHz



RBW
100Hz
 
 
 おっとっと、やっぱり思ったとおりですねぇ。PLLの汚いスペクトラムです。大はずれですね(笑)。スパン500kHzのあたりはすさまじい様相です。スプリアスもけっこうありますね。さーて、この落とし前はどうしてくれようか!!販売店の商品写真は冒頭の写真にあるとおり、クロックモジュールは純生のクリスタル発振モジュール(←PLLではない)ですから、こりゃ、商品写真と送られてきたものが違うとクレームをつけることができますねこれは正当なクレームです。送られてきたDDSモジュールのクロック特性の悪いことを正確に書いてやりました。なんせ、eBay protection  の存在は、香港のいかがわしい販売店には鬼門のはずなのです。以前にも、再生品ですが、新品といって売っていた業者から、MRF150を2本無料にさせたことがありました。今回は笑って済ませられる額ではありますが、一丁、遊んでやろうかと思いました。もともと、このDDSの基準クロックは、真空管アップコンバージョン機に使うときは外部から供給して、こんなちんけなユニットのクロックなんて使う気がなかったので、どうでもいいのですが。しかし、シメシをつけないと付け上がるの連中なので、また少し懲らしめてやることにしました(笑)。


 んで、返事ですが、Xドル返金するから許してくれというものでした。ここで納めてもいいのですが、もう少し懲らしめることにしまして、1台あたりXドルで締めて2Xドルだ!その代わり、誠実な対応ということで、いいスコアにしてやるよと返したら、商談が成立しました。9850のモジュールは2台で22ドルくらいですから、ほぼ一台分の値段で2台買えてしまったことになります。どうせ、私の場合、こんなチンケなクリスタル発振器は、先に書いたとおり最初から使う気は無いので、値引きができてラッキーといったところです(大笑)。

 
 

届いたAD9850モジュールのクローズアップ


 

さて、↑の図はDDSチップのクローズアップです。 しかし、ちょっとびっくりの点があります。肝心のDDSチップのマウント跡が汚いのです。リフローで半田付けされていないような、いわば手付けのような汚さなのです。彼の国では農村出身工場労働者の人件費はタダ同然(最近はインフレで上昇気味らしいですが、円高の日本から見たら・・・)ですから、もしかすると本当に手付けをしているのかもしれません(大笑)。まさか、ラインで流れて不良ではじかれたモジュールをチップ交換したので、安く流通してるっていうのかしら?そうでも考えないと、この品質の悪さと値段は納得ができません。素人の私でさえ、こんな感想を持つのですから、プロさんから見たら、「トンデモナイ」製品なのでしょうね(大笑)。



AD9850モジュール-2

 実は、販売店の写真を見てもそれと同じものが送られてこない事があるという「学習」をしたので、↑のようなモジュールも2個購入してみました。これなら、純生のクリスタル(?)が載っていると期待しているのですが、なにはともあれ、到着してからのお楽しみです(大笑)。

 


受け入れ検査&試験用セットアップ
 
 ただし、アマチュアが、割り切って使うには、それなりに使えるのじゃないかと思います。試用結果がよければ、このあとも大量に使うかもしれないと思ったので、「受け入れ検査」をするための実験系(上図)を作りました。なんせ、800〜900円かそこらの部品で任意のクリスタルレベルの純度の発振ソース(←クロックの件は置いておきますが(笑))が手に入るとなれば、かなり有用なモジュールであることは否定できません。私がいかにチャイナ嫌いと言えども、趣味で使う分には、「安いモジュール」と割り切って使おうかと思っています(笑)。
 
 回路図を↓に示しますが、よく見てみましょう。備忘のためなので、あちこちに転がっている回路図と同じですが、すぐアクセスできるように置いておきます。
 


回路図

実物と付き合わせるとJ5のD7とGNDが逆なのが判ります


 ざっとみたところ、電源レギュレータが未搭載なのと、出力にLPFが入っているのに気がつきます。ローカルレギュレータは必須ですね。オーバークロックをさせるときはダイレクト出力端を使えばいいでしょう。AD9850はクロック周波数MAXが120MHzとなっていますが、180MHzくらいまでなら普通に動きます。実際、私のUPコンバージョンTRXのPLLのリファレンスにも、AD9850がオーバークロック(167.77216MHz)で何の問題もなく動いています。その他は、アナデバのマニュアルを対比させて見れば、何をしたいのかは簡単にわかります。たとえば、回路図中のJ1〜J4ですが、アナデバのマニュアルを参照すると、
 
J1:D2,D1,D0はパラレルモードからシリアルモードに移行させるとき(イニシャライズ時)、0,1,1とセットするので、シリアルモード時はショートしておく。
J2:出力波形を整形するコンパレータの反転入力端子にスレショルドを与える端子。コンパレータ出力(矩形波)が必要ならショート。サイン波だけならオープン。
J3:出力電流制限のためにRをつければ電流減少。通常はショートでいい。
J4:帯域制限なしの出力端子。DC丸出し(帯域制限のあるWAVE1も同じ)なので、ショートに注意のこと。4:1の伝送線路トランスの直付けはNG。
 
 となります。これも今後の備忘のために書いておきました。
 
 おっと忘れてました。下は同じ店から落札したAD9851のモジュールです。これは、販売店の写真と実物が相違無かったので、難癖をつけてrefund要求するよいう荒業は使えませんでした。残念です(大笑)。



 
AD9851モジュール


 このクリスタルは残念ながら(?)普通の30MHzのもののようです(大笑)。

 さて、以下にスペクトラムを示しておきます。
 
 
AD9850 F=10MHz F=40MHz
SPAN
1kHz


RBW
10Hz
SPAN
5kHz



RBW
30Hz
SPAN
500kHz



RBW
10kHz
SPAN
5MHz



RBW
30kHz
SPAN
100MHz
(CF=
10MHz)



SPAN
50MHz
(CF=
40MHz
)
 
AD9850のスペクトラム
<10MHz>
・SPAN=1kHz時はひどいように見えるが、これはアナログVFOよりはるかに純度が高い。スプリアスは聞こえないと思う。クロックジッター起因のノイズが低いのが不思議
・SPAN=5kHz時は、もしこの帯域でこのレベルなら十分にSSB用として使えると思う。クロックジッター起因ノイズも意外と低い。
・SPAN=500kHz時はクロックジッターの影響をもろに受ける。うーん、TX用としては使用不可でしょうさらにIFが455kHzとかだと、受信帯域にクロックジッター起因ノイズが盛大に落ち込んで感度が出ないと思われる。
・SPAN=5MHzになると、あまり劣化がないように見えるが、ノイズフロアは高いのじゃないかと推定。
・SPAN=50MHzだとクロックジッター起因ノイズの影響は見えない。スプリアスは最大で-52dBなのでこんなものか?

<40MHz>
 レベルは7〜8dB下がるのと、高速動作による位相ノイズの増加で、C/Nの劣化が見られる。トータルでは10MHz時に比べて10〜20dBmpC/N劣化か?まぁ、この周波数では使わないほうがいいかもしれません。

 この実験系というか、このモジュールがアースがあまり強くなさそうなので、必要以上にノイズが多いかもしれません。適切な処理でC/Nを改善することは可能じゃないかと思いました。
 

AD9851 F=10MHz F=50MHz
SPAN
1kHz


RBW
10Hz
SPAN
5kHz


RBW
30Hz
SPAN
500kHz



RBW
10kHz
SPAN
5MHz



RBW
30kHz
SPAN
100MHz
(CF=
10MHz)



SPAN
50MHz
(CF=
50MHz)

AD9851のスペクトラム

<10MHz>
・SPAN=1kHz時はひどいように見えるが、9850よりかなり良好。クロックを6逓倍しても、このレベルなら問題ないのでは?
・SPAN=5kHz時は、もしこの帯域でこのレベルなら十分にSSB用として使えると思う。スプリアスが少し多くて、気持ち悪いが、聞こえません。PWZ的には嫌いなスプリアスですが。
・SPAN=500kHz時はまともそう。RBWを下げてもっとよく観ればよかったと反省。
・SPAN=5MHzになると、あまり問題なし。
・SPAN=50MHzだと問題なさそう。スプリアスは最大で-52dBなのでこんなものか?

<50MHz>
レベルは4〜5dB下がるのと、高速動作による位相ノイズの増加で、C/Nの劣化が見られる。トータルでは10MHz時に比べて10〜20dBmpC/N劣化か?まぁ、この周波数では私は使いません。

AD0850と同じように、この実験系というか、このモジュールがアースがあまり強くなさそうなので、必要以上にノイズが多いかもしれません。適切な処理でC/Nを改善することは可能ではないかと思いました。


 次に発振強度のF特性を見てみましょう。以下の図はDDS出力のF特性です。クロックは9851が30MHz×6の180MHz、9850は125MHzで基板に載ってるやつそのままです。



DDSの生成周波数特性

 なんだか測定ミスかなぁ?と疑いましたが、そうでも無いようで、高域はだらだらとだらしなく落ちていきます。AD9850の場合、無理して60MHzまで発振させてみましたが、30dBも減衰しても発振はしているようです。測定用の負荷が重いのかと思って、500Ωプローブを使って測ってもみましたが、傾向は一緒でした。

 実は、LPFの入っていないJ4端子をざっと観てみると、AD9850モジュールで10MHzと60MHzでは、DDS出力は-3dBの差しか無いようです。こうなると、ちょっとLPFがしっかり動作しているのかどうか不安になってきます。

 いずれにしても、スペクトラム波形をみると、双方のモジュール共に40MHzは使う気になりません。なんだか9851のほうが元気が無いような感じですね。時間があったらバラックで組んである9851のボードのF特性も測定して見ます。


 さて、DDSのコントロールですが、皆さんが実験するときは、割付ポートも何もかも私の条件とは違うと思うので、プログラム全体を晒してもほとんど意味がないでしょう。デッドコピーしかできない方は、親切なサイトのお世話になっていただきたく思います(笑)。

 DDSの制御に関しては、BASCOMにおいて、DDSを制御するときに使う便利な構文を示しておけば、それで十分でしょう。ロータリーエンコーダの回転方向検出やLCD表示は皆さんが工夫してください。
 
 周波数設定のためのデータを一発で送り出すことができるのは以前に、ここで書きました。ただし、このときは送り出しデータが整数を想定していました。ここでは、クロック周波数関係で、ちょっと工夫が要ります。周波数設定データ(FTW)、生成周波数(F)、クロック周波数(Fclock)との関係は以下のようです。

FTW=F×2^32/Fclock
 
 これより、Fclockを2の累乗×整数の形に設定できれば、周波数設定データFTWは整数に設定することが出来ます。この場合だと、あまり考えずに、ここでやったようにLong指定の10進数を送り出せば、自動的にバイナリー変換されてDDSに送られます。以下はクロックが2^26=67.108864MHzの場合です。





 Shiftout命令一発でDDSの位相データが設定できるわけですね。この場合、FTWもFreqもlong指定でOKです。ところが、Fclockが2^Nの整数倍から外れると、ちょっとひねる必要がありますね。下はクロックが125MHzの場合です。位相データFtw、周波数データFreqはいずれもSingle指定で実数です。Ftw_lがLong指定で、整数変換を行ったあとSiftoutしています。こんなことは常識かもしれませんが、備忘のために書き残しておきます。





 さて、以上は単発の周波数設定ですが、ロータリーエンコーダを動かすときはちょっと違います。今回のようにFclockが125MHzとか180MHzとかの、2の累乗とまったく関係ない場合はどうするかです。でも、ちょっと待ってください。

(案1) FTWが整数だとすると、ロータリーエンコーダーを廻して、FTWを累増(減)するときでも生成周波数に誤差は累積しませんが、これが、上記のような条件(クロックが2の累乗×整数)という条件ではない場合、単純にFTWをロータリーエンコーダのパルスに応じて累増(減)するだけでは、打ち切り誤差も累積してしまいます。たとえば、周波数ステップを10Hz(近辺)、クロックを125MHzとすると、最小周波数ステップは正確には0.02910383Hzになります。これだと、10Hzステップを期待しても10.01171752Hzになってバンド内を200kHzも動かすと、234Hzもずれます。(まぁたいしたことはありませんが)
 
 それを避けるために、
 
(案2)ロータリーエンコーダから1パルス出るごとに、Int変換を実行して出力すれば、誤差はほぼゼロになりますが、処理に時間がかかります。500パルス/回転とかのロータリーエンコーダで、ぎゅいーーんと廻すと処理は追いつかないかもしれません。まぁ、正確に追いつかなくても、変移量が減るだけで、大きな問題にはならないかもしれませんが。(こんなことは、処理量計算すればすぐにわかるのですけどね(笑))
 
 そういった意味で、正確さと処理速度を得たいなら、クロック周波数をM×2^N (M,Nは整数)に選んで、DDSに送り込むデータFTWの処理に時間をかけない(案1)のほうがいいのかもしれません。もちろん、(案2)も必ずしも不合格なわけではないので、みなさん、実験してみてください。今回はAD9951を使うので、クロックは400MHz帯に選んだ半導体UPC機の外部ローカルと同じ構成にしようかと思います。で、散々に遊んだこれらのモジュールは2nd LO(TX)(←逓倍かなぁ?)、BFO(TRX)に流用するつもりです。もちろん、夫々のモジュールのクロック発振器は迷わず「剥ぎ取って」、各DDSで共通なクロックを使って完全な周波数同期を取ろうと思っています。
 


香港からのAD9850DDSモジュールA


  【2011.12.17】 


 実は、上記の9850DDSのクロックモジュールがプアなものだから、同時期に、本物の125MHzのクリスタルっぽいクロック発振器を持ったDDSモジュールも落札してありました。これが到着したので早速様子を見てみることにしましょう。



届いたAD9850モジュール No2

 これを見ると、なんとなくクリスタル(昔の小説じゃないって:笑)に見えるので、一気にピュアな発振器への期待が広がります。まえのモジュールと異なり、ジャンパーピンは見当たりません。10ピンのシングルインラインの端子が上下に2個ついています。上側はパラレルデータ入力、下側はシリアル制御線とDDS出力(アナログ差動、ディジタル)のようです。AD0850のマウントの様子はきれいで、以前のような「手付けかよ!?」というレベルではないようです。気になるのは右側のVRです。これは何でしょう??実は、この販売店のデータの回路図には、なんとこれと同じものがついてきました。おいおい、これって不備だろう、またまたrefund要求でもしてやろうか?と一瞬思いましたが、流石にもう遊ぶのも馬鹿らしくなって、早く進めたい気持ちのほうが強くなりました。

 販売店の説明を見ると、ディジタル出力のときには、なんだかデューティー比が変えられるという記述がありました。そのためのVRなのかな???




届いたAD9850モジュール No2

 なにはともあれ、以前の評価基板に10ピンインラインソケットを取り付けて、動作させてみることにしました。これが↑の図です。前と同じくシリアル制御で動かしています。青いVRをいじいじしてると、下の図のように、デューティー比が変えられることが判りました。VRをどちらかにまわしきると、ディジタル信号出力は消失します。コンパレータの比較基準電圧が、サイン信号のレンジを外れるからでしょう。


  

矩形化スレッショルドレベル変更によるデューティー比の変化

 さて、お待ちかねのスペクトラムですが、結論から言うと「がっかり」です(笑)。以下の写真をざーっとみてください。

    DDS出力 F=10MHz CLOCK F=125MHz
SPAN
1kHz


RBW
10Hz
SPAN
5kHz


RBW
30Hz
SPAN
500kHz



RBW
10kHz
SPAN
2MHz



RBW
10kHz
クロック信号は省略



 お分かりですか?クロックがまたしてもPLLらしいのです。最初は気がつかなかったのですが、DDS出力のBW=200kHzの波形を見て、「やばい」と思いました。そして、クロックをあたってみたら、BW=500kHzではこのとおりサイドバンドノイズの嵐です。BW=5kHz以下では驚くほどきれいなので、最初はだまされましたが、これでは以前のモジュールと同じで、やっぱりクロックは使わないほうがいいと思います。クロックの広帯域スプリアスも見ましたが、ぴこぴこ出ています。クリスタルの発振スペクトラムではありませんでした。しかし、この金属ケースにはいったなんとなくクリスタル(くどい!)っぽいモジュールがPLLとは思いませんでした。ちょっと残念です。

 ちなみにF特性も取ってみました。これを見ると、前のDDSモジュールのようにLPFがチョンボってるわけではなさそうで、あまり問題はなさそうな感触です。



AD9850モジュール No2の周波数特性


 さて、これまで、DDSモジュールを香港から仕入れて見ましたが、価格が安いだけあって、いろいろ不備な点も多いです、しかし、そういった欠点を理解して、これをうまく回避して使えば、なかなかコストパフォーマンスが高いモジュールであるとは言えそうです。趣味レベルでは十分利用することができそうです。