2020年6月30日火曜日

VFO Controller 8.0 (Aruduino Due with touch panel)


多機能のVFOを製作しようと考えると、どうしてもスイッチが多くなる。例えばVFO7.1では12個のスイッチを使用した。こうなるとパネル製作も一苦労である。今回タッチパネル付きのTFTを使用し外部スイッチの削減を試みた。最近のメーカー製トランシーバーやSDRもほとんどがタッチパネルを採用している。どうせ作るなら盛り沢山の機能を搭載することにした。最近の私にとっては、ちょっとしたチャレンジである。尚、このVFOはアナログトランシーバー向けのVFOです。
【Hardware specification】
  • VFO  Si5351a PLL
  • TFT  2.8inch TFT with Touch Panel
  • MPU   Arduino Due
  • EEPROM 24LC64
【Software specification】
  • MODE  LSB,USB,CW,FM,AM
  • BAND  1.9-50MHz (Japanese Ham band),0-60MHz(General caverage
               Transverter mode(144MHz,430MHz,1.2GHz)
  • VFO     A-channel B-channel every band
  • VFO Type  Up-conversion Down-conversion chooseable
  • Memory  50channel 
  • CAT  CAT Controll (Frequency,Mode) for Ham Log Software
【manual】
[VFO-A]をタッチ
 サブメニューが開きます。
A/B VFO-AとVFO-Bが入れ替わります。
A->B Aの周波数をBにコピー
B->A Bno周波数をAにコピー
SPLIT メインが受信 サブが送信となりスプリット送信が可能となります。




[USB]をタッチ
 サブメニューが開きLSB,USB,CW,FM,AMの変更ができます。
[BAND]をタッチ
 サブメニューが開きます。希望のBANDをタッチすれば移動します。
[GEN]はGeneralで0-60MHzまで連続可変できます。送信はできません。
[TRV]はトランスバーターでサブメニューが開きます。144MHz,430MHz,1.2GHzが選択できます。この場合書くBAND毎にオフセット周波数を設定できます。イニシャルでは28MHz帯が出力されるように設定してあります。
[MENU]をタッチ
 サブメニューが開きます。
[M/R] メモリチャンネル呼び出し。1-50CH UP/DOWNで選択
[M/W] メモリーチャンネル書き込み。1-50CH UP/DOWNで選択。書き込みは上書きされます。
[PLLSet] Si5351aのクロック周波数を設定します。UP/DOWNスイッチでVFO出力を10MHzにセットし記憶します。
[CLAR]をタッチ
Cralifire(RIT)メニューが開きます。
[CLAR-R] 受信用Clarifire
[CLAR-T] 送信用Clarifire
[OFF] Clarifire 停止

[V-Type]をタッチ
VFOをUPConversionにするか、DownConversioにするかを設定します。BAND毎に設定可能です。

【Make】
 今回MPUにArduino Dueを使用。nano,UNOではメモリー容量が足らないことからの選択である。DueはEEPROMがないため24LC64というI2CのEEPROMを付加した。構成はI2C制御のSi5351、24LC64 SPI制御のタッチパネル付きTFT(driver ili9341)及びロータリーエンコーダーといたって簡単な構成である。またDueには2個のUSBが搭載されており、1つはプログラミング用 もう一つは外部との通信用に使える。今回これを使用し簡単なCATコントロールを搭載した。現状HamLogに対応している。
 注意点としてDueは3.3V動作なのでI/Oも3.3Vである。このおかげでTFTとダイレクトでの接続が可能である。半面 外部とのインターフェースも3.3Vが上限であることに注意が必要である。バンド情報、モード情報等の出力は3.3Vとなる。まだたくさんのI/Oが余っているので、追加機能も可能。

【Software】
 スケッチその他ライブラリー等はDownload Siteに掲載してある。
 タッチパネルを使用するには、最初にCalibrationが必要である。このやり方についてはライブリーの説明を読んで対応してください。Calibration スケッチもSiteに一括して掲載してある。

【CAT】
 CAT Controlle を搭載しました。ただし現状最低限でHam Logに周波数とモード情報を送ることができるだけです。今後機能を増やそうかとも思いますが、今のところ必要性を感じていません。多くの希望でもあれば対応するかもしれませんが。まあ、そんなことはないと思いますが。(笑)

 出来立てなので、まだBUGがあると思います。何かあればコメントでもお寄せください。

73's de JA2NKD





2020年3月25日水曜日

熊本シティースタンダード(Tachikawa_Version)

熊本シティースタンダードと冠するのはおこがましく、OM諸氏からお怒りをいただくかもしれないが、イメージを手っ取り早くご理解いただけるかなと思い敢えて付けさせていただいた。
 熊本シティースタンダード(以下熊本標準)といっても、これをご存じの方はかなりのOMさんだと思う。1981年7月号のCQ Ham Radioに掲載されたJA6BI田縁OMの「モノバンドSSBトランシーバー」が自作Hamに広がるきっかけだろう。これに呼応して秋月電子で「KUMAMOTO STANDARD SSBジェネレーターボードキット」として販売された。これに挑戦されたOMも多いないのではないでしょうか。
 それまでSSBトランシーバーの自作は難しいものだと思っていたのが、一気に実現可能なものになったと思う。私もこのキットを購入して自作した一人である。昨今ちらほら再現されている方があるようだ。しかしながら当時入手できたパーツも時代とともにディスコンとなり、同じものを作るのは難しくなってきた。また、最近のSDR等高機能なものが主流となってきているが、やはりアナログの機械には愛着がある。そこで今回熊本標準を基本に現代版を作ってみようとスタートした。

【コンセプト】
 今回のプロジェクトの基本コンセプトは熊本シティースタンダードの現代版と位置づけている。従って基本構成は標準方式に準じている。これを現代版とするため
・現在国内で購入できるパーツを使用
・当時よりは少しは高性能にしたい
・基本はアナログ回路
このコンセプトに製作することとした。

【構成】
Block Diagram
左図に熊本標準とTachikawa_Versionのブロック比較を載せた。色付きの部分が主に変更しているところ。マイクアンプ、DBM、AGC、IF_AMP、Linear_AMP部分








【SSBジェネレーター】
Generator_Schematics
 受信部は、熊本標準では、中間周波増幅2段であるが、やはりAGCのダイナミックレンジ不足は否めなかったので、今回は3段とした。
 使用するFETは、熊本標準が3SK45であるが、今回は秋月で購入できる3SK294を使用した。このFETは3SK45のようなデプレッションタイプではなく、エンハンスメントタイプである。つまりG1のバイアスがプラス域となっている。
 クリスタルフィルタは、熊本標準では
Generator
CB機用のものが当時格安で入手出来ていたが、現在では特注となって非常に高価なものになる。今回は安価に入手できるクリスタルでラダー型フィルタを使用した。ラダー型フィルターに関してもJA6BI OMがHam Journalに詳しく解説されていたので自作派の方にはなじみ深いと思う。今回はサトー電気等で入手できる10.695MHzのクリスタルを選択し6段とした。
 AGCはIF出力コイルのホット側から取り出し、エミッタフォロワーを経由して検波し、1段目のオペアンプで直流増幅し、Sメーター出力を取り出すとともに2段目のオペアンプの反転入力に入れ、電圧オフセットを行いAGC出力としG2にかけている。尚、RFアンプにもAGCが掛けられるよう端子に出力している。
 3SK294は非常に高性能であるが、G1のバイアス調整が非常にクリティカルであるため、ボリュームで電圧調整できるようにし、中間周波増幅各段に供給するようにしている。また、AGCのダイナミックレンジを広くとりたいことから、かなり電流を多く流れるセッティングとしている。このことで受信時の消費電流が大きめとなってしまっている。移動運用等の電池駆動では少々つらいかもしれない。
 AFはお決まりのLM386で、NFBを掛けてノイズを抑えている。
 復調は、熊本標準ではダイオードDBMであるが、今回は秋月で購入できるNJM2594を使用した。このICはuPC1037H互換となっている。
 送信部は、マイクアンプとしてオペアンプを使用。これを受信と同じくNJM2594により変調をかけている。マイク入力レベルでひずまないようレベル調整が重要である。
 変調出力を2SK192で増幅しフィルターに入力している。
 NJM2594は、入力端子に電圧をかけることによりキャリアバランスをとることができるので、ボリュームで最低レベルとなるように調整する。データシートでは標準-40dBとなっており、一般的なレベルであるが、もう一息下げたいところである。
 キャリア発振は、熊本標準同等の回路である。水晶はフィルターと音字10.695MHzの推奨を使用。LSBの場合はフィルタより高い周波数なのでコンデンサーで簡単に調整できるが、USBの場合はフィルタ周波数より低くなるので、コイル等で少しVXO的にする必要がある。

【コンバーター】
Converter & Linear
今回は50MHzとした。構成は熊本標準とほぼ同等。
 周波数変換もダイオードDBMと同じ。これはジェネレーターから出てくる送信信号のレベルが高いため、NJM2594ではオーバー入力となるためである。
 RFアンプはIFと同様3SK294である。これはIFと同じAGCを使用するためであり、やはりG1のバイアスがクリティカルであるため半固定抵抗で調整している。
 送信リニアアンプには
Converter ,Linear,Counter
AFT05MS004NT1を採用した。このFETについてはこの前のBlogに掲載したものであり、非常に高性能なものである。+10dBm入力で5Wが期待できる。今回の構成では少しドライブが低いため、口笛MAXで3Wとなった。もう1段追加すれば5Wにすることができるが、無理に追加するまでもないと思い、このままとした。
出力にはお決まりのLPFを追加しスプリアス抑制をしている。

【VFO】
VXO_Schematics
VFOは、今どきはDDSかSi5351PLLと売るところであるが、熊本標準に倣って敢えてVXOで製作した。
 VXOに使用するクリスタルのみが入手しずらいものである。現在特注で製作できるところはアロー電子だけと思われる。
 幸いにもジャンク箱に13.2MHzのクリスタルがあったのでこれを3逓倍し39.5MHz付近としてIFと合成し50MHzを生成してい
VXO
る。基本波で発振させVXOとし、約30kHz可変とした。これ以上では自励発振に近づき安定度がすこぶる悪くなる。
可変範囲は50.16-50.27MHzとなった。概ねSSBバンドで使用できる。
 また、参考にZL2PD作のSi5351PLL(一部アレンジしているが)を使用したVFOの回路図を載せておいた。非常にコンパクトで、よくできており気に入ったものである。興味のある方は、氏の記事を参照願います。勿論拙作のarduinoVFOでもいい。(笑)

【製作】
 筐体はセッツ金属のSB-11(現行品)を使用した。しっかりした筐体でモンバンドトランシーバーには使い勝手が良いケースと思う。上下2段とし、下部にジェネレーターとVXO
、上段にコンバーター、リニア、リレー等を乗せた。
 また、今回周波数表示に秋月の周波数カウンターキットを使用した。このキットはIF周波数シフトがソフトで設定できるため、直読とするところがいい。ただ、基盤が少々大きいこと、7segLEDが大きくパネルに収まらないため、手持ちの小型LEDに変更した。詳細は秋月電子で調べていただくこととしてここでは、省略させていただく。
 試作なので各基板はユニバーサル基板を使用して製作した。できればプリント基板としたいところであるが、苦手である。
 主要部品購入先は、
  秋月電子 (FET,OPAMP、NJM2594、カウンターキット)
  サトー電気(クリスタル、FCZコイル)
  マルツ  (AFT05MS004NT1)

【使用感】
 今回のジェネレータは、3段IFであることから結構AGCダイナミックレンジが取れているため、聞きやすく仕上がった。また、内部ノイズも非常に小さくアンテナ入力を外すとAFボリュームを上げても気になるようなノイズ音はしない。今まで製作したものの中ではトップクラスである。
 送信はMAX 3W QRPとしてはちょうどよいかもしれない。ローカルにモニタしていただいたところ、以前製作したPSN送信機と比較すると、まあ普通の音とのこと。合格点はいただけるとのことであった。
 今回は熊本標準を意識したので、特殊なものは使わないこととしたが、現行パーツでそれなりに製作できたことは、非常に満足であった。
 やはりアナログは難しいし、面白い。40年近く前の回路であるが、現在でも自作派では標準ではないだろうか。デジタル器機では味わえない満足感を感じるのは、私だけではないと思う。敢えて熊本スタンダード(Tachikawa-Verion)としたことをお許しいただきたい。尚、Tachikawaとは私のHomeシティーのことです。

Let's enjoy homebrew.
DE JA2NKD 

2020年1月27日月曜日

RF Power LDMOS Transistor

 昨今RF用のパワートランジスタが入手できなくなってきた。最近私が好んで使っているのは三菱のRDシリーズ(RD16HHF06等)である。好んでというよりは選択肢がないというのが正解であろう。非常に使いやすいが、アイドリング電流が大きい等の課題もある。
 そんな折、自作仲間からMOSが良さそうだという情報を頂いた。早々色々検索をしてみたが、自作で使用している例はほとんどなかった。そこで実験をしてみることにした。
 候補としては、国内である程度の価格で購入できるRQA0009TXDQS(RENESAS)とAFT05MS004NT1(NXP)とした。
いづれも400MHzで5W程度のFETで、中華製のハンディートランシーバー等に使用されている。実際にいづれもHF,VHFで5Wの出力を確認できた。データシートのデータではいづれもVd=7.5Vとなっていて、やはりモバイル用機器用と思われる。2つを比較するとRQAのVdss=16Vで13.8V仕様では低すぎる。AFTはVdss=30Vでどうにか13.8Vで使えそうであることが分かった。マージンを考えると40Vはほしいところである。もちろん13.8VでAMは無理である。CW,SSBなら何とか使用できそうだ。実際に使用して確認していきたい。
 ということでAFT05MS004NT1で製作してみた。AFT05MSはLDMOSというFETで最近の主流となりそうなものである。

 使用例がないので、いつもの定番回路で実験してみた。
入力はコンデンサー直結の非同調で、バイアスを可変抵抗で調整できるようにした。また、ゲート側の抵抗を分割し51オームでAC負荷とした。これにより信号源インピーダンスを落ち着かせることができるのではと思っている。
 出力側はトロイダルコイル(FT-37-43)による広帯域とした。回路図と写真を参考にされたい。

 この回路で動作させた結果をグラフで示した。思いのほか高性能である。また、同一回路で三菱のRD16HHF06を使用したものよりも広帯域に動作し、HF~50MHzにおいてほぼ同様の結果となった。50MHzでも増幅度27dB程度ある。(fig1) 効率も60%を超え優秀である。Vd:13.8V アイドリング:100mA 入力:10mW 出力:5W Id:0.6A)

 入出力特性もリニアである。非常に良い結果が出た。周波数で50MHz以上で低下しているのは回路設計の問題で、VHF,UHF用に設計すれば同様の特性が得られることは間違いないと思う。(fig2) もともとVHF,UHF用だから当然である。
 この結果は大いに満足できる。HF~50MHzのオールバンドトランシーバー製作に弾みが付きそうだ。

 今後の課題は、形態がSOT-89というチップタイプであり、十分放熱できるように取付方法を検討する必要がある。写真のような基板構造では放熱効果が低く基板がかなり熱くなり、基板上の部品の温度変化等も含めアイドリング電流が増加していく。冷えれば戻るが。実験ではCW連続信号なのでなおさらであるが。SSBならこれよりはましだとは思う。
一応この構造で5分の連続運転でも無事ではあった。
 このAFTシリーズには、15W,30W出力のものもあるようなので、機会があれば入手して実験したいと思う。

 これがうまく稼働すれば、2SC1970,2SC1971,2SC1972といったトランジスタに代わるものとして使用できるのではないかと期待している。
 尚今回JA2GQPさんが基板を製作され提供して頂いた。いつもながら深謝。
 FETの入手先はマルツ(Digi-key代理店)

DE JA2NKD

2020年1月2日木曜日

Happy New Year 2020

本年も宜しくお願いいたします。
                         JA2NKD Ryuu

2019年8月24日土曜日

RF 2-Tone Generator

 Si5351は違う2種類の周波数を発振させることができる。ひょっとしてこれでRF2tone発振器ができるのではと思いついた。(誰でも想像すると思いますが)しかし小さなICで比較的高出力であること、また出力が矩形波であることから、高調波、PLLノイズ等が多く、発振器自体のIMにはあまり期待はできないと思った。しかし一度実験してみようとこのプロジェクトを開始することとした。


 高調波、低調波を減らすにはローパス、ハイパスではなく、バンドパスが必要である。それもかなり狭帯域としたい。そこで思いついたのがクリスタルフィルターだ。手持ちのクリスタルフィルターを見てみると10M15Aという15kHz/3dBのFM用のものがあった。10kHz離れならば問題なく、20kHzでもなんとかなると思いこれを使ってみた。
Inside

 クリスタルフィルターで歪まないようにSi5351の出力に10dBのアッテネーターを付け合成した後、このフィルターを通して出力している。結果は出力-20dBm IMは70dBc近辺となった。どうにか最低の合格ラインとすることができた。これならばある程度のIM3測定で使えるのではないだろうか
 できれば0dBm出力、IM80dBcはクリアしたいところである。この場合は各出力を合成前にフィルターを挿入し、増幅した後合成すれば達成できると思う。今回は前記の簡易型とした。

 10.7MHzのフィルターに対してきりの良い周波数(20kHzならば、10.690,10.710)となるはずであるが、SI5351のずれとフィルターのずれがあるので、周波数をずらして対応している。スペクトラムアナライザー等で2周波の出力が同じになる位置を探し出すところが、やや面倒かもしれない。10kHz以上の帯域を持ったフィルターがあれば別周波数でも可能である。


 Arduinoは、ATmega328にブートローダーを書き込んだもの(UNO互換)を使用して省スペース化を図った。もちろんNANOでもOK。Si5351はAdaflute互換の中華製を使用した。

 回路とスケッチはダウンロードサイトにあります。

 SI5351は150MHzまで出力できるが、フィルターという固定周波数の素子をいれているため、周波数可変はできません。しかし簡単に発振させることができることと、中華製で安価に入手できることから活用しない手はない。

Generator OUT

0-100MHz Spectrum

20dB Wide band Amplifier Measurement

 

2019年7月24日水曜日

Remake VFO Controller Ver 7.10 (Arduino + Si5351)


   注)改定情報を末尾に記載(Ver 7.20)
 Arduinoを使用したVFO-controllerを製作してから3年経過した。世界各国から色々なコメントを頂き感謝感謝です。この間、受信機等の製作に合わせてそのたびに色々な種類のcontrolerを作ってきた。これには結構なパワーが必要であり、無駄も多くなっている。
 今回このことを反省し、各種機能を取り込んだcontrollerを製作した。今後色々なシステムに合わせて改良しやすいように考慮したつもりである。ただプロセッサーにArduino-nanoを使用しているため、多少動きが良くないところもある。これは今後の課題としたい。
【特徴】
 今回の特徴としてバンドというイメージがないことである。VFOは1-54MHzまで連続して可変する。最近のメーカー製リグでは当たり前であるが。スケッチを変更すれば、この範囲は変更できる。バンド切り替えがない代わりにBPF,LPF等の選択を行うようにしている。適切なBPFが選択されていないと送信できない措置も行っている。このことから60MHz位のLPFを使用すればGENERALレシーバーとして使用できるメリットがある。できれば周波数に合わせて自動的にフィルターが選択できればいいのであるが、フラッシュメモリーが不足であることと、処理スピードが遅くなりうまく表示できない。もう1ランク上のプロセッサーが必要である。
 2つ目の特徴として、メーカー製リグでは当たり前であるが、2VFO(A,B)を持ち、A=B,A/B、SPLIT機能を設けた。メモリーは最大30チャンネルとした。メモリーからVFOへの移行も可能。
 3つ目の特徴としてtransverter対応としている。このモードは28MHzをベースとして144,435MHzに対応できる。VFOとしては28MHzと動作し、表示を144,430とする機能であり、同時にtransverter制御用の出力を用意した。
 ハードウェアの特徴としてI/O増設のためI2C用の PCF8574 を2個使用しスイッチ用に8ビット、BPF,MODE情報の出力用に8ビット増設している。
 VFO発振にはSi5351を使用し、54MHzまで対応できる。また昨年ブログに掲載したdsPICを使用したPSN送信機にも対応できるように考慮している。この場合受信周波数の2倍の周波数が必要となるので最大54MHzの場合108MHzの出力となる。

【Specification】

  • Rx Frequency Range     1MHz-54MHz
  • Tx Frequency Range     1MHz-54MHz (Ham band only)
  • Emission Modes           CW,AM,LSB,USB,FM (Max 5 modes)
  • Frequency Steps          10H,100H,1kH,10kHz,100kHz,1MzH
  • Memory Chanel           1-30 Chanel
  • BPF           1-15 (MAX 15)
  • meter          S-meter , PO-meter
  これら仕様は最大値で、カスタマイズして小規模用に容易に変更できるようにしている。
【Function】
  • VFO-Mode
          VFO A=B      Copy VFO-A to VFO-B
          VFO A/B       Main VFO Change A to B  B to A toggle
          VFO SPLIT    Main-VFO Rx   Sub-VFO TX 
  • Memory-Mode
          Memory Wite     1-30CH(Friquency,Mode,Step,BPF,SPLIT)
          Memory Read    1-30CH
          Memory to VFO  Memory Cnanel copy to VFO
  • Transverter-Mode
          144MHz,430Mhz   Base friquency is 28MHz
                                     144Mhz - 146MHz (28MHz-30MHz)
                                     430Mhz - 440MHz (28MHz 38MHz)
  • Tune
    Tune   送信機調整用に例えば1kHzを音声回路に送れるように送信時に
         1kH発振ができるようにI/O出力を用意
  • Si5351 Adjust-Mode
    Turbo-switch+Power ON でAdust-modeになり,25MHzが出力される。
    周波数カウンターに接続しUP/DOWNスイッチで調整できる。
  • Turbo
    エンコーダーでの変化を10倍にする機能。
    STEP 10Hzの時に、Turboを押しながら回すと100Hz STEP
    STEP 100Hzの時に、Turboを押しながら回すと1kHz STEP

【MEMO】
  ロータリーエンコーダーを回したときに周波数表示が多少ぎこちない。これはArduino-nanoのSPI速度の問題と表示アルゴリズムのもお題だと思われる。これにはより高速なプロセッサーが必要と思う。近い将来STM32やArduino-mega,Due等に乗せ換えたいと思う。またキャラクタLCDを使用したライトなものも用意したいと思う。
動作の詳細はマニュアルと回路図を参照してください。スケッチ&manualをダウンロードサイトにUPしてあります。

73's JA2NKD






改定(2019.10.22):回路図 修正 スケッチ 修正
改定(2019.12.02):回路図 修正 スケッチ 修正 Ver.7.20
改定(2020.03.22):回路図 修正