AF PSN

PSN方式でSSBを発生させるためのAF PSNを試作した.01
PSN方式のSSBジェネレータは上図のような構成であるが,大概AF PSNの実現がネックとなる.

アナログ回路でAF PSNを実現する方法としては,ナガード型PSN,多段のオールパスフィルタ,PPSNなどが知られている.
これらは,性能が十分でなかったり,回路規模が大きい,部品定数の精度が要求される,など少々難しいところがあり,さらにアナログであるが故,環境(周囲温度など)の変化による特性の変化にも気を付ける必要がある.

そこで今回はAF PSN をディジタル信号処理で実現することにした.これは近年よく見かけるSDRと同様なものである.

まず,SSBの発生方法から確認していく.SSBの生成方法はシンプルに考えれば下図のとおりである.
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周波数シフトは,AF PSNの後の直交変調器で行われるので,
結局AF PSNとは,AF信号の負(あるいは正)の周波数成分を除去するものである.

ならばバンドパスフィルタ(BPF)で実現できそうだが,通常フィルタの周波数特性は,下図の上段に示すように,正の周波数領域と負の領域で対称なものしか実現できない(実係数フィルタの場合).

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しかしながら,フィルタの係数を複素数にすれば(複素係数フィルタ),上図下段に示すような非対称な周波数特性をもったフィルタが実現できる.

複素係数フィルタを用い,信号を複素数表現すれば,SSB生成の流れは下図のようになる.
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今回はこの複素係数フィルタを,dsPIC33FJ64GP802 を用いディジタル信号処理で実現してみた.下図のように,複素係数フィルタの出力の実部がAF PSNの0°出力,虚部が90° 出力に相当する.
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複素係数フィルタの構成は,512Tap FIR フィルタとした.
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フィルタの周波数特性(設計目標)は下図のとおり.
+300Hz~+3kHzのバンドパスで,負の領域はすべて阻止する.
Fres_cmplx

 

これを逆フーリエ変換し,FIRフィルタの係数を求めた.
サンプリング周波数は,使用するdsPICの性能により 約10kHz に設定した.

フィルタ係数(実部:R0 – R511)
FirCoeff_re

フィルタ係数(虚部:Q0 – Q511)FirCoeff_im

複素係数フィルタのプログラムのソースコードを,こちらに置いておく.
dsPIC周辺の接続は下図のとおり.07

 

動作確認の結果を以下にまとめておく.

20180706_071500 dsPIC

入力200Hz
f0200

入力300Hz
f0300

入力1000Hz
f1000

入力2000Hz
f2000

入力2900Hz
f2900.jpg

入力3000Hz
f3000

これらの結果を見る限りは使い物になりそうな感じがする.
部品選別や調整などなしに,プログラムを書き込みさえすればこれと全く同じ結果が得られる.
あとは実際にSSBジェネレータにしたときにどのような品質の信号になるか,確認が必要だろう.

ヤマハPortaSound PS3修理

3か所,音の出ない鍵盤があるとのことで修理を依頼された.
PS3は最も初期のポータサウンドの一つらしい.

20180602_112810

 

とりあえず開腹して,一枚目の基板を外した.
YAMAHAのオリジナルICを使用している.
年代を感じさせる作りで,ピッチの基準はLC発振のようだ.

20180602_094518

 

鍵盤下の基板を外したところ.

20180602_100253
音の出ない鍵盤に対応する接点をショートさせてみても,やはり音が出ない.
ということで接点不良ではなさそう.

 

該当する接点につながっているパターンをたどっていくと,電池の液漏れによるパターンの腐食があった.
調べてみると導通がない.音の出ない鍵盤に対応する接点はすべてこのラインにつながっているので,故障の原因はこれだろう.

20180602_102749

 

 

ということで,バイパス.
隣りのパターンも怪しかったので処置しておいた.

20180602_105935

 

これで音も出るようになり,修理完了.

ヘッドマイク

最近は中国製の安いヘッドマイクが購入できる.これらはほぼエレクトレットコンデンサマイクでバイアス電源が要る.
一方ミキサのXLRマイク入力には,大抵ファンタム電源が供給できるようになっているが,これはコンデンサマイク用でエレクトレットコンデンサマイクのバイアスには使えない.
また,エレクトレットコンデンサマイクの出力は不平衡なので,そのまま長く引き回すとノイズがのる.
そのようなわけで,ヘッドマイクをミキサのマイク入力(XLRコネクタ)につなぐためのアダプタケーブルを製作した.

20180508_230606~2
ケースの中身は,ファンタム電源からエレクトレットコンデンサマイク用のバイアスを作る分圧回路と不平衡を平衡に変換する差動アンプである.
試作ということで,ケースを3Dプリンタで作り空中配線で仕上げたが,結構面倒でユニバーサル基板を使えばよかったかもしれない.

20180508_232430~2

ケースにはベルトなどに引っ掛けるようクリップをつけた.
こういうのは3Dプリンタのおかげで簡単にできるのでありがたい.

VFO

カウンタ基板にはSi5351が実装できるようにすでにパターンを作っているので,
次にダイアルイメージ表示のVFOをやってみようと思う.
カウンタの場合はすべて受け身の動作でよかったが,
VFOとなると,システムから考え直さないといけない.

20180507_211713~2

周波数はエンコーダで設定するが,
周波数に応じて外部のバンドパスフィルタを切り替える,
などということも必要となるから,そういう制御信号をださないといけないし,
どの周波数のとき,どのフィルタを使うのか,
そこはユーザが設定できるようにしないといけない.
Si5351を使うなら,もちろんキャリア信号も出したいから,
その周波数の設定と,モードによっては受信時はオフに…
と,考えたらきりがない感じだが,少し時間をかけて検討しよう.

周波数カウンタ

周波数カウンタは,今では格安のキットなどもあるので,
今更…な感があるが,今回少々変わったものを作った.
とはいえ,実用性がよいとか,性能が向上したとかではない.

カウントした周波数を数値ではなく,
あえて読み取り精度が低下するダイアルイメージで表示する.
20180415_132715

昔,ラジオなど作るときに一番工作に苦労したのが周波数表示ダイアルだった.
今は,周波数カウンタやPLL,DDSといったデバイスがあるので
そのようなダイアルは不要であるが…
とはいえ,ディジタル表示よりもダイアルがいい,と思うことがときどきあり,
そのあたりが製作の動機である.

表示には2.4インチのTFTカラーLCDを使った.
CPUはPIC32MZEF.
SRAMが512kBあるので外付けメモリなしでOKだった.

 

表示のレイアウトなど,気分でいろいろと変られるように設定用のPCアプリもつくってみた.
”dcon.exe”

dconfg

以下は設定例.
sample00

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音響ホーン

以前は40KHzのトランスデューサ(写真左)を使ってバットディテクターを製作していたが,
40KHz付近しか観測できない,という制約があった.
今回のバットディテクターでは,
広帯域で超音波を観測するためにMEMSマイク(写真右)を使っている.
ただ,トランスデューサは40KHz付近の感度は高く,
40KHzに限った感度の比較では,MEMSマイクは今一つな感じがする.

20180311_133045~2

写真を見ればわかるように,
MEMSマイクの音響ホールは直径0.5mmしかない.
トランスデューサの方は,内部の振動板らしきものは,直径8mmほどある.
開口面積がMEMSマイクの方が格段に小さいため,
感度が悪いのも無理はない.

そこで,音響ホーンを用いて開口面積を大きくし,感度の向上を試みた.

20180311_131230~2

3Dプリンタで作成した超音波用の音響ホーン.

定量的なデータはとっていないが,聞き比べた感じでは,
トランスデューサと同等以上の感度が得られているようだ.