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2014年5月15日木曜日

【測定】AD9850 has a Clock Multiplier ?

AD9850にも有ったクロック逓倍器
噂の真相?
 QRPerの親睦を目的とした月例の懇親会が秋葉原で開催されている。小電力=QRPの通信や自作電子回路に興味を持っているなら誰でも参加できる。 第一土曜日の夕方16:00〜である。(但し例外有り)

 懇親会には任意参加の2次会があって近くの居酒屋「天狗」秋葉原店にあらかたのメンバーがそっくり移動してAC付きで行なわれている。

 いつも刺激的で様々な話題が飛び交うが、その席でとても興味深い話しを耳にした。 早速試してみたのがこのBlogである。 TRIOのLPF:LF-30のPart-2が予定だったが急遽テーマを変更して速報しよう。

                     ☆

興味深いお話
 その話しとは以下のようなものだった。 お馴染みの中華DDS基板に搭載されているDDS-IC:AD9850にもクロック逓倍器が内蔵されているらしいと言うのだ。 AD9850にはAD9851と言う上位チップがあって、そちらには与えられたクロックの周波数を6倍する逓倍器が内蔵されている。 AD9850と51には最高クロック周波数の違いもあるが、クロック逓倍器の部分が一番の違いだろう。 そのためAD9851を最高クロック周波数:180MHzで動作させるのに30MHzのクロックで済むと言うメリットがあった。

 その機能を持たないAD9850を最高クロックで動作させるには直接125MHzを与えなくてはならなかった。 この125MHzクロックがなかなかの難物であることは既にご存知の通りだ。 だからAD9850に4倍のクロック逓倍器が内蔵されてると言う話は聞き流すには惜しい「耳寄りな話し」なのである。

*以下の観測は同じDDSモジュールを使って行なっている。クロック発振器の周波数を変更し、それに伴って制御プログラムも変更している。従ってAD9850の個体差ではない。5種類のクロック発振器を使用したがいずれもスペクトルに問題ないことを確認している。

まずは近傍のスプリアスから
 その裏技的な技法とは・・・実はとても簡単なのだ。 AD9850にもAD9851と同じコマンドワードを送れば良いと言う。
 要するにコマンドワードの最下位のビット:LSBに「1」を立てたコマンドを送るのだ。具体的にはcmd=&B00000001だ。

早速やってみたのがこの写真である。 何時ものように15MHzを発生させてみた。 まずは目的信号:15MHzの上下10kHzの近傍スプリアスから観測してみた。

 左がAD9850のクロックに48MHzを与え4逓倍の192MHzクロックで動作させたもの。 その右側の写真はオーソドックスな125MHzクロック・・・もちろん奇麗なやつ・・・を逓倍機能OFFで直接与えている時のものだ。

#なにやら左の方にはスプリアスが・・・・?。

100kHz幅で観測継続
 目的信号:15MHzの上下50kHz、全体で100kHz幅に拡大して観測してみた。クロックの条件は上記と同じだ。

 写真右のノーマルの状態はいつものようにとても奇麗なスペクトラムである。
 それに対して左の逓倍クロックの方はどうもスプリアスが多い。 目的信号よりも70dBくらい小さいから極端に悪い訳でもないが右の方を見てしまうと使いたい気持ちにはならないだろう。 この例では15MHzなのでこの程度であったが、30MHzでやってみたら55dBくらいまで悪化する。

 試してみたら50MHzを4倍した200MHzのクロックでも動作した。隠しモードにメーカーの仕様なんか無いので、どこ迄が上限なのかはわからない。 ただ、クロック逓倍器で高い周波数まで発生可能になっても、これでは意味も無くなってしまいそうだ。

クロックが高過ぎ?
 48MHzとか、50MHzを与えて4逓倍したのでは周波数が高過ぎて発生信号が劣化するのかも知れない。 そう思って、今度は21.0526MHzのクロック・オシレータで試してみた。手持ちがあったので使っただけだから細かい周波数に意味は無い。

 写真はその結果だ。 左は21.0526×4=82.2104MHzの逓倍クロックで動作させたもので、右の比較対象の方には64MHz・・・もちろん奇麗な・・・を与え、逓倍機能はOFFである。 目的信号の近傍のスプリアスは前の20kHzスパン、100kHzスパンの写真と大同小異であった。 ここでは、0〜150MHzまでの間に発生するスプリアスの写真を掲載してみた。

 まずは右の方だが、逓倍なしの奇麗なクロックの方にしてもかなりのスプリアスが認められる。 これは中華DDSモジュールにあらかじめ搭載されているローパスフィルタの遮断周波数(fc=70MHz)が高過ぎて効果的でないからだ。 但しほとんどがDDSの原理上現れるスプリアスなのでしかるべき遮断周波数のLPFを挿入して使えば良い。 この例ではクロックが64MHzなので、1/3のfc=約20MHzのLPFを付加するのが適当だ。そうすればスプリアスの大半は片付いてくれる。これは前々からわかっている通りだ。

 一方、左の4逓倍クロックで動作させた方はスプリアスだらけだ。 LPFを最適な物に載せ換える程度では済まないのではあるまいか。 目的信号の近傍だけでなく上にも下にも強いスプリアスが見られる。 結局、与えるクロックの周波数が高過ぎるからスプリアスが現れていた訳ではないようだ。4逓倍クロックで使うとこうなってしまうらしい。 だからメーカーもクロックの4逓倍のことを仕様書で触れていないのだろう。これは想像だがクロック4逓倍の機能を付けてみたものの、何らかの原因で目標のSpecをクリヤできなかったので無いことにしているのではないだろうか。

 あるいは、4遞倍と推測するモードでは上限の125MHzを遥かに越えた200MHzでも動くように見えるので、何かのテストモードのようなものなのかも知れない。21.0526MHzを与えた例で見ると、逓倍されない成分の(要するに21MHzの)漏れがやたら大きく現れており本当に逓倍したクロックで動作しているのか少々疑問があるようだ。いずれにしても使うにはちょっと問題がありそうな感じを受ける。

                    ☆

 「耳寄りな話」はちょっと残念な結末になった。 目的・用途によってはクロックの4逓倍も効果的なことがあるかも知れない。(もちろん、本当に4倍モードなら) 一概に何とも言えないのでAD9850をクロック4逓倍のモードで使うかどうかの判断は各自に委ねたい。ここではありのままを見てもらえたらそれで十分だと思っている。

 それで、あんたはどうするのかって? まあ、何かの緊急時に知っていれば助かるかも知れないと思う。だけど通信機に積極的に使いたいとは思わないな。 それぞれのお方の考え次第なので、ご自由にされたら良いとは思うが、お子様連れの電波を出さぬよう送信機に使う際は十分な確認を。 受信機に使うとスプリアス受信が多くなって色々不都合もあるだろう。しかし自身が納得して使えば良いだけのこと。 他人に迷惑はかからないから自由にされたら良い。 繰り返すが送信機はみなが迷惑するからやめて欲しいと思う。あなたの波がバンドのそこらじゅうで聞こえて来たら他の局が迷惑しそうだ。

 酒席で小耳に挟んだ『うわさ話』を切っ掛けで実験を始めている。元はどのあたりの話しなのか、どなたが見つけた『新発見』なのかも良く知らない。 もし違う結果が(ずっとFBな結果とかが)出ているようなら情報やコメントなど頂ければと思う。 実は噂の奥にはもっと深い裏があるのかも知れない。それをクリヤして旨く使えるのなら素晴らしいと思うので。(笑)de JA9TTT/1

(おわり)

2014年5月1日木曜日

【測定】TRIO LPF LF-30 : Part 1

TRIOのLow Pass Filter : LF-30 その1

LF-30の外観
 何時ころからシャックにあるのだろう? ずいぶん昔だと思うがローカルクラブのオークションで手に入れたような気がする。

 TRIO:今のKenwood社製のローパスフィルタ:LF-30である。 30MHzまでのHF帯用送信機とアンテナの間に挿入して使う。 送信機で発生する高調波を除去し、TVIを防止するのが目的だ。 シャックの必需品として売られていたアクセサリの一つだった。

 今のメーカー製送信機では高調波対策が十分なされているのが普通だ。 しかしLF-30が使われていた時代はまだそのあたりが不十分だった。 取説に書かれている付加を想定する送信機はTS-500やTX-40Sと言ったかなりの年代物である。 こうした時代の送信機は真空管式であってπ型のタンク回路形式になっていた。 π型タンク回路にも高調波抑止効果はあるものの不十分だったから運が悪いとVHF帯のTV放送へ高調波が飛び込んだ。 だからこうした低域濾波器:LPFのニーズは常にあったのだと思う。TVI対策用LCフィルタの専門メーカーからも各種販売されていた。 何かと問題が多かったVHF帯のTVが地デジ化でUHF帯へ移行してくれたのはHF帯にオンエアするHAMにとってはとても有難いことであった。

 シャックの整理で出て来たのと、どんな特性だったのか興味があったので調べてみることにする。単なる興味本意とも言えるが、せっかく有るのだから再利用を考えてみようと思う。 半導体式のパワーアンプを実験していると臨時に外付けのLPFが欲しくなることがある。30MHzのLPFだけでは済まないことも多いが、整備しておけば実験用器材として活用できそうだ。

LF-30の内部
 どんなフィルタ形式になっているのかは取扱い説明書からはわからなかった。 掲載の特性図からは無極の単純な特性のように見える。 さっそく開けて調べてみることにする。

 四隅の取付け穴に入っていた鳩目を抜いて開けてみた。 外観は汚れていてあまり程度は良くなかったが中はまずまず奇麗であった。

 思った通り単純な無極のLCフィルタになっている。コイル5個、コンデンサ4個でT型LPFを基本に段を重ねた形式だ。 一つセクションが遊んでいるのはLF-60と共通の箱を使った関係だろうか。 コイルはLossを少なくする目的で銀メッキ線が使ってある。線径は実測でφ1mmである。 割と雑な作りでハンダ付けで組立ててから伸縮させて特性を加減していた模様だ。 他に調整可能な部分はない。
 コンデンサは誘電体フィルムを銅の円盤で挟み込んでネジ止めする形式で作られている。 普通のコンデンサを使った場合リードインダクタンスと自己共振してVHF帯で良い特性が得られない可能性がある。

 このような形式で作れば自己共振の心配は少ないしフィルム厚を十分に取れば耐電力も十分得られる。おまけに電力用コンデンサよりもローコストに違いない。 構造から放熱にも優れるので1kWを許容している。誘電体フィルムはテフロンではないだろうか。仕切り板を折り曲げで一体式に作るなど、手間がかからず作り易い構造にできている。

取扱い説明書
 仕様と代表的な特性グラフが載っていたので、取扱説明書(一部分)を載せておく。

 このLPFシリーズには60MHz以上をカットするLF-60と言うもあって、50MHz帯を含むTX-88D、TX-88A、TR-1000、TX-26にはそちらを使うようにとある。(それにしても想定機種が古過ぎる・笑) 実際、TVIに悩まされたのは6 m局が一番多かった筈でLF-60の方がポピュラーだったかも知れない。

 仕様を見ると入出力インピーダンスが75Ωなのはちょっと問題で、いまの50Ωの機械には不適当だろうと言うことになる。 まあだから遊休品として仕舞い込まれていた訳でもあるのだが・・・。 一応75Ω±40%までが使用範囲となっていて、50Ωはその範囲内にあるので使えることになってはいるがどうも気持ちが悪い。それに±40%と言う数字そのものの根拠があやしい。使ってみて大丈夫だったと言う程度のセールス上の話しかも知れない。(笑)

 送信終段が真空管だった時代の送信機は標準が75Ωだったのでフィルタもそれに合わせてあった。 やがて半導体の時代になってから発売されたLF-30A、LF-60Aは送信機やフィーダーが50Ωに統一されたので変更されている。 中古市場を見てもA付きの50Ωモデルはそこそこのお値段で取引されるが、75Ωのこらの方はほとんどジャンクの扱いになっている。(いじって遊ぶにはそう言うジャンク品が狙い目なのだが・・・)

実測特性
 規定のインピーダンス、75Ωで特性をとってみた。 遮断領域への傾斜がやや緩やかな印象もあるが、無極のフィルタなのでこの程度のものであろう。

 上記特性図よりもカットオフ周波数は高く-3dBは40MHzあたりになっている。 高調波は28MHzの2倍が40dBくらい、3倍が90dBくらい落ちることになっているのでそこそこ効果的だろう。 通過損失は14MHzで見て0.13dBくらいだ。これだけのLCが連なっていて3%ほどのLossなのでまあまあ優秀と言ったところだと思う。

 なおインピーダンスを50Ωとしても実測してみたが、通過損失及び遮断特性ともに75Ω測定と大差なかった。何となく気持ち良くないが、そのまま50Ω系でも使えそうだ。たぶん50Ωのリグにそのまま使って問題はないだろう。 手持ちをインターフェア対策に試して効果的なら使っていて支障はない筈だ。

                 ☆

 50Ωで使うとてんで乱れてしまい使いモノにならないかと思っていた。その点はやや意外だったが、やはり気持ちが悪いので、ここはちゃんと50Ω用に改造してみようと思う。 今では十分な評価手段があるのだから改造も難しくない。

 遮断周波数とインピーダンスによるざっとした机上の検討ではコンデンサの追加が必要だ。ハイパワー用にするつもりはないから、ディップド・マイカや電力用セラコンで行けるだろう。 50Ωに変更するとコイルの方はカット方向になるので元のものを利用できるはずだ。 テフロン薄板を入手し銅板を切り抜いて任意容量のコンデンサを自作しても良いがちょっと面倒そうに思う。 さらに箱だけ流用して任意特性のフィルタを作ってしまうのも面白いかも知れない・・・などと思っている。

 この先、LF-30のLC値を実測しその結果を使った回路シミュレーション、さらには幾つかの改造指針について考えてみたい。de JA9TTT/1

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