2017年3月21日火曜日

斬新!猫に蛸です。


デザインは昔々からのもの。専門家曰く猫(招き猫)と蛸(多幸)の目出度い組み合わせ。


サイドはこんな感じ。手作りゆえ土人形の表情はすべて違います。

山形県米沢市・相良人形


2017年3月18日土曜日

TRIO FMチューナ KT-9900 近代化改修: FPGA書き込みケーブルが使えない

FPGAのソフトを少し変更し、書き込もうとしましたが、iMPACT が書き込みケーブルを認識しません。デバイスマネージャはちゃんと認識しているのになぜ?


Console画面をよく見るとこんなメッセージが。
Connecting to cable (Usb Port - USB21).
Checking cable driver.
 Driver file xusb_xlp.sys found.
 Driver version: src=1029, dest=1029.
 Driver windrvr6.sys version = 11.5.0.0. WinDriver v11.5.0 Jungo Connectivity (c) 1997 - 2014 Build Date: Jan 26 2014 x86_64 64bit SYS 13:30:18, version = 1150.
Invalid device driver license.Cable connection failed.
Webの記事を参考にデバイスマネージャからドライバーの更新を試しましたがNG。次にドライバの再インストールを行って無事認識できました。
  • デバイスマネージャでJungo ConnectivityのWinDriverをアンインストール
  • C:\Windows\System32\drivers\windrvr6.sysを削除
  • スタートを右クリック ⇒ コマンドプロンプト(管理者)⇒ C:\Xilinx\14.7\ISE_DS\ISE\bin\nt64\install_drivers.exe を実行
しかし、1月にはちゃんと動いていたのに何が原因だったんだろう?

2017年3月12日日曜日

TRIO FMチューナ KT-9900 近代化改修: フロントエンドの利得低下

フロントエンドを改修してミキサに入る前で信号を引き出して使っています。当初の利得は13~14dBでしたが、気がつくとほぼ0dBに低下していました。これは、新品交換したはずのトリマコンデンサの不良が原因で再度別のものに交換して対応完了。結果的に利得は18~19dBに上がりました。


当初はアンプの不良を疑い、2段あるFETの直流電圧をテスタで測定したところ正常でした。それならと、スペアナで直接レベルを見てようということでBNCケーブルにみの虫クリップを取り付けたテストリード線を作りました。直流カットのためコンデンサも直列に入れてます。これを使って、FETの段ごとの利得を確認しますが極端に利得が下がっているわけではないようです。



次に、同調調整をやり直します。すると、コイルの同調コアが1個割れていることに気がつきました。


割れたコアはドライバーで回しても空回りするばかり。千枚通しを駆使し砕いて丁寧に除去します。代わりに昔の東光のRFコイルのコアを移植して使います。このコアの交換後に再調整しましたが状況は改善しません。更には、調整中にまたコアが割れて回せなくなり心が折れそうになります。


さらに同調調整を進めていると今度は、トリマコンデンサを回すと大きくレベル変動するのに気がつきました。場合によっては10dB以上乱高下します。これ、新品交換したはずでしたがどうやら接触不良のようです。ジャンク箱を探すと表面実装用?エアトリマがあったので代わりに交換しました。


トリマコンデンサを交換して利得を測ってみると、結果的に従前よりも利得が上がっていました。利得差がトリマコンデンサの影響だったのかはよくわからないところです。
  • 76MHz受信時: 17.8dB
  • 83MHz受信時: 18.9dB
  • 90MHz受信時: 19.3dB

2017年2月20日月曜日

TRIO FMチューナ KT-9900 近代化改修: デジタルノイズかぶりで苦しむ

チューナを実際に使ってみるとデジタルノイズの影響を受けていることがわかりました。受信電界をかなり強めないと、ザーッ という雑音が目立ちます。さらには本来関係ないはずのケーブルに手を触れると状況が変化。デジタルノイズのかぶりを受けているようです。

ノイズ対策ですが、効果を定量的に比較してみたいと考えました。わかりやすい指標としてここでは20dBNQ法により受信感度を比較することにします。具体的にはRF無入力時に復調後のFMノイズ(ザーッというあれです)の電圧をオシロを使って測ります。そしてRF信号発生器からCW波を入れて復調電圧が20dB抑圧されるときのRF信号レベルが受信感度ということになります。

まずは、ノイズ対策前のすっぴんの状態で測ってみます。受信感度は-56dBm。地元FM局でもノイズ混じり、これはちょっとひどいです。

次に、FPGAチューナの入出力ケーブルにパッチンコア(クランプフィルタ)を取り付けてみます。
S/PDIF出力に取付: -61dBm
アンテナ入力に取付: -65dBm
アンテナ入力とS/PDIF出力に取付: -71dBm


上記写真をFPGAチューナ作者氏にお見せしたところ、基板アースは確実にシャーシに接続すること、コアは基板間近に、それにコアの内径はケーブル外径にできるだけぴったりのものがおすすめとアドバイスを頂きました。

そこで、FPGAチューナ基板のアースを金属スペーサを経由してシャーシに確実に接続すると -73dBm。次にFPGA基板のアンテナ入力、S/PDIF出力、電源入力のそれぞれの最寄りにフェライトビーズFB-801を取り付けると-77dBm。デジタルオーディオインターフェース基板とD/Aコンバータ基板を接続するI2S信号用フラットケーブルにFT82-43を取りつけて-80dBmまで改善しました。


アナログ基板の電源・アナログ出力ケーブルをまとめて大きなサイズのパッチンコアを取り付けると結構効き目があり-84dBm。さらにLCD基板の接続ケーブルにもフェライトコアFT37-43とFT50-43を取り付けて-87dBmとなりました。


さらにわかったこと。
I2S信号用フラットケーブルをシャーシに押しつけるとノイズが減ります。D/Aコンバータの基板のアースが浮いていたので試しにシャーシに接続すると、逆にノイズがめちゃくちゃ増えてしまいます。それなら、と、デジタルオーディオインターフェース基板を調べるとこれもアースが浮いてました。そこでデジタルオーディオインターフェース基板のアースをシャーシに接続すると、かなりノイズが減らすことができました。ここまでやって-96dBmまで改善できました。

2017年1月1日日曜日

TRIO FMチューナ KT-9900 近代化改修: FPGA FMチューナ基板を組み込み

FPGAチューナ基板の組み込みに合わせ、設計データを最新版に更新することにしました。最新版では、ワイドFM(FM補完放送)に対応するため、局発周波数が69.12MHzに変更されているほか、数多くの性能向上が盛り込まれています。さらにはシリアル設定モードに対応しているのは、うれしいところです。

ワイドFM対応の改修については、このサイトが詳しく大変参考になりました。ハード面では、アンテナ入力系のバンドパスフィルタの広帯域化と局発周波数の変更があります。今回は、KT-9900のフロントエンドを活用するという大命題があるので、基板上のフィルタ回路を使用しないことにしました。ワイドFMに対応させるには、外部にワイドFM用のバンドパスフィルタをもうけ、KT-9900のフロントエンドとスイッチで切り替えるしかないかなと思っています。 


次に発振モジュールの交換です。既存のモジュールをちゃんと交換できるか心配したのは杞憂でした。交換をも想定した基板パターン設計がなされているようです。


次に肝心な設計データの更新です。まずは、ISE 14.7をインストールしますが、64ビット版Windows10ではOpen Project と操作するとアプリがいきなり落ちてしまいます。それでもプロジェクトファイルをダブルクリックすると何事もなかったかのように動いてくれるのでそのまま作業を続けることにしました。
受信周波数の初期設定値を地元FM局の周波数に書き換えようと user_if.vhd を書き換え、Generate Programming Fileさせるところまではすんなり成功します。ところが設計データをFPGAに書き込もうとするとiMPACTが途中で異常終了してしまい進めることができません。

ネットで調べるとどうやら既知の不具合のようです。(こちらこちら

さて、iMPACTで基板にデータを書き込む方法をすっかり忘れてしまいました。とてもわかりにくいのでメモを残しておきます。FPGAチューナ基板には、ヒューマンデータ社のFPGAモジュール XP68-01が搭載されており、モジュール内のコンフィグPROMにデータを書き込みます。

ISEでManage Configuration Project(iMPACT)を右クリック⇒Run でiMPACTを起動します。


まずは設計データが記述されたbitファイルからPROMに書き込むために必要なmcsファイルに変換するために Create PROM Fileをダブルクリック



PROM File Formatter画面で、SPI Flash/Configure Single FPGA ⇒ Step2に続く 緑色 右矢印 ⇒ Storage Device(bits)  16Mを選択 ⇒ Add Strage Device ⇒ Step3に続く 緑色 右矢印 ⇒ File Format は MCS、必要があればOutput File Nameを指定



ファイル変換元の設計データを聞いてくるので top.bit を指定します。Add DeviceのポップアップはNoを選びます。



iMPACT ProcessesタブのGenerate Fileをクリックして mcsファイルへの変換を実行します。



Boundary Scan ⇒ Right click to Add Device or Initialize JTAG chainのウインドウで右クリック ⇒ Initialize Chain ⇒ Auto Assign Configuration Files Query Dialog は No



SPI/BPI を右クリックし Add SPI/BPI Flashを選ぶと、PROMに書き込むファイルを聞かれるので先ほど生成したファイル(mcsファイル)を指定する。



PROMデバイスとして、M25P16を指定します。



これでようやくPROMへの書き込み準備ができました。FLASHを右クリックしてProgramを実行します。このとき、FPGAモジュールのコンフィギュレーションモードをMaster Serial/SPIに設定(SW1 ON) しておく必要があります。



ところで書き込みに失敗した話です。PROMに書き込もうとしたらidcodeが不一致だと言ってFailしてしまいます。デバイスを自動認識できているくせに Device IDの読み出しにも失敗します。ネットの情報によると書き込み器とFPGAのあいだのJTAG波形が不適切なせいだとのこと。でもこのケーブルで書き込み実績はあるはずです。FPGAチューナの作者様に相談したところケーブルコネクタの抜き差しを試せとの回答があり、やってみるとあっさり解決。どうやらコネクタの接触不良が原因だったようですが何だこりゃという感じでした。



2016年12月22日木曜日

TRIO FMチューナ KT-9900 近代化改修: フロントエンドの特性確認

今回、フロントエンドは既存のものを流用するのでどんな特性か測ってみました。
アンテナ入力からデュアルゲートMOSFET CC3588DEと2SK125の2段高周波アンプの出力がダブルバランスドミキサに接続されているので、ここを切り離し、RF段の通過特性を確認します。また、局発信号もレベルを見ることにしました。

まずは、アンテナ入力にSGから -50dBmを入れて RF段の出力を見てみます。

  • 76MHz受信時: -36.1dBm
  • 83MHz受信時: -36.7dBm
  • 90MHz受信時: -36.1dBm
SG周波数を指でスイープさせRF段の通過特性を見てみます。通過域が平坦ではないのは調整がマズいからですが、これなら十分ですかね。



同調つまみを廻していたら、76MHz付近限定で急に寄生発振らしきものが起きてしまいます。こんなのどうやったら止められるんでしょうか。



これは、局発の通り抜けです。と言っても直接繋がっているわけでもなく電源かどこかから入り込んで来ているようです。



次は局発。まずレベルから。
  • 76MHz受信時: 12.4dBm
  • 83MHz受信時: 12.2dBm
  • 90MHz受信時: 10.8dBm

そしてスペクトルは、こんな感じ。自励発振器そのものなのでシンセみたいにスペクトルのひげは生えていませんが、、、お世辞にも良いとは言えない感じです。これが経年劣化の結果でしょうか。IF信号には、このノイズがそっくり重ね合わされることになります。





そういえば位相雑音の解析機能があったことを思い出しました。結果はだいたい同じです。


2016年12月19日月曜日

Web公開SDR受信機でUVB-76受信体験

ロシアから発信されているUVB-76という短波放送をご存知でしょうか。以前、知人から単調なブザー音を何十年も流し続けるナゾの短波放送の存在を聞き、ネットで調べるとオカルトじみた取り上げ方をされていて興味を持ちました。周波数は4,625kHzと6,998kHz。短波ラジオで受信を試みるとかすりもしなかっとことを覚えています。

ところが最近、Web公開されているSDR受信機の存在を知り、再度チェンレンジしたところあっさり受信できるではないですか。とても驚きました。まずは次のリンクを試してみてください。電波伝搬の都合で時間によって受信状態がよい周波数は変わります。


出典: http://websdr.ewi.utwente.nl/


ところで、このWeb公開SDR受信機の本家はWebSDRです。ここのホームページに世界各地へのリンクが張られていますが、欧米中心でアジア地区は少ないですね。WebSDRの凄いのは、複数ユーザで同時利用できることでしょうか。オランダ Twente大学のWebSDRは、"415 users"なんて書いてあって、いったいどういう仕組みなのかと驚きます。

何はともあれ、彼の地のラジオを聞いて、楽しむことができそうです。