Ｍｅｍｏｒａｎｄｕｍの小部屋

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ＤＤＳで「とにかく変調」（その１）

　このＷｅｂページは「ＵＳＢシグナル・ジェネレータキット（ＵＳＢ−ＤＤＳ） [ #52003 ]」でＡＭ変調をかける事を試みた結果を記録として残した個人的なメモです。　 とにかくＡＭ変調できれば良しとして、性能・機能については一切言及していません。　その点、ご了承願います。

−　目次　−

１．はじめに

２．「ＵＳＢ−ＤＤＳ」抵抗Ｒ３（２．２ｋΩ）有り

３．「ＵＳＢ−ＤＤＳ」抵抗Ｒ３（２．２ｋΩ）無し

４．動作確認

５．ラジオによる復調波形

１．はじめに

　ＡＭ放送を受信するＡＭラジオの動作確認に際して、受信周波数範囲を確認するために「ＵＳＢシグナル・ジェネレータキット（ＵＳＢ−ＤＤＳ） [ #52003 ]」（以下、「ＵＳＢ−ＤＤＳ」と略す）などの発振器を利用しています。　ただの発振器では搬送波のみのため、ＡＭラジオ音声は受信時の雑音が消えて消音状態となり、本当に受信できているのだろうかと不安になります。　やはり変調機能を有するテストオシレータが欲しいと思い、ＤＤＳ出力用のＡＭ変調器を製作したいと思っていました。

　その一環で、「ＵＳＢ−ＤＤＳ」で使われているＡＤ９８５１関連の資料を探していると、ＡＮＡＬＯＧ　ＤＥＶＩＣＥＳ社　ＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮ　ＮＯＴＥ　ＡＮ−４２３「Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＡＤ９８５０　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｚｅｒ」を見つけました。

出典元　https://www.analog.com/jp/resources/app-notes/an-423.html

【　ＡＮＡＬＯＧ　ＤＥＶＩＣＥＳ社　APPLICATION　ＮＯＴＥ　ＡＮ−４２３　】

　この資料はＡＤ９８５０用ですがＡＤ９８５１にも適用できるようです。　この資料では汎用ＦＥＴ（２Ｎ７０００）を用いた簡単な回路でＡＭ変調をかける方法について記載されています。　ただし、綺麗なＡＭ変調信号（Ｆｉｇｕｒｅ　１（Ａ））を得るためには「ｂｒｏａｄｂａｎｄ　ＲＦ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ」が必要です。　今回はＡＭ変調がかかればよいと割り切り「とにかく振幅変調」（できればＦｉｇｕｒｅ　１（Ｂ）のような信号）を目指しました。　また、使用するＤＤＳはいつも利用している「ＵＳＢ−ＤＤＳ」としました。

２．「ＵＳＢ−ＤＤＳ」抵抗Ｒ３（２．２ｋΩ）有り

　ＡＮ−４２３「Ｆｉｇｕｒｅ２．ＲＳＥＴ　Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ」を参考にして「ＵＳＢ−ＤＤＳ」向けの「ＲＳＥＴ制御基板」を製作しました。　「ＵＳＢ−ＤＤＳ」基板ＡＤ９８５１の１２番ピン（ＲＳＥＴ）は抵抗Ｒ３（２．２ｋΩ）を介してＶＲ２のセンターピンに接続されています。　今回の改造ではこのＶＲ２を取り去り、ＶＲ２のセンターピンのスルーホールから基板外部に信号を取り出すことにしました。　そのため、ＲＥＳＴは最小抵抗値２．２ｋΩとなります。

　最初にＲＳＥＴ抵抗値を変更した際の「ＵＳＢ−ＤＤＳ」ＯＵＴ２（ＡＤ９８５１　２１番ピン（ＩＯＵＴ）信号）電圧振幅、ＢＮＣ出力電圧振幅の変化を測定しました。　ＢＮＣ出力電圧振幅は本来は５０Ω終端で測定すべきですか、本Ｗｅｂページでの測定はオシロスコープ入力１ＭΩ受けで観測しています。　そのため、ＯＵＴ２（ＡＤ９８５１　２１番ピン（ＩＯＵＴ）信号）電圧振幅の２倍の電圧となります。　また、発振周波数はＡＭラジオを想定して「ＵＳＢ−ＤＤＳ」設定周波数を１ＭＨｚとしました。　

【　ＲＳＥＴ抵抗値特性　】

　次に、ＡＮ−４２３「Ｆｉｇｕｒｅ２．ＲＳＥＴ　Ｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ」の抵抗Ｒ２を１．５ｋΩから４７０Ωに変更した「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．０）」を製作しました。　なお、キャパシタＣ１は手持ちの関係から５１０ｐＦの代わりに４７０ｐＦを利用しました。　また、入力段の抵抗Ｒ１はＶｓｉｇを音声領域で利用しますので５０Ωの必要はないと判断して１０ｋΩに変更しました。　今回製作した「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．０）」の回路図を下記に掲載します。

【　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．０）」回路図　】

　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．０）」の入力ＶｓｉｇにＤＣ電圧を加えて入出力特性を測定しました。　測定例としてＶｓｉｇ＝２．１Ｖｄｃ時の波形確認画面を掲載します。　なお、目盛りを表示できるように画像をレタッチしたためＣＨ２（水色）とＣＨ４（青色）の区別ができなくなりました。その対応としてＣＨ説明欄に波形形状や波形位置などの識別を追記しています。

【　入出力特性測定時波形（Ｖｓｉｇ＝２．１Ｖｄｃ）　】

　この画面のＣＨ３／ＣＨ４のＰｅａｋ−ｔｏ−Ｐｅａｋ電圧Ｖｐｐ測定表示の数値を利用して、Ｖｓｉｇ＝１．９Ｖｄｃ〜２．４５Ｖｄｃ間の入出力特性をグラフ化しました。

【　入出力特性（Ｒｅｖ．０回路）　】

　上記結果のように制御電圧（Ｖｓｉｇ）の電圧を変更することで各出力が変化することを確認できました。　なお、制御電圧（Ｖｓｉｇ）を変化させてもＡＤ９８５１の１２番ピンの電圧は約１．２７Ｖｄｃ前後で一定でした。

　入出力特性（Ｒｅｖ．０）では制御電圧（Ｖｓｉｇ）の変化に対してＢＮＣ出力振幅／ＯＵＴ２出力振幅がほぼ線形に変化する領域はとても狭い結果でした。　この結果よりそれなりの直線性で変調をかけることのできるＶｓｉｇ領域は２．１〜２．５Ｖ程度ととても狭い結果となりました。　ちなみにＡＮ−４２３（ＡＤ９８５０）によればオフセット電圧約２．３Ｖ、振幅１．５Ｖｐｐとの記載があります。

　期待するような観測結果が得られないのを覚悟でＶｓｉｇに１ｋＨｚ正弦波を加えて波形観測しました。　正弦波はオフセット電圧約２．１Ｖ、振幅０．５Ｖｐｐです。　また、１ｋＨｚ方形波を加えた波形も参考までに掲載します。

【　ＡＭ変調時波形（１ｋＨｚ正弦波）　】

【　ＡＭ変調時波形（１ｋＨｚ方形波）　】

　上記波形のようにＣＨ３波形はＶｓｉｇ波形とは異なった波形となりました。　「ＵＳＢ−ＤＤＳ」基板抵抗Ｒ３が邪魔しているようです。　ＡＭ変調さえかかればよい「とにかく振幅変調」ではこれでよいですが、ＡＮ−４２３の再現にもう少しトライすることにしました。

３．「ＵＳＢ−ＤＤＳ」抵抗Ｒ３（２．２ｋΩ）無し

　ＡＮ−４２３の再現のために、「ＵＳＢ−ＤＤＳ」抵抗Ｒ３（２．２ｋΩ）無しの状態で測定をすることにしました。　「ＵＳＢ−ＤＤＳ」抵抗Ｒ３（２．２ｋΩ）において、ＡＤ９８５１の１２番ピン側のランド（パッド）から電線を引っ張り出して「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．１）」に接続することにしました。　その際　「ＲＳＥＴ制御基板」の抵抗Ｒ１２をＡＮ−４２３に準じて１．５ｋΩに変更しました。　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．１）」の回路図を下記に掲載します。　

注意：回路図中の部品番号をＡＮ−４２３から変更しています。

【　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．１）」回路図　】

　　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．１）」の入力ＶｓｉｇにＤＣ電圧を加えて再び入出力特性を測定しました。　するとＶｓｉｇ電圧の比較的低い領域で波形が安定しない現象が生じました。　その一例としてＶｓｉｇ＝２Ｖｄｃの観測波形を下記に掲載します。　なぜか安定であるべきＶｓｉｇ＝２Ｖｄｃの波形自体が変動（不安定）しています。　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．１）」回路図の問題ではなくＶｓｉｇ信号源の問題かもしれません。

【　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．１）」波形例（Ｖｓｉｇ＝２．０Ｖｄｃ）　】

　これでは入出力特性を採ることができせん。　本来は原因調査をしないといけないのですが、そこは「とにかく振幅変調」の都合の良いところで動けばいいのです。　スキルの無さを横に置いておいて、経験的にキャパシタ追加を試みることにしました。　まずはＶｓｉｇラインにキャパシタＣａ（０．１μＦ）を追加しました。

【　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．２）」回路図　】

　　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．２）」の観測波形を下記に掲載します。　相当改善されましたが、まだ不安定な領域が残っています。

【　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．２）」波形例（Ｖｓｉｇ＝２．０Ｖｄｃ）　】

　キャパシタＣａは信号源の容量性負荷となりますので、これ以上の静電容量増加は好ましくありません。　そのため、今後は　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．２）」の出力側にキャパシタＣｂ（０．１μＦ）を追加することにしました。

【　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．３）」回路図　】

　　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．３）」の観測波形を下記に掲載します。　これならば入出力特性の採取はできそうです。

【　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．３）」波形例（Ｖｓｉｇ＝２．０Ｖｄｃ）　】

　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．３）」を用いて入出力特性を再測定した結果を下記に掲載します。

【　入出力特性（Ｒｅｖ．３回路）　】

　入出力特性（Ｒｅｖ．３）では制御電圧（Ｖｓｉｇ）の変化に対してＢＮＣ出力振幅／ＯＵＴ２出力振幅がほぼ線形に変化する領域に改善が見られました。　この結果よりＶｓｉｇ利用範囲はＶｓｉｇ＝２．３〜３．３Ｖ（オフセット電圧２．８Ｖｄｃ，振幅１Ｖｐｐ）としました。

４．動作確認

　前記結果を基にして「とにかく変調」の動作確認をしまた。　その前に「ＲＳＥＴ制御基板」外観、測定時外観を掲載します。

　「ＲＳＥＴ制御基板」は手元にあったユニバーサル基板の端切れを利用して製作しました。　製作当初は簡単な回路なので適当に端切れ基板を用いて「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．０）」を製作しました。　ところが「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．１）」回路では抵抗Ｒ１２を１．５ｋΩに変更する必要がありました。　その際、端切れ基板に空きスペースが有ったこと、「ＲＳＥＴ制御基板）」の部品点数が少ない事より「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．０）」を改造するのではなく、空きスペースに「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．１）」回路を追加することにしました。　このような経過を辿り、端切れ基板利用の「ＲＳＥＴ制御基板」には「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．０）」回路と「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．１）」回路の２回路を搭載することになりました。　その後、キャパシタＣａ・Ｃｂの追加が必要となりましたが、キャパシタＣａ・Ｃｂは「ＲＳＥＴ制御基板」のハンダ面側に取付けています。

左側：「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．３）」回路

右側：「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．０）」回路

【　「ＲＳＥＴ制御基板　外観１　】

【　「ＲＳＥＴ制御基板　外観２　】

【　「ＲＳＥＴ制御基板　外観３　】

　次に、「ＵＳＢ−ＤＤＳ」基板Ｒ３抵抗有り時のＶＲ２センターピン用スルーホールからの信号取出し、「ＵＳＢ−ＤＤＳ」基板Ｒ３抵抗無し時のＡＤ９８５１の１２番ピンからの信号取出し状態を下記に掲載します。

【　信号取出し状態　】

　次に波形観測時の様子を下記に掲載します。

クリップでＶｓｉｇ信号を入力しています。

【　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．０）」接続状態　】

クリップでＶｓｉｇ信号を入力しています。

【　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．３）」接続状態　】

【　「ＲＳＥＴ制御基板（Ｒｅｖ．３）」波形観測時状態　】

　いよいよ変調動作確認です。　信号源は「高機能アクティブラーニングモジュールＡＤＡＬＭ２０００」を用いました。　これはオフセット電圧、信号振幅電圧を独立して設定できます。　今回の用途にピッタリです。　観測結果を下記に掲載します。

【　オフセット電圧（Ｖｓｉｇ＝２．８Ｖｄｃ）相当時　】

【　ＡＭ変調時波形（１ｋＨｚ正弦波）　】

【　ＡＭ変調時波形（１ｋＨｚ方形波）　】

【　ＡＭ変調時波形（１ｋＨｚ三角波）　】

【　ＡＭ変調時波形（１ｋＨｚ台形波）　】

【　ＡＭ変調時波形（１ｋＨｚ上昇のこぎり波）　】

【　ＡＭ変調時波形（１ｋＨｚ下降のこぎり波）　】

【　ＡＭ変調時波形（１ｋＨｚ階段波）　】

　ＡＮ−４２３のＦｉｇｕｒｅ　１（Ｂ）のような信号にならない（波形歪みがひどくなりそうなのでＶｓｉｇ電圧を低くできない）、Ｖｓｉｇ信号の急変時にリンギングのような波形変動生じているなど突っ込み所満載の観測結果です。　そうは言っても当初目標の「とにかく振幅変調」は達成できました。　当面はこの状態で利用することにしました。

５．ラジオによる復調波形

　最後に手持ちラジオによる復調時の音声波形を観測しましたので下記に掲載します。

【　信号復調時波形（１ｋＨｚ正弦波）　】

【　信号復調時波形（１ｋＨｚ方形波）　】

【　信号復調時波形（１ｋＨｚ三角波）　】

【　信号復調時波形（１ｋＨｚ台形波）　】

【　信号復調時波形（１ｋＨｚ上昇のこぎり波）　】

【　信号復調時波形（１ｋＨｚ下降のこぎり波）　】

【　信号復調時波形（１ｋＨｚ階段波）　】

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