ハム三昧:

カテゴリ<SDR> [ 自作 dsPIC]

秋月で扱っている安いdsPICを使い、安いSSBジェネレーターが実現できないか実験したところ、一応SSB信号の発生には成功したものの、出来上がった信号のスプリアスレベルが大きく、SSBジェネレーターの実験は失敗してしまいました。　しかし、せっかく、試作基板を作った事も有り、何かに活用できないか、考えていたところ、デジタルマイクコンプレッサーが出来るかもしれない。そこで、目的を変更して、実験を継続する事にしました。

無線機の平均変調度を上げて、了解度を改善する手段として、RFスピーチプロッセッサーと言うのが昔から存在します。　これは、低周波のままで、音声圧縮を行うと、どうしても、歪が増加してしまうのですが、一度、高周波のDSBに変換し、この高周波の尖頭レベルをクリップした後、フィルターを通し、元の音声信号へ復調すれば、歪の少ない圧縮された音声信号が得られるというものです。

従来は、ダブルバランスミキサーでDSBを作り、片方のサイドバンドのみをメカニカルフィルターや同等のフィルターで取り出した後、これにBFOを当て、元の音声信号に戻すという構成をアナログ回路でやっていました。　今回、これを全てデジタルで行います。

上のブロック図が今回実験するマイクコンプレッサーの構成図です。　オールデジタルと言っても、マイク信号をデジタル処理出来るレベルまで増幅する手段や、ADCの中で発生するエイリアシングノイズ対策及び、DAC出力に現れるサンプリイング周波数の漏れを対策する為のLPFはアナログ回路で作る必要があります。

マイクのすぐ後にあるリミッターアンプはADCが飽和しないようにレベルの先頭値を規制する為のもので、通常ALCと言われるICです。その後のオーディオLPFはOPアンプやLCで構成する3KHz以下を通すLPFです。　DSPと書かれた枠内にあるブロックが今回採用するdsPIC33FJ32GP202となります。ADCで12bitのデジタルに変換された信号は、10KHzのローカルオシレターの信号と掛け算され、キャリアの無いDSB信号となります。　その信号を16bitの最大先頭値信号から24dB低いレベルで、プラス／マイナスともクリップし、それより高いレベルは全てフラットにします。　次にクリップされたDSB信号のUSBのみをBPFで取り出し、この信号と10KHzのBFO信号を掛け算し、元の音声信号を復調します。　ただし、この復調信号には多くの帯域外ノイズが含まれいますので、3KHzのLPFを通した後、DA変換して、音声信号に戻します。　

このブロック図は原理図であり、実際の回路では、マイク感度とコンプレッサーレベルの調整の為、入力部と出力部に可変抵抗が追加され、色々なトランシーバーに接続出来るようにします。

私が作るコンプレッサーは、自作の無線機で使う事だけを条件にしますので、出力レベルは自作無線機に必ず付いているAUX端子のレベルに合わせる事にしています。

マイクコンプレッサー配線図　MIC_COMP_01.pdfをダウンロード

上の波形は、入力レベルを3VppでADCに加え、DSP内部にて、-24dBのレベルでカットした信号のDAC出力です。左が1KHz、右が400Hz。　-24dB下の波形は0.3Vppより少し低いレベルになりますので、カットされた波形は、ほとんど台形波形ですが、ごらんの通り、1KHzはほぼ正弦波に戻っており、400Hzでも、完全とはいかないにしろ、高調波歪はかなり抑えられています。

実際にマイクコンプレッサーとしてまとめるには、マイクゲイン、クリップレベル、DAC出力レベル等を、無線機の仕様に合わせる為、可変抵抗が必要になります。　特に、クリップレベルは実験しながら決める必要がありそうです。

ソースファイル

MIC_complessor.cをダウンロード

TapAUDIO127_BPF_KS.hをダウンロード

TapUSB255_BPF_KS.hをダウンロード

INDEXへ戻る

カテゴリ<SDR> [ 自作 dsPIC]

dsPICを使ってSSBジェネレーターを製作し、7MHzトランシーバーや160mバンド用SSB送信機を作成、実用しております。　秋月で取り扱うdsPICも最近の仕入れのものは、かなり価格を上昇しておりますが、昔から置いてある部品は価格据え置きで販売されております。　その中で、特に安いと思われるdsPIC33FJ32GP202というDIP 28pinのdsPICマイコンが有ります。現在の価格は180円で、本命のdsPIC33FJ64GP802と比べて大きな差があります。　機能的には、内臓16bit DACが無くなり、ROMもRAMもサイズダウンしていますが、DSPエンジンは同じものが使われています。

このGP202と外付けのDACを使い、安いSSBジェネレーターが出来ないかの実験記です。

上が、今回実験に使うSSBジェネレーターの回路図です。　dsPICとDACを合わせて280円です。

仕様はLSB USB AM CWの送受信機能付きです。もちろん、送信機のみ、或いは受信機のみとしても使う事ができます。　GP802タイプのdsPICに比べてRAM容量が２KBしかなく、ジェネレーターとして必要なFIRのTAP数に大幅な制限がでますが、そこは音質（音声帯域幅）を了解度が落ちない程度に抑えて、新スプリアス対応可能なものを目指します。　この条件で設定したDSPの基本仕様は以下のようにしました。

RAMの容量制限対策の為、AUDIO BPF部分のTAP数は127、IF BPF部分のTAP数は255とします。いずれも専用のリングメモリーをRAM上に確保しなければなりませんが、リングメモリーとして、X data 領域及びY data 領域上に確保出来るサイズは２のn乗でなければならず、２KBのサイズの中に、ふたつのリングメモリーとそれぞれ用のTAP係数データもこのX及びY領域に配置する必要があります。　これは、DSP命令のアドレッシングモードがX,Y　RAM領域しか機能しない為です。（リングメモリーのサイズは２のN乗という制限が付きますが、TAP数はこのサイズ以下の奇数なら何でも良い）　Float形式のTAP係数はconst指定で、プログラム領域に読出し専用データとして、保存して置き、dsPICが立ち上がる都度必要なFloatデータを符号付整数に変換してＸ及びＹのRAM領域にコピーする事で、RAM使用量を80%以下に抑えています。

DACが内蔵されていないので、外付けのDACが必要になりますが、ちょうど、秋月にて、16bit　2chのラダー抵抗タイプのDAC　PT8211が100円で販売されており、これを採用する事にします。このDACはオーディオ用として作らており、符号付整数にて、DA変換を行いますので、便利です。

これらを踏まえた上で、とりあえず、送信モードのみ動作するプログラムを作成し、基本機能の確認を行いました。

40KHzのサンプリング周波数で10KHz（右上の波形）を出力していますので、理屈的には、このような波形になる事は判るのですが、オリジナルのGP802を使った時は、このような波形にはならず、少なくとも確認した12KHzの信号でもきれいな正弦波でした。

100円のDACがおかしいのかもと、Microchipの330円のDACに換えてみましたが、波形は同じです。　どうもGP802の中で使われているDACが特殊なDACなのかも知れないと調べてみると、デルタシグマ変調タイプのDACである事がわかりました。　ΔΣ変調型DACというのはかなり高次のオーバーサンプリングを行い、1bitデジタルデータに変換した後、これをフィルターで元のアナログ信号に戻しているもので、サンプリング周期内のレベル補間がスムースに行われる事が特徴であり、最近のデジタルオーディオは、ほとんどΔΣ型らしい。　今回使ったのはラダー抵抗型というもので、DACとしては、一番簡単なICです。そして、これがミキサーを通してUSBやLSB信号になったとき、どうなるかは判りません。

10KHzキャリアと1KHz信号をミキサーにかけ、後段のBPFを通った、LSBとUSBのスペクトルを見てみました。

案の定、余計なスプリアスが出ていました。異常スプリアスと示したスペクトルがそれです。　ただし、スプリアスが有っても、許容値以内なら問題ないのですが、一番大きいもので基準より-44dBくらいしか減衰していません。　これはHFの場合、50dB以上、50MHｚの場合、60dB以上低くなければならず、NGです。

オーディオ発振器をスィープさせ、それをオーディオスペアナでピークホールドしてフィルター全体のスプリアスを見てみました。