DSPチップを使ったエアバンド受信機のデバッグ進捗 Debugging is on the way

Si4732を親受信機にして、TA2003フロントエンドにSi5351aモジュールのLOを組み合わせコンバータとして付加したエアバンド受信機を設計試作しています。ブロックダイヤグラムは次の通りです。エアバンド通信の受信方式はダブルス―パーで、FM放送はSi4732で直接受けることにします。

I'm debugging the Si4732 airband receiver with TA2003 and Si5351a. This is a double super heterodyne. FM broadcasting wavw is coming directly into Si4732. The block diagram is below.

Block diagram

設計した基板でFM放送受信はできるようになりました。Si4732以下の構成が動いたということです。エアバンド信号はSi5351aの局発信号とTA2003ミキサーで中間周波数21.4MHｚに変換します。このミキサーTA2003部で苦戦しています。Arduinoのスケッチ構成ですが、昨年作ったR909エアバンド受信機スケッチを基に、PU2CLRのライブラリーを組み込み、Si5351aによる周波数設定と、Si4732による受信信号制御を行います。

I could receive the FM broadcasting wave. So Si4732 is working well. Airband radio signal is converted into 21.4MHz inermediate frequency and feeds into Si4732. I combined R909 sketch with PU2CLR library.

この試作ではTA2003のフロントエンド部だけをミキサーで使います。何か参考情報がないかと、WEBで事例を探してもあまりヒットしません。中国エアバンド受信機キットR80のV7ではTA2003を二個使いで一個をミキサーとしてフロントエンドだけ使っています。ワタシはR80のV6を作ったんですが、V7を作った人に聞いたところではV7はV6とそん色ない感度だということでした。V６の構成はLNAがNE5204、第1ミキサーがNE602、第2ミキサーがMC3361、復調部がTA7640です。V7は第1ミキサーがTA2003、復調部がTA2003です。今回試作ではV7回路を参考にしたR909を参考にしました。第一ミキサーをTA2003にし、復調部をSi4732にしました。

For this design I use TA2003 is only mixer. There are scarcely the examples for those. I ever assembled R80 V6 radio kit. I asked a certain engineer who assembled R80 V7 kit.

He gave me the information about V7. Sensitivity is so so.

R80 V6回路図

　　
R80 V7回路図

さて、本日実験でTA2003ミキサーの利得が低い原因がひとつ分かりました。TA2003のFMRF-OUTの負荷抵抗の値が間違っていただけなんですが・・。一つ解決しましたが、しかしまだ期待するほどの利得がありません。フィルター部コイルの調整がまずいようで、次はnanoVNAを使って調整が必要です。

Today I found the reason why TA2003 gain. I mistook the resister value of TA2003 FM-RF-OUT being 10 k ohm. Correct is 1k ohm. The front end coils are not tuned well yet. I shall use nano VNA for trimming.

本日のTA2003ミキサー不調の原因を探る時、役に立ったのはTA2003データシートに記載されていた動作時の端子直流電圧です。以前、アナログ局発のキットの時もR80/V6の時もアクティブ素子の端子電圧リストを作りましたが、デバッグ時にはやっぱりこの手の資料が役に立ちますね。比較表から信号＃1，１５の電圧がおかしいことからFM-RF-OUTの負荷抵抗を間違っていたことに気が付きました。

I could utilise the DC voltage list of every pin node of TA2003 from the data sheets.

TA2003データシート

Node DC voltage

youtu.be

引用するスケッチの関係で、この試作デバッグでは表示に1602AのLCDを使っていますが、完成形ではOLED1306にしたいと思っています。

For this debugging I'm using 1602A LCD for supported sketch. I shall change it to OLED later.

1個 ATMEGA328P-PU ATMEGA328P DIP-28 IC

KKHMF 2個 Si5351A Si5351 I2C クロックジェネレータブレークアウトボード8KHz-160MHz I2Cコントローラクロックジェネレータ Arduinoと互換

www.pcbgogo.jp

Si4732＋TA2003＋Si5351aを使ったエアバンドレシーバ開発実験中 I'm trying to assemble the Si4732&TA2003&Si5351a airband radio

ずいぶん前からSi4732/35チップを使ったエアバンド受信機を作ろうとしています。Si4732/35チップを手掛ける前に、マルタ島のJasonさんが回路設計し、Arduinoのスケッチは共同設計したR909(TA2003を2個使い＋Si5351a局発）で色々勉強しました。そのR909回路方式から影響もあり、Si4732を使うエアバンド受信機の構成はTA2003ミキサー、親ラジオSi4732と言うことになりました。

The new airband radio configured with Si4732&TA2003&Si5351a is depending on R909 design. R909 has TA2003 mixer with Si5351a and TA2003 FM/AM radio. Si4732 shall replace with TA2003 radio.

R909 SDR Block diagram

基板はKiCADで設計し深センの基板屋さんに依頼しケアレスミスで失敗。そこで、作り直しは心機一転PCBGOGO the PCB supplyer for PCBGOGOに変えました。(日本語でやり取りし、ケアレスミスも指摘してくれたので、助かりました）

I asked to produce the PCB for Shinseng PCB supplyer but I missed to check after panelised data which was discarded the solid pattern connection to GND. After then I changed the PCB supplyer for PCBGOGO.

現在デバッグ中ですが、R909のスケッチ（Si5351aで周波数設定制御)にPU2CLRライブラリー(Si4732の信号復調制御)を引き込むという着想は良かったと思うんですが、なかなかまともに動きません。回路バグ(べたアースパターンの一つがICのGNDにはつながっていたが、おおもとのGNDに繋がっていなかったのでSi4732が浮いていた)は大体取れたはずなので、それを確認するためにPU2CLRのシリアルポート経由でパラメータ設定するデバッグプログラムにSi5351aのGITHUBのライブラリーを引き込んでテストプログラムを作りました。このテストプログラムでSi4732を設定、RSSIを読んだり、Si5351aの周波数を設定したりします。テスト用RF信号源はPANEL部を利用しています。

Now I'm debugging but it does not work well. The sketch may be insufficient. To confirm the circuit operation, I diverted the serial port control sketch of PU2CLR library. This one can operate SI4732 and also set the frequency on Si5351a.
テストスケッチシリアルポート画面

この開発ではRF部、PANEL部、デバッグ用PANEL部の3種の基板を設計しましたが、現在デバッグはR909スケッチ利用することから表示は1602になり、デバッグ用PANEL部とRF部の組み合わせで行っています。そして、PANEL部はRF信号発生器として活躍しています。

On this developping I designed three kinds of PCB. RF part, Panel part, and Panel for debug part.

デバッグ組み合わせ

バッテリー動作RF信号源

そういうことで、今日の紹介するのは次の2点です。　This time I will introduce 2 things as below.

1.R909スケッチ（Si5351aで周波数設定制御)＋PU2CLRライブラリー(Si4732の信号復調制御)テストスケッチ。　Arduinoのシリアルポートでコマンド入力結果出力です。コマンドのレパートリーは次。Serial port interfacing test program. The command repertry is below.

Type F to FM; A to MW; 1 to All Band (100kHz to 30MHz)
Type U to increase and D to decrease the frequency
Type S or s to seek station Up or Down
Type C or c to set AM 21.4MHz RX
Type P or p to set 80.0MHz on Si5351aq
Type Q or q to set 139.5MHz on Si5351aq
Type + or - to volume Up or Down
Type 0 to show current status
Type B to change Bandwidth filter
Type 4 to 8 (4 to step 1; 5 to step 5kHz; 6 to 10kHz; 7 to　100kHz; 8 to 1000kHz)
Type ? to this help.

エアバンド受信したいときはｃで中間周波数21.4MHｚをSi4732に設定。次にQでSi5351aをエアバンド用局発周波数139.5MHｚにし、139.5-21.4＝118.1MHｚ受信できるようにする。ＦＭだと周波数をＳＴＥＰで上げ下げできる。

0でＳＮＲ／ＲＳＳＩをモニターしてくれるので実験で役に立ちます。

2.バッテリー動作のRF発生器を作ってみよう　　I would like to make the battery operated frequency generator

On this blog I would like to introduce the serial port control sketch ermodelled from PU2CLR library and the battery operated frequency generator.

youtu.be

HiLetgo 0.96" I2C シリアル 128×64 OLED LCDディスプレイSSD1306液晶 STM32/51/MSP430/Arduinoに対応 ホワイト [並行輸入品]

KKHMF 2個 Si5351A Si5351 I2C クロックジェネレータブレークアウトボード8KHz-160MHz I2Cコントローラクロックジェネレータ Arduinoと互換

waves Arduino Pro Mini 互換ボード 328 5V 16MHz 2個セット

PCBGOGOの協力を得,PCBを作りました。記事中にプロモーションが入っています。

www.pcbgogo.jp

ーーーーーーーーーーーーーーー2024.05.01ーーーーー

この後、LCDからOLED表示に変え、ケースに入れました。

nobcha23.hatenadiary.com

”R909OLED” radio FMも聞ける航空無線ラジオ、OLED表示版

CesarSoundさんがPROJECT HUBに公開されている"10kHz to 225MHz VFO/RF Generator with Si5351 - Version 2"をもとに改造を加えR909に移植し、受信機を動かしました。移植する途中でいくつかの課題が見つかったので報告します。
I will report how to port "10kHz to 225MHz VFO/RF Generator with Si5351 - Version 2" on PROJECT HUB by Mr.Cesar Sound for ”R909OLED” radio . 

まずはブロックダイヤグラムです。 There is the block diagram.

ブロックダイヤグラム

1.Arduino UNO/pro miniのメモリー限界。特にRAMがOLEDの画面リフレッシュのため。EEPROMへのチャネルメモリーを入れていない。
2.R80 V7回路間違い。LM386の入力＃２がDCでは浮いており、DC変動があると低域異常発振をおこし、ノイズを出すようだ。
前段のFM62429のパラメータ変化で起こるみたいである。→２-３間に10ｋ入れたら改善した。
3.OLEDの画素書き込み時にラッシュ電流が流れ電源変動を起こすようだ。→OLEDの接続コネクタ根元に47uF入れたらましになった。
4.Si5351aの周波数補正のパラメーターをそのまま移植してたら、第一第二がそれぞれ5ｋHzぐらいずれていた。
12.8MHzTXCOで較正して、100Hz以内にしたら、音量・音質が良くなった。
5.ボリューム設定値を14段階の真ん中7ぐらいで聞きやすくするため、MAP関数をトライアンドエラー設定した。
1. I could not install EEPROM related function because of shortage for memory.
2. I found that LM386#2 shall connect the ground via about 10k ohm. Nevertheless LM386 may oscillate at low audio by full swing when DC level moves.
3. OLED comsumes much current when it works refreshing the display. That cause power level change to casue noise.
4. I got Si5351a mojule frequency error by refering 12.8MHz TXCO via the frequency counter. And I set it as a  #define XT_CAL_F   10000 roughly. I decreased error within less than 100Hz.
5. To set the central value as 7 of 14 range, I changed map function max as half.

とまあ以上のようなところを修正し、FM1放送も聞けるITMチャンネル対応航空無線ラジオ、OLED表示版”R909OLED”をまとめました。もともと1602A液晶用に窓を開けたケースにとりあえず入れたので、見た目いまいちです。The radio set is below. The case was diverted from 1602A LCD usage.

これでOLED表示のやり方を学んだので、OLEDを活用した機能の盛り込みを検討したいと思っています。
As I got the idea for OLED usage, I would like to utilize this furtherly.

youtu.be

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I have ported CesarSound's VFO sketch on R909 receiver. R909受信機にVFOスケッチを移しました

I designed a local oscillator PCB with Si5351a controled by Arduino. This panel portion PCB is containing Arduino, Si5351a module, and switches.

Si5351aを局発にした受信機を作ろうと思い、まずはCPUパネル部基板を起こしました。
（CPUはArduino po miniかATMega428Pが選択でき、表示は1602Aかi2c接続のLCD、発振器部はSi5351aモジュールを使う。その試作について先に報告しました。）

使ったスケッチは、CesarSoundさんがPROJECT HUBに公開されている"10kHz to 225MHz VFO/RF Generator with Si5351 - Version 2"をもとに改造を加えたもので、RF信号源を作りました。そして今回は、そのスケッチをR909に移植し、受信機を動かします。

R909 remodeled

I got CesarSound's VFO sketch on PROJECT HUB and edited it as a RF signal generator. This time furtherly I remodeled for R909 radio. In R909 sketch there is u8g2 library but the display design was 1602 format. I'm thanking CesarSound for providing nice material.

projecthub.arduino.cc

R909ではOLED表示を行く行く採用しようと思いu8g2はコンパイルオプションで入ってたんですが、画面設計は1602のまま。
今回はちょうどそのとっかかりでCesarSoundさんの画面デザインを参考に、機能移行しました。

jasonkits.bigcartel.com

メモリー使用量はフラッシュ87％、SRAM35％となり、EEPROM利用のチャンネルメモリーを入れるまではいきませんでした。
そのかわり、設定周波数を20波とり、局名呼称を簡易表示しました。ワタシは伊丹空港のそばに住んでいるので、118.1MHｚはITW（Itami ToWerとしました）KAPはKIXのアプローチとか。

As a result the flash memory size is 87%, and SRAM is 35%(about 700bytes). OLED function is asking about more than 1000bytes on running. I could not incorpolated EEPROM channel memory functions. Insteadly I determined 20 waves for my local station usage. ie: 118.1MHz=ITW(Itami ToWer), 132.4MHz=TSK(Tokyo control SHikoku sector).

操作ルールは次。
通常キーステイタス0の時はロータリーエンコーダー回すと指定ステップ周波数単位で受信周波数を増減。
ロータリーエンコーダーのプッシュスイッチでステップ周波数単位を増減。
機能キー１を押すとスイッチステイタスが2→3と変わり、2の時はボリューム値をロータリーエンコーダーで増減。3はスケルチレベル増減。
機能キー２を押すと設定周波数を次々と切り替え表示していく。

Operation rule.
Naturally the function status is "0" and the rotary encoder gives increment or decrement by step frequency value.
The crick by push button of the rotary encoder brings step frequncy change.
To push the function key 1 kicks the function status of "2" and "3". When "2", the rotary encoder gives increment or decrement for the volume level. When "3", the rotary encoder gives increment or decrement for the squelch level. 
To push the function key 1 calls the pre determined frequency one by one.

R909 newer display

R909ではRADIOは2003タンデムのアナログでしたが、次のラジオ基板はsi4735であり、容量が4kあるというPU2CLRライブラリーは積めそうにありません。

I would like to use Si4735/32 chip for the mother radio. On that case the capacity of PU2CLR of about 4k bytes are far more ATMega428P size.

www.youtube.com

R909 is an improved R80 V7 airband receiver R909はR80 V7の改良版

R909画面

When I assembled R909 radio, I found several improved points from R80 V7. As the R909 radio circuit has been improved from R80 V7's, It is useful for who would like to get better performance than R80 V7 . (R909 is an Arduino based FM/AM radio from JasonKits. )
www.tindie.com

R909ブロックダイヤグラム

1. To avoid parasitic oscillation.

When AM mode selected, the FM IF AMP input node of secondary TA2003's  is open at R80_V7. Then I checked #5 AGC voltage on airband channel receiving, and I got about 1V nevertheless being no signal. Its voltage should be several decade mV when no signal.

Mr. RADIO KITS IN JA taught me that  AM/FM SW signal manages to turn AM/FM circut inside and there is no need  to switch the Am/FM input lterminals outside of TA2003. After I had connected LT10.7#3, AM RF IN#16, and FM IF IN#8, I could seize parasitic oscillation for FM IF amp. So the second relay is avoided at R909.

2. TA2003#5 AGC shall be a stable squelch switching signal source.
The original squelch circuit of LMC6482 is detecting modulated sound. I prefer to use the carrier squelch. Therefore I utilize this AGC voltage for S-meter value and the threshold signal for the squelch open/close.   R909 is incorpolated AGC signal(#5) instead of unstable demodulated sound squelch.

3. Softly muting on the squelch activated.
As R909 is using the FM62429 for mute, the switching noise disappeared.

Inside of the R909 case.

Inside of the case

To improve above issues on R80_V7, the R909 radio is working very well.

At this time R909 display is 1602A. OLED display will come sooner.
 

R909エアバンド・FM受信機キットを組み立て、R80 V7での問題点が改良されているのを確認しました。アナログ部分はR80 V7を踏襲しているので、この改良の一部はR80　V7ユーザーにも有効です。またR80のPICマイコン制御ソフトはオープンではないのでハードウェア部分のみが引用可能です。

（なおR909はSi5351a制御部をPICからArduinoに切り替えています）

1.寄生発振の対策

RADIO KITS IN JAさんからご指摘いただいたのですが、TA2003はFM/AM切り替え信号で内部回路が切り替わるので、外部信号入力では切り替え不要とのことです。なのでAM指定時にリレー切り替えでFM　IN入力をオープンにする必要がありません。すなわち、AM信号に切り替え時にFM INをオープンにして寄生発振を起こすようなことは必要ないわけです。なのでLT10.7#3信号をAM RF IN#16とFM IF IN#8につないでいます。FM/AM切り替え信号はTRで切り替え、二番目のリレーは取り去っています。

2.　R80　V7ではOP-AMP使い、復調音声を増幅し、復調信号スケルチになっています。信号なしだけでなく、無音時もMUTEされます。やっぱりキャリアスケルチのほうがフィーリング良いと思います。AGC信号＃５をArduinoのアナログポートで受けて、Sメーター、スケルチ閾値の取得を兼ねるようになっています。

3.　MUTEはFM62429でかけています。切り替え時のポップ音が軽減されました。

R909の1602A表示採用時のケース内基板の状況です。

スケッチにはOLED表示も入っているようです。次に時間ができたら、試してみます。フロントパネル基板にはi2c信号が来ており、4ピンピンヘッダーのフットプリントもついています。

Please check operation of R909.

www.youtube.com

If you are interested in this rig, ask webshop of JasonKits 

jasonkits.bigcartel.com

 

R909 エアバンド＋FM受信機キット I assembled R909 AB/FM radio.

Jason kitsから売られるR909キットを組み立てました。

外観です。バックライトの関係で画面がわかりにくいです。

回路にはTA2003がタンデムで使われていて、局発はArduino nanoが制御するSi5351aです。RF部はR80V7と大体同じで、操作制御がArduinoという構成です。

This radio is configured with tandem Ta2003s. The LOs are generated from Si5351a controlled by Arduino nano.

R909画面

www.youtube.com

ロータリースイッチ操作や画面制御などは中国アナログ機改造2号機のスケッチが引用されています。ロータリーエンコーダーとプッシュスイッチだけで多機能を操作します。

The sketch has deviated from my 2 nd machine of the Chinese kit remodeled. The rotary encoder and the push switch are used for managing the functions and parameters.

nobcha23.hatenadiary.com

そうですね、この受信機の売りは「感度が良い」「安定度が良い」「スケルチが効く」「Sメータ表示あり」「100チャネルメモリー（FM/AB-AM）」「モニタースキャン（AB-AMのみ）」などでしょうか。

To say nice points for this radio, "Good sensitivity", "Stable", "Cool squelch", "S meter function", " 100 channel memories for AB-AM/FM)", and " Monitor over channel memories".

この受信機の操作の特徴はロータリーエンコーダーとスイッチだけで機能や値を設定するところです。周波数、周波数切り替えステップ、ボリューム、スケルチレベル、チャンネル指定、メモリー指定などの操作が用意されています。

There are 6 functions: frequency setting, frequency step setting, volume, squelch leveling,  channel selecting, and channel memory selecting.

回路はFMシングル、エアバンドダブルスーパーで、一段目はTA2003のミキサー部を使い、２段目はTA2003のFM/AM受信機能をフルに使います。

For the radio circuit, FM is single conversion and AB-AM is double conversion. The first TA2003 is used for the mixer.

操作と回路については追って説明する予定です。

I will introduce the circuit itself later.

jasonkits.bigcartel.com

このブログでは　エアバンド受信機　中華　キット　改造などを扱っております。

nobcha23さんのランキング集計結果

ATS-20の基板だけ５枚が10ドルちょっとで買える・・。

さて以前にも紹介しましたが、ATS-20 RADIO（SI4732 SSB-AM-FM HAM RADIO）の基板が登録されています。部品箱に部品類がそろっている方なら、面白いかも知れません。

ATS-20互換のベア基板

SOP部品のはんだ付け、Arduinoへのスケッチ書き込み（別に書き込んでくる）がポイントかと思います。

また、5V/3.3V変換が付いていないので、3.7Vリチューム電池動作が基本です。

BOMが付いてませんから、回路図から拾う必要あります。

スケッチ、回路はPU2CLRがオリジナルと思います。情報はGITHUBからダウンロードしてください。