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« LED電球の故障 | トップページ | デジタルモード用インターフェース Ver.3 (絶縁型) の製作 (その2) »

2020年3月 1日 (日)

デジタルモード用インターフェース Ver.3 (絶縁型) の製作 (その1)

基板や主要部品が揃いましたので、絶縁型のデジタルモード用インタフェースの作製に取りかかりました。


◆◆ 設計のコンセプト ◆◆
前作の Ver.2 に対して、キーワードは「絶縁型」としていますが、
CAT 用の RS232C インターフェースのオンボード化も今回の変更点です。

ネットを見ていると、自作品、頒布品、製品など種々デジタルモード用インターフェースがありますが、
それらを参考にしつつ、何か一つでもオリジナリティを盛り込むことができればと考えて、設計してみました。

他の自作品や製品と張り合うつもりもありません。
ただ、自分が使いやすいようなモノに仕上がれば良しとしています。
あまり万人受けするようなモノではないかも知れませんが、皆さんのご参考になれば幸いです。


◆◆ 回路図 ◆◆
現状 (暫定) の回路図は、以下のとおりです。
バスパワーで使用するため、あまり重要でない仕様は削り、電流はなるべく省くようにしています。
エレキーは実装していません。
RTTY、CW (PC からの制御)、データ通信に必要な最小限の機能になっているかと思います。
20200301_0001

◆◆ 使用部品 ◆◆
① USB ハブ
Genesys Logic 社の GL852G の 28 pin SSOP 品を使いました。
Ver.2 まで使用していた GL850G (28 pin SSOP) とピンコンパチですが、
GL852G は MTT (Multi Transaction Translator) に対応しています。
また、GL850G より若干消費電流が少ないです。
おそらく、信号処理的には GL850G の STT (Single Transaction Translator) でも問題無い
と思われますので、どちらかというと消費電流の少なさが Ver.3 での採用の決め手になりました。
さらに、前回までは 100 均 USB Hub の回路を丸ごとコピーしたものでしたが、
今回は回路を見直し、余計な部品は削除しました。

② USB オーディオコーデック
Texas Instruments 社の PCM2903C を使いました。
バスパワーで使用するため、Ver.2 で使用した PCM2906C でも良かったのですが、
歪み率を改善するために、3.3 V の電源端子 (VCCI) に約 3.6 V を印加する使用方法が
気に食わなかったので、IC を変えてみました。

③ USB / シリアル変換
定番である、FTDI 社の FT232RL を使用しました。
CAT 用と、RTTY / CW / PTT 制御用で、2 個使用しました。
FT2232 を使う方がスマートな設計なのでしょうが、クロックや外付け EEPROM を
用意するのが面倒くさかったので、安直に FT232RL の 2 個使いとしました。

④ 絶縁
音声信号の絶縁は、ラインドライバー用のトランス ST-71P を用いました。
RTTY / CW / PTT 制御の絶縁は、東芝製のフォトカプラ TLP624 を用いました。
以前作製した RTTY用インターフェース から部品取りをしました。
CAT 制御信号の絶縁は、Analog Devices 社の絶縁用 IC ADuM5402
Maxim 社の RS232 トランシーバ IC MAX3232 を使いました。
ADuM5402 は、絶縁二次側にも 100 mA 程度の電流供給ができます。
MAX3232 と音声信号用オペアンプにも電源供給しています。

⑤ 音声信号用回路
今回オペアンプは、Analog Devices 社の AD8656 を使いました。

◆◆ 工夫点 ◆◆
① トランス前後にバッファ回路を追加
以前にも実験しましたが、トランスの入力側や出力側の回路のインピーダンスにより、
トランスを通過する信号の周波数特性が大きく影響してしまいます。
特に、リグの種類や接続する部分によって、周波数特性が変わってしまうことが考えられます。
そのため、トランスの前後にオペアンプのバッファ回路を設けることにより、
前段や後段の信号インピーダンスに影響されないようにすることを目標としました。
懸念していた、絶縁二次側のバッファ回路は、ADuM5402 から電源供給することにより、
構成することが実現できました。

② トランス回路の DC 直結化検討
飽和の懸念があるため、トランスには極力電流を流さない方が良いと思われますので、
基本回路は DC カットするようにしています。
しかし、低域の周波数特性劣化をなるべく少なくするため、トランスと DC 直結できるように、
回路切り替えができるようにしてみました。
上手くいかないようでしたら、DC カットに戻すことができます。

③ RS232C はフロー制御も可能
RS232C 制御信号は、TXD、RXD のほか RTS、CTS 信号も、絶縁を介して
通信できるようにしました。
TS-2000 や TS-590 の RS232C 端子は、これら 4 本の信号しか出ていませんので、
おそらく問題なく通信できるのではないかと思います。


◆◆ 組み立て ◆◆
取りあえず、この週末は主に表面実装部品の取り付けを行いました。
リフロー処理できる環境にありませんので、全て手ハンダによる実装です。
20200301_0002

Step by Step で確認しながら組み立てていきました。
 ① 12 MHz クロックの出力確認
 ② USB ハブの認識 (Windows 10 のデバイスマネージャー上で)
 ③ RTTY / CW / PTT 制御用シリアルポートの認識 (Windows 10 のデバイスマネージャーで COM ポートとして)
 ④ RTTY / CW / PTT 制御用 FT232RL の EEPROM データ書き換え (TXD, RXD, RTS, CTS, DTR の極性反転)
 ⑤ CAT 制御用シリアルポートの認識 (Windows 10 のデバイスマネージャーで COM ポートとして)
 ⑥ Audio コーデックの認識
取りあえず、USB ハブ、シリアルポート、Audio コーデックを全て PC 上で認識できることが確認できました。
まずは、第一関門はクリアかなと思います。


この週末はここまでで、続きは次の週末のお楽しみとしておきます。

 

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コメント

お見事!!!昭和の終わりの頃にアナログ設備のインターフェースを開発するにあたりメーカー担当者の技術力のすばらしさにただただ驚くばかりの自分であったころを思い出します。今は半田ごてを持つ手も震えて細かい作業は出来ません。成功を祈っています。

達五郎さん、いつもコメントありがとうございます。
表面実装部品のハンダ付けは、目が疲れ、肩が凝りました。
0.65 mm ピッチの IC は、過去扱ったこともあり苦手意識はありませんが、最初の位置合わせが緊張しますね。
抵抗、コンデンサ類は 2012 サイズにしましたが、これ以上小さくなると、かなりしんどいと思います。
残りはスルーホールタイプの部品ばかりなので、あと一息というところです。

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