2017年8月17日木曜日

160m用E級アンプ顛末記と今年のハムフェアについて

7,8月といろいろイベントが重なって160m用の送信機を弄る時間がありませんでしたが、ちょっと落ち着いてきたので、しばらく悩んでいた不具合の原因を探っていました。

160m版はVN-4002とは異なりプッシュプル型のE級アンプで構成しています。


Si5351Aで発生させた1.9MHz台の矩形波を180度位相差をつけるため、片方だけに(回路図の上側部分)インバータを通します。各信号を74HC04を3パラにしたドライバでNchパワーMOSFETのFKI10531を5Vで駆動しています。

電源9Vで8W強、12Vで15W、13.8Vで20W前後得られますが、13.8Vの場合符号を打っているとランダムなタイミングで急に電流が上昇して必ず上側のFETだけが壊れてしまいます。また過電流でキーイング用のDMG3415も壊れてしまいます。まずはDMG3415を高耐圧のPchMOSFET 2SJ334に交換しました。

対策を模索しゲート・ソース間の抵抗値を下げたりゲートにシリーズにコンデンサを挿入したりしましたがまったく効果なし。ローサイドドライバを間に挿入してみたけれど、今度はドライバが壊れてしまうという泥沼に・・・壊れたFKI10531はかれこれ十数個にのぼり・・・(涙

しかし、上側のFETだけがいつも壊れるのでどうもロジック回路になにか問題があるのかと考えロジック出力とFETのゲートを一旦切り離してロジック回路の動作検証を行いました。

上側部分は送信用信号入力から一度インバータを通しているので、信号が途絶えるとロジック出力はHI状態が続きます(下側はLO状態が続きます)。このため信号がないときはNANDゲートを通してキーイング信号をLOにすることで、上側のロジック出力もLOになるようにしていますが、何かが原因で上側の出力が持続してHIになっているのかもしれません。

で、キーイング信号と上側ロジック出力、上下ロジック出力をそれぞれ同時観察して符号を繰り返してみると・・・

 ちょっと斜めになってます^^;
上の赤い曲線はキーイング信号で下の黄色は上側のロジック出力です。約500μ秒HIが持続してから1.9MHz台の矩形波となっています。どうやら信号入力に対してロジックがしばらくの間無反応になっているのかもしれません。さらに厄介なことに、この現象はランダムに出現します。

 ロジック回路の電源もキーイング信号でオンオフしている関係なのか曲線が乱れ分かりにくいため、ロジック回路の電源を常時接続に換え、今度は両方のロジック出力を観察しました。

(上下逆にすればよかった^^;)
上の赤い曲線は下側のロジック出力です。オシロが2現象タイプなのでキーイング信号曲線は観察できませんが,ランダムに↑画像のように700μ秒ほどHIレベルが持続している現象が確認できました。

FKI10531のデータシートの安全動作領域図とVGS-ID曲線をみると、

  と、VDS13.8V、500~700μ秒のパルス幅ではID10~20Aが限界ラインに見えます。30A供給可能な電源を繋げゲートに数百μ秒間5Vかかると、一瞬大電流が流れてFETが壊れてしまいそうです(直流負荷がほとんど0Ωなので)。

 この現象について、たまたまこのロジックIC固有の問題かそうでないのか考えてみましたが、データシートを見ているとどうも入力信号のHIレベル3.3Vに対して5Vロジックで受けていることが原因かと思い、ロジック回路の電源を3.3Vに下げて観察すると上のようなランダムな現象は起きませんでした。というわけで結局5Vでは3.3Vの入力HIレベルはギリギリなためという一応の結論になりました。(最初からレベル合わせろよという声が聞こえます・・・はい、ごもっともです、すいませんごめんなさい^^;)

ID-VGS曲線を眺めているとVGS3.5VあたりでIDが25A程度となって、3.3Vで駆動するともう少し少なくなります。オン抵抗や効率では多少劣るものの安全面、精神衛生上良いかもしれません。

ということで、VDS13.8V、VGS3.3VでFKI10531を駆動してみました。

赤がVDS、黄色がVGS曲線です。Cissが1500pFと高いので立ち上がりと立下りがかなりなまっていますが一応駆動できているようです。このときの出力は約18W(LPF通過後)、電流は1.72Aで効率は約75%程度となりました。

しばらくこれでテストを続けてみて問題なさそうであればプリント基板を起こしてみようと考えています。

・・・これで順調かと思われましたが、やはり13.8Vで送信しているとどこかのタイミングで上側のFKI10531が壊れてしまいました。どうもロジック回路がほんとうの原因ではなさそうです。ちょっとめげそうになりましたが、ロジック回路以前の制御系が問題なのではないかということでコントロール部の送信波出力とキーイング信号を引き出してオシロスコープで観察してみました。

赤がキーイング信号 黄色が7MHzの送信波出力
 送信波出力が発生して約2ミリ秒後にキーイング信号出力がHIになっています。これは設計どおりの動作です。しばらく符号を繰り返していると・・・


 ときどき送信波出力発生からキーイング信号HIまでの時間が短くなったり、さらに


 キーイング信号が先にHIになって約500~700μ秒遅れて送信波が発生しています。
これらの現象がランダムに起こっており、最後の画像の場合上側のFKI10531のゲートが500~700μ秒オン状態が持続していることになり、その結果上側のFKI10531が壊れてしまったというところまで突き止めました。

ファームウエアのコードを見直し問題を見つけて修正したところ、このランダムな現象はようやく解消されました。ソフトウエアの問題でこれだけハードの障害をおこすという事例自己解決することができましたがとても勉強になりました。

最初に疑っていたロジック回路には問題がないとおもわれるので5V駆動に戻そうかと思います。

閑話休題。

ところでまもなくハムフェア2017が開催されますが、今回は残念ながら別の用件で両日とも参加できなくなってしまいました。したがってここ数年参加していた全日本長中波倶楽部やVN-4002の展示や頒布もありませんのでご了承ください。

2017年8月4日金曜日

VN-4002キット完成報告いただきました!

先月からポケットサイズ 7MHz QRP CWトランシーバ VN-4002キットを頒布させていただきましたが、早速完成レポートといくつかいただいております。

MSOP10チップすらも手ハンダさせるという某所では『鬼のキット』と呼ばれていますが(笑)、なかなかどうして皆さんしっかり完成させているようで安心しました。レポートいただいて拝読し感じたのは、皆さんの技術力は相当高いということでした。ですから臆することなくどんどんチャレンジして欲しいです。

自作環境においても部品のダウンサイジングが進んでいて、面白そうなデバイスはほとんどが表面実装タイプのものばかりです。ですからチップ部品くらい多少見えにくくても装着できるようにならないと、この先自作が楽しめなくなってしまうのではないだろうか、と私は思ったりしているわけで、これからも積極的に取り入れていく所存でありますHi

徒然はそれくらいにしておいて、完成したVN-4002の画像をUPまたは送っていただいた方がいらっしゃいます。

 まずは、PUPさんの完成機の受信動画です。

VN- 4002 QRP CW Transciver ← 新しいウインドウが開き動画のリンク先に飛びます

PUPさんは、こちらのブログで様々なキットを紹介&頒布されている方です。先月の関ハム2日目にブースにおいでいただきキットを購入されました。(私もそのあとPUPさんのブースにうかがいDSPラジオの基板、アクリルパネルセットを購入して組み立てました。)2日ほどで完成されたようですが、最初受信音が鳴らなかったそうです。チェックの過程でオペアンプの電源ピンが浮いていたことを突き止めてすぐに解決し無事完成されました。

やはり多ピンデバイスのハンダの問題は結構確率としては多そうです。一番最初に完成されたJR1JWZさんもSi5351Aのピンの内部ショートが原因で最初発振出力が出なかったようです。

PUPさん、関ハムのブースではいろいろとお話いただきましてありがとうございました。 

次は、JE3QDZ吉村さんの完成レポートに添えられた完成画像をご紹介します。


どうです?これめちゃくちゃカッコいいじゃないですか!!

キットには側板を用意しませんでしたが、早速側板(横方向は透明のプラ板、縦方向はメッシュのアルミ板)が装着されているではありませんか。これだけでも雰囲気はかなり変わり、良い感じに仕上がっています。しかも手前に自作のミニ電鍵、バックにMIZUHOのDC-7Xとは・・・恐れ入りました。

吉村さんは、Keyer Mini-V2評価版キット、Keyer Mini-V2 Revision2(たぶん半完成版ではなくてフルキットの方?)も組み立てていただいたそうです。しかもファイナルのゲートードレイン電圧曲線まで測定していただき、思ったよりもE級ネットワークのロットによるバラツキは少ないことが分かりました。貴重なレポートとすばらしい写真ありがとうございました。

というわけで自分も写真を撮ってみました。


う~む、何かが違う・・・恥ずかしいので画像は小さめにしておきました(笑)

現在、VN-4002キットは15台分をキッティング作業中です。今回ハムフェアは所用で参加できないため頒布準備が出来たらKeyer Mini-V2と同様にメールによる受注という形にさせていただきます。(ただし、来週末どこかのイベントに数台出すかもしれませんが)

準備が出来次第ここのブログもしくは、専用ブログ他で告知します。

2017年7月18日火曜日

KANHAM2017参加しました!(追記あり)

遅まきながら、第22回関西アマチュア無線フェスティバルKANHAM2017参加日記です。

いつものように、前日の夜から車に乗り出発。夜の高速道路を延々走り続け朝7時前には現地に到着。前年のようにこの時間では会場には誰もいません(笑)

到着が早すぎて犬の散歩している人くらいしか見かけません
 しかし今回は宇宙飛行士の講演会があるためこのくらい早く来ても、駐車した会場傍のコインパーイングは8時前後には満車になっていました。

8時過ぎには出展者の搬入がすでに始まっていました
 待ち合わせした他のメンバーと合流して会場入りし、設営開始。

自分の出し物で机半分占拠してしまってすみません^^;
今回は、ジャンクは持参せずKeyer Mini-V2 Revision2表面実装部品取り付け済みキットと、7MHz QRP CWトランシーバ VN-4002キット、10MHz版VN-3002、14MHz版VN-2002の試作機、SDRトランシーバmcHF実機を用意しました。

しかしこうしてみると、自分はディスプレイが下手だなぁとつくづく感じました。やはり一目見てキーヤーだ!トランシーバキットだ!って分かるくらいのインパクトのあるディスプレイが必要なのかなと。あと、ショップにお勤めのえがみやさん(JA6WBR)が売り文句を書いていただいたりして、さすがだなぁと感心しました。

開会セレモニーにて 誰かが祝辞を弔辞と言ったのはナイショ(謎)
開会後は毎年のごとくブースでお店番などをして過ごしていました。mcHFはそこそこ注目されていて色々と質問いただきました。屋外の北神電子サービスさんのブースにもmcHF2台展示されていてこちらもかなり注目されていたようです。比較的価格が安いのでmcHFユーザこれでもっと増えそうですね。

VN-4002のほうは瞬殺には程遠かったですが、ぼちぼち捌けているようでした。やはり表面実装部品の装着が難しいと敬遠されがちなのでしょうか・・・分かりやすいようにと思って二段重ねの基板を外し、それぞれのパートの実装部を展示してみましたが、説明加えないとなかなか理解していただけなくてこれも今後の課題かなと感じました^^;

大過なく1日目が終了し、片付け後宿泊ホテルに移動してチェックイン済ませた後また会場最寄駅の石橋駅の某飲み屋で、もうひとつの楽しみである飲み会に合流しました。
普段はオンラインでの交流(お空の上ではあまり・・・(笑))が主ですが、イベントや飲み会でのひさびさのeyeballはまた楽しいものです。

大阪池田の銘酒『呉春』で一献。2次会のお店に行くとおかみさんに憶えられていました。ありがたや。
楽しく過ごした1日目も終わり、2日目。




1日目より来場者は少なめでしたが、キットのほうも少し捌けました。ひとりキーヤーキットの購入を悩んでいらっしゃった方が居りました。表面実装部品装着、テスト済みのキットでしたが半田付けにトラウマ?があるとのことで何回か訪れては悩んでおられましたが購入断念されてしまったようです。ちょっと残念でしたが機会があったら完成版に仕立てるのもアリなのかな、と。VN-4002のほうも極小表面実装パーツ類は実装済みにしたほうが良いのかどうか、色々と考えさせられました。

ま、そんなわけで2日目も終了し6時半ごろ大阪を後にして帰路に着きました。

途中新東名上りの静岡サービスエリアで休憩中、ちょうど2mCWRCの最中の時間だったので144.100MHzをワッチしてみると川越のキー局のフォーンがRS51で聞こえてきました。そういえば昨年のときも個々で聞こえてたっけと思い、こちらから最大の50Wで送信してみると応答があってチェックインすることが出来ました。後々google mapで確認してみると2局間の直線上にちょうど富士山の山頂付近がかかっていましたが、これって山岳回折波だったのでしょうかね?

最後に、戦利品を。

某キャラのログブックとマグカップ、写真に写っていませんが7MHz用ツェップ型アンテナ、それから北神電子サービスさんのブースで頒布されていましたDSPラジオ基板とアクリルパネルセットです。DSPラジオのほうはモジュールを早速オーダーして、あとはぼちぼち部品を揃えながら組み立てていこうと思います。


というわけで、VN-4002キットは現在5セット残っております7/27ですぐに頒布できる分は完売しました。頒布希望の方はメールでお知らせください(頒布準備が整うまでしばらくお待ちください)。

2017年7月11日火曜日

第22回関西アマチュア無線フェスティバルに参加します!

しばらく頒布品の準備で時間をとっていましたが、ようやく落ち着いたので告知します。

来る7月15日16日の両日、大阪府池田市で行われる恒例の第22回関西アマチュア無線フェスティバル(KANHAM2017)に参加します。

当日はいつもお世話になっている「リトルガンくらぶ」ブースで、ポケットサイズ 7MHz QRP CWトランシーバ VN-4002フルキットと、Keyer Mini-V2 Revision2表面実装部品装着済みハーフキットを頒布します。他には、10MHz版、14MHz版のプロトタイプや、中華ケースに収めたmcHF SDRオールモードHFトランシーバの展示を予定しています。

今回のポスターはこんな感じです。

同様デザインのログブックが出るらしいです
頒布物は・・・

マニュアルはちゃんと同梱していますのでご安心を
7MHz QRP CWトランシーバ VN-4002キットは10台ご用意。頒布価格は8,500円です。
Keyer Mini-V2 Revision2キットは5台用意しています。頒布価格は5,500円です。

大変申し訳ありませんが、私が混乱してしまうので(笑)これから予約はお控え願います。それから、用意できる台数が限られているので(ひとりで準備している関係で数がどうしても限定されてしまいます)おひとり原則1台でお願いします。

Keyer Mini-V2 R2キットは、すべての表面実装部品装着しテスト済みです。フォーンジャックやタクトスイッチなどの取り付けだけなので、半田付けが出来れば問題なく動作します。

一方VN-4002キットは、表面実装部品をすべて取り付けていただくフルキットです。パーツにはピンピッチが0.5mmのMSOP10のICや、ゴマ粒程度の大きさのデュアルゲートMOSFETなど極小のものがあり、これらのパーツ装着が可能な技術をお持ちで、かつ自力でトラブルシュートできる方でないと完成は難しいかもしれませんが、ハード的な調整箇所が極めて少ない(受信部同調回路の調整のみ)ため確実に組み立てれば再現性は高いと思います。

「リトルガンくらぶ」ブースでは、他にもジャンクやグッズなど用意しているそうですのでご来場の折にはぜひお立ち寄りください。

2017年6月8日木曜日

mcHFのLCD交換とEEPROM装着

先日mcHFに採用されているHAOYU製の2.8インチタッチスクリーン付きLCDモジュールが到着したので換装してみました。

注文から大体2週間前後で到着しました

 1枚12USDとタッチスクリーン付きLCDモジュールとしては安いので3枚注文しました。aitendoも安いですが、HAOYUのモジュールもコストパフォーマンス悪くなさそうです。

キットに同梱されていたHY-28B同じ型番で間違いないです
 キットに同梱していたモジュールはSPI ONLYの表記がなされていましたが、このモデルはジャンパ線を変更するとパラレル接続も可能なので、他にもいろいろと応用が利きそうです。折角なので余ったモジュールは別の作り物で使ってみようと考えています。

 で、壊れたモジュールをまずはケースからはずした本体と接続して起動表示テストしました。


 なんのことはなく、本来の表示になりタッチスクリーンの反応も問題ありません。もしLCD表示が壊れた場合はHAOYUから同じ型番のLCDモジュールを取り寄せて換装するだけでOKということでした。

 表示テストが無事終了したところで、今度はこわさないようにケースに収める作業です。
この中華ケースは側板の端子類の穴の高さが数ミリ高すぎることによってUI基板を圧迫してタクトスイッチの押しっぱなしやLCD圧迫故障を引き起こしておりました。綺麗に塗装されているのですがためらわずに各穴を下方向にヤスリやリーマで拡げていきます。それと同時にタクトスイッチを高さの低いもの(2.5mm程度)にすべて交換し、LCDユニットを装着するピンソケットを削って高さを低くし、LCDモジュールもピンの根元についている黒いスペーサーを取り去ってピンを2mm程度までニッパで短くしていきます。本当はソケットをはずして直にLCDモジュールをハンダ付けするのでしょうが、ここは意地でピンソケットを生かして着脱式にこだわりました(笑)。

うまく高さをあわせたところでケースに組み込もうとしたときにまたもや試練が・・・

今度は、ケースにネジ止めしていたレギュレータ2本の端子が根元から折れてしまいました。1本は汎用の三端子レギュレータIC7805なのでいくらでも代替がききますが、もう一本はLM2941CTというLDO電圧可変レギュレータであまり見かけないデバイスです。回路図を見ると8V生成用で、8V固定のレギュレータで代用しても良さそうでしたが電源オンオフ関連の回路に含まれており他のもので代用するには回路の変更などもあわせて行わないといけないようです。

型番で調べると入手ルートがなかなかなくて、結局サトー電気でようやく見つかり後日何本か確保しましたが、端子が折れて無くなった元のLM2941はまだ死んだわけではないので、同様に脚を失った7805とともに端子面のモールドをヤスリで削って端子を少し露出させた状態でリード線をハンダ付けし、ハックルーで固め再利用してみました。


 この方法にすると、ケースに取り付けるときに直接ICを基板につけた状態にするよりも無理な力がかからずかえってFBでした。ファイナルのRD15HVF1も同じにしても良さそうですが、扱うのがRF信号なのでこちらのほうは従来どおり基板に取り付けたままにしました。


換装したLCDモジュールを取り付けた基板をケースインしてようやく本来あるべき姿になりました。

ついでにaitendoで偶々見つけて購入したI2C接続のEEPROM IC 24LC1025をU7に装着してみました。
aitendoで購入しましたがちょっと高かった^^;
 

 装着後システム情報でEEPROMが認識されているようですが、周波数や設定値の記録がうまくいかずそのまま装着するのではどうやらダメなようです。24LC1026を装着するようにGitHubでは書かれていたのですが、2015と2016何処が違うのだろうとデータシートを比べてみたら、I2Cのアドレッシング設定ピンが少し異なっておりもしかするとI2Cアドレスがファームウエアに記述されているアドレスと合致せずに誤動作しているのかもしれません。Modificationには組み込むEEPROMの型番によってやや方法が異なる旨の記述があったように思うのですが、面倒なので外付けEEPROMが無くても動作するファームウエアver 2.3.3に書き換え、U7から一旦24LC2015をはずすことにしました。

2.3.3はEEPROMなしで動作しないというバグを修正したもので、U7を外した状態でも動作を確認しました。

心なしかDSP処理が速くなったようで、1.6.0よりも音声の途絶がかなり少なくなったようでFBでした。

やっとこれで本来の動作になったので、これからアンテナスイッチの改造、高調波スプリアスの低減のためのLPF改造に進もうと思います。