SDRトランシーバー4号機(SDR#4)の製作「送信用D/Aコンバーター部の予備確認」

写真はNECLEO STM32F446RE評価ボードで、プログラム作成にTRY。開発過程や疑問点などをまとめた開発ノートは4冊めとなりました。
2025.03.06

はじめに
　今回からSDR#4号機送信部のソフト作成スタートです。
　SDR#4号機では、SSB信号の作成をSTM32F446のマイコンボード内で処理します。SDR#3号機までは、PC内サウンドカードから10数kHzのペースバンド信号を出力していましたが、4号機では455kHz付近の信号を、STM32のDAコンバーターから出力します。
　455kHz付近のIF信号をマイコンボードから出力する製作例は、参考例を見かけないので各ブロックごとに、予備実験をしながら検討を進めていきます

DA出力とサンプリング周波数
　STMマイコンのDAコンバーター(DAC)から455kHzを出力するには、サンプリングはどの程度にすればいいのか?　経験上、出力周波数の10倍程度にすればそれなりの波形になりますが、サンプリングが低いと"カクカク"した波形になってしまいます。逆にサンプリングが高いほど、アップサンプリングのフィルター処理が重くなってきます。
　 DACのMAXサンプリングはSTMマイコンのデータから10Msps(DAC OUT Buffer disable時)となっているので、今回8.4Mに設定しました。6Msps程度でもきれいな波形が得られますが、ファイナルAMP後のLPFで取り切れないスプリアスになることを懸念して8.4Mspsとしました。
　8.4MのタイミングはTIM6クロック84MHzを1/10にして作成します。

　 出力波形を見てみる
　実験的に、8.4Mspsのサンプリングで455kHzキャリアのAM信号とSSB信号の波形を作成して、DAC出力してみました。
　　　　

　
　左写真はDA出力波形(0.5V/div 5us/div)、455kを25kHzでAM変調した波形、455成分は"カクカク"感もなく使えそうです。
　右写真は出力波形(0.5V/div, 20us/div)、455kを20kと30kのAF 2TONE信号で変調したSSB信号、こちらも使えそうな波形です。
　いずれの波形もDA出力を10:1プローブで確認しています、DAC出力BufをOFFにしているので、1:1プローブで測定するとプローブの入力容量り影響で波形はなまってしまいます。

　

波形データ―の作成
　波形データは、本来なら動的に変化する(例　音声信号)ですが、今回は予備実験なので固定の波形データを配列に入れ、DACへTIM6のトリガイベントでDMA転送してみます。
AM変調波形
　AM変調の式は、以下で表わせるので
S(t) = Amp * cos(ωct) + 1/2 * (m * Amp)* [cos{(ωc + ωs)t} + cos{(ωc - ωs)t}] ....①
ωc: キャリア周波数　ωs: 変調信号周波数　Amp: キャリア振幅　m: 変調度 0< m <1
叉は　 S(t) = Amp * [1 + m * cos(ωst)] * cos(ωct)....②

Excelで波形を確認してみる

　左図は、Amp=1024 455kHzを25kHz 変調度0.8として②式で計算したAM変調波形で、計算式を元に波形の配列データを作成し DACへ転送すればAM変調が得られるはずです。
波形データ―配列の作成
wave[i] = (int16_t)(Amp * [1 + m * cosf(ωsT*i)] * cos(ωcT*i)) + 2048;
T; サンプリング間隔　2048: DAC用DCバイアス　
計算はfloat形式として、最後に16bit整数に戻し、wave[0]～wave[1025]までforループで作成した配列データをDACへDMA サーキュラー転送で繰り返し出力されます。　但し波形データのwave[0]とwave[1025]は不連続になっています。

　

SSB変調波形
2TONEでSSB変調した式は、以下で表わせるので
S(t) = Amp * [cos{(ωc + ωs1)t} + Amp * cos{(ωc + ωs2)t}] ....①
ωc: キャリア周波数　ωs1,2: 変調信号周波数1,2　Amp: 振幅　
　AM波形と同様にExcelで波形をみると

　左図は、Amp=1024 455kHzを30kHz 20kHzで計算した変調波形で、計算式を元に波形の配列データを作成し DACへ転送すればSSB 2Tone変調が得られるはずです。
波形データ―配列の作成
wave[i] = (int16_t)[Amp * {cosf(ωc + ωs)*T*i} + Amp * {cos(ωc + ωs2)*T*i)}] + 2048;
T; サンプリング間隔　2048: DAC用DCバイアス　
計算はfloat形式として、最後に16bit整数に戻し、wave[0]～wave[1025]までforループで作成して、DACへDMA サーキュラー転送で繰り返し出力されます。　但し波形データのwave[0]とwave[1025]は不連続になっています。

　

出力波形のノイズ見てみる

　左写真は、dataは100に固定して出力ノイズを見た波形(2mV/div,)。約2mVppのノイズの他に、写真では見えませんが5mVpp程度のスパイク状のノイズが乗っています。
　SDRにまとめたときのS/N比は実用になりそうです。

　

今後の進め方
　DACから455kHz TXIF出力可否の確認は出来たので、引き続きSSB発生～455kHzまで周波数変換について予備実験を進めていきます。　

　 Top Menu