Radioberry2製作記 その３（復活編）

完成にたどり着いたかのように見えたRadioberry2でしたが、まともに受信できずFPGAとAD9866のピンの追いハンダとブリッジチェックを繰り返しました。しかし一向に改善の兆しもないまま虚しく時間が過ぎていきました。

あれこれ悩んでLeoさんにもう一セットキットを送ってもらおうかとメールを送ったところ、重要なヒントをいただきました。

FPGAのhermes-emulatorの受信時の実行時間が1秒前後かどうかまずチェックを、ということで実行時間が表示されるバージョンのhermes-emulatorに差し替えて実行してみると、実行時間が2倍の2秒前後とでました。

改めてLeoさんの報告するとAD9866の不良ではないかという事でした。前例がありまず間違いないだろうということで、再びAD9866を外して新しいAD9866に交換することにしました。

AD9866はあらかじめ別の試作用に取り寄せていたものがあったので、そのうちの一つに交換しました。

AD9866の周りをふたたびカプトンテープで覆います

サーマルパッドにハンダを流したので外しにくく、周りのパーツが少しずれてしまいました

ネットで取り寄せておいたAD9866　このうちの1つを使いました

慎重にピンとランドを合わせて手ハンダで装着　もうこれ以上は基板がやばそうです

というわけで何とか新しいAD9866に換装完了しました。基板が落ち着いたところで、システムを起動させhermes-emulatorで実行時間を確認すると、

1秒前後になり正常動作しているようです。早速アンテナをつなぎPIHPSDRを起動させました。
 

NHK第1(594kHz)が受信できました。やっと正常に受信できるようになりました。

各バンドの受信の様子を動画をアップしてみます。

594kHz　NHK第1

7MHz帯　アマチュアバンド

40kHz　JJY

LF帯でも相応のアンテナ（PA0RDT mini-whip）を接続すれば良好に受信できます。ただし中波放送帯の強力な信号による飽和を回避するため以前製作した中波放送帯BEF（band elimination filter）を挿入します。

というわけでRadioberry2の受信動作が確認できました。送信部分はまた追々テストしていこうと思います。

Radioberry2製作記 その２（苦悩編）

さてようやく全パーツを装着したRadioberry2ですが、Raspberry Pi3につなげる前にOSのセットアップと必要なソフトウエアのインストールを行います。

タッチパネル付きLCDディスプレイの背面にRaspberry Pi3を装着しています

だいぶ前に秋月で購入したElement14版のRaspberry Pi3 model Bと、専用の7インチカラー・タッチスクリーン付きLCDディスプレイを接続してmicroSDカードに最新NoobsをPCからコピーしてPi3本体のmicroSDカードスロットに挿入して電源を差し込み起動します。そうすると自動的にRaspbianがセットアップされます。

再起動後デスクトップが表示されます。某有名OSよりも簡単です。すごい。

 OSセットアップ後は最新アップデート、アップグレードを施してFPGAのファームウエア設定プログラムとSDRプログラムHPSDRをインストールします。詳細はGitHubのwikiページを参考にしていただきますが、まずRaspberry Pi3の設定とFTPサーバのインストールと設定を行い、Radioberry2のFPGAクロック設定、ファームウエア転送ソフトをインストールし、FFT演算ライブラリなどいくつかのライブラリの導入とPIHPSDRのインストールを行います。

pihpsdrコンパイル中

 必要なソフト類をインストールしてようやくPi3のGPIOヘッダにRadioberry2を差し込みPi3を起動、FPGAのセットアッププログラムを起動してPIHPSDRを起動します。しばらくすると、SDRでお馴染みのバンドスコープとウオーターフォール表示が出てきます・・・

何も表示されていないむなしさよ・・・

・・・ってありゃりゃ！？なにも表示されません。当然音も聞こえません。

あれこれ調べていくと、コンソールに記録されているFPGAのプログラムのログに、prepareLoading failedってでています。つまりFPGAにファームウエアが正しく転送されていないようでした。

一旦Radioberry2を外してFPGAのピンの装着状態を確認します。ブリッジが1，2か所疑われたため追いハンダなどで解消して起動しなおしましたがやはり同じ・・・ちょっと困ってしまいましたが、PUPさんのブログにチップ底面のサーマルパッドに基板の裏からハンダを送り込むと動作が安定したという記事を見付けました。

そういえばFPGAとAD9866の裏側にハンダを流し込む穴があったけれど、まだハンダを流し込んでいなかったので両方とも基板の裏側の穴からハンダを流し込み各チップの底面もしっかりハンダ付けしました。

一息入れてから、起動してソフトを動かすと・・・

一見まともに見えるバンドスコープ表示

おお！やっとちゃんと表示された！と思ったのも束の間、常にぶつぶつ途切れたような受信音でサンプリングレートを変えても改善しません。

何かを受信しているのですが、どこの周波数かも全く不明

適当なアンテナを繋げるとノイズフロアが上昇して、何かしら受信はしているようですがまともの音になっていません。しかもどこを受信しているのかが全く分かりませんでした。

↑実際の受信音はこんな感じ

設定をいろいろと変えても全く改善しないので、OSからソフトを入れなおしてみましたがやはりダメで、電源の容量不足かもと思って推奨電源を取り寄せてみました。

５V３Aのスイッチング電源　コードの途中にスイッチが付いています

この電源アダプタは途中に電源スイッチがついていて便利です。

付け替えると電力不足の雷アイコン表示がかなり少なくなりましたが、症状は一向に変わらず・・・

はてさてどうしたものか、出口がふさがれた気分になってしまいました。

それではまた次回！

Radioberry2製作記 その１

うっかりしているうちに、先の投稿から1か月以上経過してしまいました。

twitterやGoogle+,FacebookなどSNSは電子工作に関する情報の宝庫です。いつものようになんとなく眺めていると、次の製作ターゲットが現れてきました。

PA3GSB JohanさんのRadioberry2という、Raspberry Pi3のGPIOピンヘッダに装着するHF帯のDDC, DUC方式のSDRトランシーバです。回路図やソフトウエアなどはこちらに。

Analog devices製12bitの高速ADC/DACチップのAD9866と、Intel製 Cyclone 10LP FPGAで構成するDDC（Direct down conversion), DUC (direct up conversion)ユニットで、システムの制御をRaspbery Pi3で行います。ベースバンドの変復調はPi3自身にインストールしたSDRソフトウエア HPSDR、もしくはネットワークに接続したPC上のSDRソフトウエアで行うというスタイルです。受信だけであればkiwiSDRの構成に似ていますが、このRadioberry2は送信も可能としている点が一歩進んだところです。

このRadioberry2は旅の途中Reoさんが基板と部品セットを頒布されており、早速頒布をお願いしました。

 送っていただいた部品は丁寧に仕分けされています。

 もはや慣れた表面実装部品たちですが、唯一TCXOユニットは電極が底面のみ露出しており、側面には出てきていません。これではハンダごてによる手ハンダは不可能です。

TCXOユニットは25x2.0x0.8mmと極小です

 そこで新兵器を導入しました。

 ヒートガンです。

中国製で数千円程度で入手できるものですが、ハンダごてを二回り大きくしたような感じで、柄の部分がデジタル温度計兼温度設定表示になっておりコンパクトでFBです。選択したノズルをヒートガン先端に取り付けて電源プラグをコンセントにつなげて電源スイッチをオンにします。温度設定ボタンを押し、好みの温度に設定すると数秒後に作動開始し設定温度まで表示温度が上昇します。

さて設定温度はどうすれば良いのか、調べてもこれといったのが見つかりません。そこでTCXOのデータシートを眺めて見ると、reflow profileという図を見つけました。

この図を見るとピーク温度260℃が20秒から40秒と読めます。この図を参考にして温度を270℃に設定し10秒程度当てることにしました。他の部品は手ハンダが可能なので一番最初にTCXOを装着します。まずクリームハンダを爪楊枝の先にちょっとだけ盛ってランドに少量擦り付けます。ステンシルがないのでなかなか難しいですが何とか薄く盛ったところでTCXOをクリームハンダをのせたランド上に置きます。ズレがないか拡大鏡で確認し、ヒートガンの電源を入れて温度を270℃に設定し、表示温度が270℃になるまで待ちます。270℃になったらヒートガンの先をTCXO上約1センチほどに近づけて10秒程度そのままにします。TCXOから少しはみ出たハンダがいい感じに解けたのを確認し、ヒートガンを基板から遠ざけます。

基板自体も熱くなっているのでしばらく放置して冷ましてから拡大鏡で装着具合を確認します。

基板を逆さにしても外れないのでたぶん装着できているかも（笑）

今回から同時期に購入した拡大カメラを装着部位にセットして観察します。

 この拡大カメラは倍率自体は適当ですが、観察対象の細部が良く観察できます。PCに接続したりmicro SDカードに画像を保存できるので便利です。これも中国製で数千円で購入できます。

で、装着したてのTCXO周りを観察すると余分なクリームハンダがTCXO周りの基板に溶けて細かいハンダ屑になっています。拡大カメラで見ながら周りのハンダ屑を爪楊枝の先で除去しておきます。改めて観察してきちんと装着されているのを見届けます。

 次は他の部品をすべて手ハンダで装着していきます。

 取り付ける順番は特に根拠もないのですが、CRL、半導体、端子類の順番にしています。部品の装着間違いを避けるもしくは早く見つけるため、CならCだけすべて取り付けたら次はRだけという形にしていますが、それでも付け間違いは起こりえるので常に部品表と実物の照らし合わせ、装着部位の確認は一個一個欠かさず行います。

というわけで一通り装着できましたが、なんとなくAD9866（基板中央左側のチップ）がずれており、拡大カメラで確認すると・・・

ICのピンと基板のランドがかなりずれていてちゃんとピンと対応するランドがハンダ付けできていません。

これでは動作しないので、いったんAD9866を外して装着しなおさなければなりません。

というわけで、またヒートガンの登場です。

AD9866の周りをカプトンテープで覆い、上からヒートガンをあてますが270℃ではなかなか外れず300℃まであげてようやく基板から外れました（これが後になって響いたのでした）。

外した基板のランドの余分なハンダをハンダ吸い取り線で拭い改めてフラックスを塗って外したAD9866を再装着します。

肉眼ではずれがないように見えます。果たして拡大カメラでは・・・？

今度はランドとチップのピンはぴったり合っています。半田もしっかりのっています。（一部何も接続のないランドは熱ではがれていました）

あと残りはコネクタとピンソケットをハンダ付けして完成です。

次にRaspberry Pi3のセットアップと、Radioberry関連のファイルのインストールを経て完成したRadioberry２をつないで実働へ向かうわけですが・・・

続きはまた次回！