#g4sdr

前回、ラダーフィルタで所望の特性が得られる見込みが立ったので、G4SDRに部品実装を行いまいした。 一部、LTspice SIMで問題点が出てきたので、その部分については、パターンカット等の手をいれて対応しました。軽微なものでよかった^^; 何気に、一番問題になったのは、120kOhmの抵抗が必要なところを120Ohmで注文してしまい、手持ちにそんな大きい抵抗値はリード付抵抗しかなく、これはどうしたものかと少し悩み中です(リード付抵抗をボンと置くのはカッコ悪い)。

部品実装の流れ紹介

部品実装の過程を少し書いてみます。他の自作派の皆さんがどうやっているのか、意見交換したいところです。この方法いいよ！っていうの持ってる方いたら教えてください！僕としては、部品実装の過程を楽しんでるわけではないので、できるだけ楽をしたいのです。当然、費用対効果が絡みますが。

まず、基板はFusion PCBに発注しました。 初めての発注にトライするような方にアドバイスとしては、 「デザインルールと部品実装ルール（自分が実装できる仕様になっているか）を確実に読み込み、自分自身が理解してからレイアウトしましょう！」 これは、デザインが完成して、いざ発注だ！というタイミングでの設計変更を防ぐためです。この設計変更はかなり骨が折れます。特に小型化を狙っているような場合です。あらかじめ、ルールがしっかり入っていて、配線一本を引く度に、目視で「ルールOKだな、さぁ次」と進められれば、先のような戻りは防げます。

ちなみに、私がレイアウトする際には、ほとんどDRCエラーは発生しません。昔はエラー山盛りであることに終盤で気付くというようなへっぽこをしていた時代もありますが。

話を部品実装に戻します。 今回、基板と一緒にメタルマスクも発注しました。1000円程度なので、発注しない方がもったいないくらいです（送料の方が高い）。

まず、メタルマスクは厚紙？に挟まって納品されます。この厚紙を使ってメタルマスクと対象の基板の位置合わせをする環境を作りました。

メタルマスク固定用基板(対象基板と厚みが同じだと良い)を準備して、先の厚紙に張り付けます。それらの基板で、対象の基板を挟んで動かなくするのが目的です。 今回は２枚で行いました。横縦に動かないために三点以上で止めるために、場合によっては3~4枚必要かもしれません。G4SDR基板には 電源コネクタ取り付け用の出っ張りがあったので、これを利用して動けなくしてやりましたhi。

上にメタルマスクを置いて、はんだペーストを流し込みます。使い終わったクオカードを使いました。ちょっとやりにくいので、今後、要改善です。コツとしては、部品の手載せ時のスムーズさを上げるために、「多めに塗っておくこと」です！ 多すぎてブリッジした分には、はんだ吸い取り線で対応できますが、少ないと、そもそも部品が基板に接続されなかったりします。 また、部品を手載せしていく際には、はんだペーストが少ないと、載せた部品を食べてくれません（表現が難しい、埋まってくれない？）。今回、基板の左半分のペースト量が少なく、部品を載せるのに苦労しました。

そして、あぶります！！！ 僕は、これ（リフロー的な）専用のフライパンを常備してます。料理しちゃだめよ？（笑） 弱火であぶりながら、溶け具合が見やすい点を見つけて凝視し、はんだの溶け具合と煙？の出具合で判断して、ヒートクリップで取り出します。 あらかじめ、とりだした後に冷ますための場所も確保しておきましょう！僕は、ブリキのクッキー缶の蓋にしました。どうなってもいいやつが良いです。 その後のチェックで、ペーストが薄かった部分の付が悪かったので、手直しをすることになってしまいました。

裏面。回路機能のほとんどは裏面で成り立ってます。

表面。こちらは、UIやハード的インターフェースを集めてます。

㊤SMAコネクタは送受切り替えスイッチの出力につながっています。つまり、そのままアンテナに接続すればOn Airできる想定(簡単なLPFはつけないといけない)。

㊦SMAコネクタは、送受切り替えスイッチをDisableしたときに、受信信号専用の入口になります。一方で㊤SMAコネクタは送信信号専用になります。G4SDR外部にPAやLNAを追加したい時や、送信と受信のアンテナを別にしたい時に有用です。

これで、99%実装が完了した状態が整いました。そして、いつもドキドキの火入れです。USBから電源を供給したら、Green LEDがきれいに光る予定です。「せーの！」で投入するも、うんともすんともないです。調査したところ、LEDの電流制限抵抗のはんだ不良でした！！！そういえば、後で要チェックだなと思いながら部品を置いたのを思い出しました。ペーストの量、大事です！ 手直しして、無事動き出しました！

さてさて、マイコンは動作してるかなと気になります。 僕がいつもやる、マイコンの生存確認方法を紹介します。 「USB経由でPCがDFUデバイスとして認識するかどうか試す」 です。STM32マイコンで、USBポートがついているデバイスは、起動時に[BOOT0]ピンの状態を読み取って、HIGHならばブートローダ機能を立ち上げてくれます。これは、あらかじめチップに書き込まれたプログラムなので、ユーザーがプログラムを書く必要はありません。 以下、手順です。

BOOT0ピンがHIGHになるように回路を設定する（BOOT0ピンと電源間にスイッチを置くと便利です）

PCにつながったUSBケーブルを基板にさす（同時に電源が供給されてもよい）

基板に電源を投入する

PCが「おなじみのピン！」と鳴って、DFUデバイスを認識してくれるかどうかチェック（何らかのソフトを立ち上げる必要はない）

これのいいところは、Lチカで動作確認だー！と走り始めて、興奮のあまり、出力のピン設定を間違ったプログラムを書いてしまい、「L、チカってくれなーい！！！」と大慌てするようなことを防げます（笑）たぶん、世の中で結構な人がやってると思いますよ。一日一人とか（笑）

で、Lチカもできたので、秋月で売ってる96x64ドットの有機ELディスプレイにSDRっぽい絵を表示させました。このディスプレイをSTM32で使っている例があまりなくて困りましたが、あちこちのソースを参考して、物理レイヤ(一番めんどくさい)は大体完成できました。 ライセンス等の絡みがまだ整理できてないので、公開は保留します。

久々の投稿です。放置しすぎました。 近頃、コロナで大変ですね。コロナちゃんの影響で、会社が休業となったため、それを見越して発注しておいたSDRを作り上げてしまおうと、活動を再開しました！

以前、[SDR-YAGI]という名前で、SDRの立ち上げを行いました。実験により、1~144MHzの送受信ができる見込みまで行きました(紹介したブログ)。 しかしながら、クリスタルフィルタ部の難しさ（マッチングやクリスタルの素性がつかめず帯域を広げられないなど）とソフトウェアの壁でフラフラしてるうちに、別コンセプトが浮かんできたので、今回、[G4SDR]と命名したSDRに乗り換えます。

[G4SDRのコンセプト]

一般的な 基板サイズ (47x72mm)とし、独自の回路ブロックを気軽に(穴あけ不要でスタック)追加できる構成とする。

RFフロントエンド(送信パワーアンプ、受信BPF、LPF、アンテナスイッチ等)は外付け

HF+50MHz(144MHz)の任意周波数で送受信が可能

変復調モードはSSB, CW, AM, PSK etc..に対応

IQ信号の出力機能を備える(できればUSBで送り出したい)

PCは必要とせず、スタンドアローン動作

搭載するUIは必要最小限、UI拡張用のI/O出力ポートを備える

学生さんがプログラムやハードをいたずらできる余地を残す（いたずらしたくなる）

今風のおしゃれな部屋に馴染む佇まい、できればインテリア風になってほしい

長い間、構想を練ってきました。僕が作りたくなるものの条件として、「世の中にまだないもの」であること、そして、「僕自身のアイディアが表現できていて」かつ、みんなにも「いいね！」って言ってもらえるものを作りたいというのがあります。これを求めると、なかなか答えが出せず苦しんでいました。しかし、ここにSTMicro.が答えを与えてくれたのです。この結末の詳細は後日紹介いたします。

超小型クリスタルフィルタ部の設計

さて、話は変わって、G4SDRの肝となるクリスタルフィルタ部の設計であちこちつまずいたので、これを紹介していきたいと思います。 私も含め、クリスタルフィルタ初心者ないし、自分で作れるような気になっている（僕がそうでした）読者の方の一助になるように、できるだけ丁寧に書きます。ちなみに、ここで検討した水晶振動子は2016(2.0 x 1.6mm)の極小サイズです。自作派アマチュア無線家のブログをいくつも拝見しましたが、このサイズで作っている例は見つかりませんでした。 そういう意味で、冒険の始まりです（笑）