以前、エレクラフトのK1を復刻した際、初期周波数をLC共振で得ることに成功したが、その周波数変動がVR2よりも速いことが判明。そこで、初期周波数をPLLやDDCに変更できないか検討することにした。
調査の結果、Si5351はあらゆる面で適していることがわかりましたが、最も問題な点は出力が矩形波であることです。また、私はこの回路が比較的広い周波数範囲で変化することを望んでおり、フィルタの設計が非常に困難です。さらに、Elecraft K1では全直列接続方式を採用したいと考えていますが、Si5351はSOPでありながら、ピン密度も高いため、手作業での配線には向いていません。
また、MC1648発振器とMC145151（114514ではありません）を用いた相関回路の構成も検討しましたが、これは全直列接続で、出力が正弦波に近づくように調整できますが、MC145151の周波数分解能がたったの14bitであることが判明しました。これにより、30MHzの信号を生成したい場合、ステップ幅が驚異的な1831Hzとなり、これは短波通信には不可能です。
さらに、Elecraft K2で使用されるPLLチップであるMC145170についても調査しましたが、AliExpressで探したところ、表面実装は比較的安価ですが、直列接続のものは40～50元程度と高いため、購入を諦めました。
ついに我慢の限界を超え、いくつかの妥協案を検討することにした。「直接的に直交波を作るのではなく、片付けられたチップでも良いし、とにかく正弦波が出ればいい」という考えで。次の調査では、AD9851というDDSチップが有望だとわかりました。出力はほぼ純粋な正弦波（システムに内蔵されている歪み成分は比較的低く、簡単に除去可能）、デジタル入力は並列・シリアル両方に対応し、シリアルには4本のGPIOが必要ですが、問題ありません。まず、回路図を作成することから始めます。データシートを見ると、サンプル回路も掲載されています。「良い回路だ」と思ったのですが、少し修正を加える（「ドンドンドンドンドンドンドンドン」）。
おおよそデータシートを確認したところ、LCは出力フィルタであると推測しました。R6, R7はマッチング用のものだと考えられます。また、R4, R5は電圧を分圧し、比較器への出力信号として使用される方形波を生成するためのものです。しかし、これは不要なので削除しました。R8は何をするものだったか？IOUTBへの電圧分割に使用するものですか？もしそうであれば、IOUTのみを使用するので、R8も削除します。
数日後、部品と基板が到着したので、配線を開始しました。ところが、配線が終わった最初のコンポーネントで、煙が出始めた！すぐに電源を切りました。その後、ルーペで基板を調べましたが、問題は見当たりませんでした。何度も確認しましたが、最後に視点がラボで使用されていた助け付け剤に集中しました：
アルコールで丁寧に清掃した後、電源を入れると煙が出なくなった。また、電圧の変動も見られなくなった。
4〜5時間ほどかけてタイミングチャートを調べても問題は見つからなかった。データシートも確認したが、このデバイスはデフォルトで並列モードになっている。シリアルモードに移行するには、まず並列モードで1バイトを入力する必要がある…。くそっ、並列ポートをすべて空いている状態にしてIOを節約していたのに。仕方ないので、配線してみる……0.5mmのピン間隔で配線するのは非常に難しく、これだけで1時間かかってしまった。配線を終えて電源を入れたが、信号は出ない。
シミュレーション回路のピンを一つずつ調べてみたところ、どうやら電源水晶の発振がうまくいかないようだ……いや、波形の幅が小さすぎる。熱風ヒートガンでハンダ付けした際に、壊れてしまったのだろうか？ 新しい水晶を試してみたところ、やはり波形が小さい……。また、今回購入した水晶は3.3Vで動作するように設計されているので、後から5Vで使用する予定だったため、この水晶は諦めて別のものを購入することにした。
さらに数日後、到着しました。配線を行い、予想通り波形は出現しませんでした。仕方なく、データシートを読み進めます。すると、突然データシートに「IOUT出力インピーダンス120kΩ」と記載されているのを見つけました。「え？これだと大きすぎる…」と思いましたが、これは電流型の出力であることに気づきました。電流型の場合、IOUTBで省略したR8も必須です。再度配線を行い、今度はある程度の信号が出力されるようになりましたが、それはIOUTBからのものであり、歪みも大きく、IOUTからは波形が出力されますが、その幅は非常に小さく、数mV程度で、ノイズに埋もれてしまいます。
どうしようもない状況だ。仕方ないので、完成品のモジュールを購入して試してみることにした。数日後、モジュールを受け取り、すぐにマイコンに接続すると波形が出現……つまり、以前の不具合はまだ解決していないということだ。きちんと回路を修正し、再度製造に出す。
今回のデバッグは比較的スムーズに進み、コイルが故障した以外は問題ありませんでした。コイルを交換することで、正常な正弦波が出力されるようになりました。これは、これまで私が手作りしてきた回路からの最も安定した正弦波の出力です。
これで、K1の周波数ソースが安定するので、今後のハードウェアの問題は少なくなるといいですね。
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