Ａ. 目的
ＤＳＰを使用したＳＳＢ発生器を試作する。
ＤＳＰはいろいろなメーカーが販売しているが、今回はＴＩ ＴＭＳ３２０Ｃ５Ｘ スタータ・キットを使用した。
Ｂ．ＴＭＳ３２０Ｃ５Ｘ スタータ・キット
このキットは、Ａ／Ｄ，Ｄ／Ａ，電源、ソフトウェア一式、マニュアルが含まれており、入門用として適当であると考える。
最近のＩＣはピン数が多く、はんだ付けすら容易ではない。０．６ｍｍピッチで１３２本もある。プリント板をどうやってつくるか！考えただけでもうんざり。
このキットの特徴として
１） １６ビット固定小数点ＤＳＰ等である。
２） ５０ｎｓサイクルタイム
３） ３２ＫバイトＰＲＯＭ
４） ＴＬＣ３２０４０（アナログ・インターフェイス回路）を介した音声品質アナログ・データの取り込み
５） マイクロフォンおよびスピーカに直接接続できる、アナログ入力および標準ＲＣＡコネクタ
６） アセンブラ、デバッガ、詳細な取説（２ｃｍもある）が付属
７） インターネットで、いろいろなサンプルプログラムが入手可能
プログラムは付属のアセンブラ、デバッガを使用して、ＤＯＳ／Ｖホストコンピュータによって開発し、ＲＳ２３２Ｃを経由してキットにロードして実行できる。
（従って、このままではＲＯＭを付けることができない。動作をさせる前にホストコンピュータからプログラムのロードが必要）
Ｃ． 目標仕様
１） 出力周波数 ： ４５５ＫＨｚ付近
２） 方式 ： ＦＩＲ Ｆｉｌｔｅｒによるフィルタタイプ
３） サイドバンド抑圧： ６０ｄＢ以上
４） キャリア抑圧 ： ６０ｄＢ以上
Ｄ． ブロック図
とにかくミニマム・ハードウェアをめざす。（実は、最近年をとったせいか細かいことがめんどうになりつつあり、なるべくらくをしようと考えるようになってしまった）
ＤＤＳを使用したのはセラミックフィルタ（ＣＦ）の特性がわからなくて、特性のちょうど良いところに合わせたかったので、水晶では周波数が動かないし、いまさらＬＣＢＦＯでもないと思ったため。
ＭＩＸｅｒにアナログＳＷを使用したのは、コイルを巻きたくなかったためである。
Ｅ． 考慮すべき重要な事項
これらの制限はＴＩ社のスタータキットをＳＳＢ発生器に使用するための考慮すべき事項である。
注）第1回で１５１タップのＦＩＲフィルタを使用したと書いたが、これはあとで改善したためで始めの設計はここに書いたように１２７タップであった。１５１タップにして若干特性が改善されたが、大きな差はない。従って今回は１２７タップで話しを進める。
スタータキットの内容を全く知らないと理解できないところもあると思うが、かゆいところに手がとどくようにまで書くと、膨大になるのでその点はご容赦いただきたい。
１） サンプリング周波数
ＤＳＫ内蔵のＡ／Ｄ，Ｄ／Ａのサンプリング周波数が２０ＫＨｚまでなのでそれ以下であること。２） Ａ／Ｄ
実際はシステム･クロックから分周して作る。
（実際はプログラマブルカウンタが内蔵されているので数値を設定するだけで良い）
今回は１８．５１８５ｋＨｚとする。
入力部にバンドパスフィルタがあり、ｏｎ／ｏｆｆできる。３） Ｄ／Ａ
折り返しの問題でｆｓ／２以下のカットオフのフィルタが必須であるので、ｏｆｆにはできない。
本来であれば低音側はDCから取り扱いたいのだが、構造上BPFであるので３００Ｈｚ〜３．４ｋＨｚのバンドパスフィルタとして使用する。
この時、フィルタクロック周波数は、２８８ｋＨｚである。
Ａ／Ｄの入力アンプのゲインは4である。
ＬＰＦが入ったままではずせないので、カットオフの周波数を決定する必要がある。４） ＳＳＢキャリア周波数
カットオフ周波数は、システム・クロックを分周して作らなければならないので、最終ＳＳＢ出力
周波数のあたりで、カットオフしないといけない。
サンプリング周波数の１／２，１／４・・などべき乗分の１にすると、バランスド・モジュレータが作りやすい。５） その他
したがって、１／４＊ｆｓとする。
Ａ／Ｄ，Ｄ／Ａのフィルタは、フィルタクロック周波数２８８ｋＫｚを基準にスケーリングされる。前述のように、Ａ／Ｄ、Ｄ／Ａ、サンプリング周波数はシステム･クロック（４０ＭＨｚ）から分周して作らねばならない。また分周比は整数でなければならない。
このクロックをたとえば２倍にすると、カットオフ数は数も２倍される。
１）〜３）は内蔵のプログラムカウンタで、プログラムで１／ｎを指定しなければいけない。
ｎは整数なので、設計の自由度がかなり制限される。
実際にどのような値に設定するかについて、次の項で説明する。
これらはＤＳＫの内部で使用され、外には出てこない。
サンプリング周波数この３つの周波数の決定はきわめて重要であり、前述の制限からすべてを満足するようにはできないが、実用上さしつかえない範囲で設定する。
Ａ／Ｄフィルタクロック
Ｄ／Ａフィルタクロック
Ｈ 内部動作
１）マイクアンプマイクアンプの出力電圧は、DSPのＡ／Ｄ入力範囲±３Vなので±0.75Vを超えない範囲とする。２）バランスト・モジュレータ
Ａ／Ｄ内部のアンプのゲインが＊１、＊２、＊４と設定できるので、今回は4倍を使用する。
スピーチアンプのゲインは、３７５ｍＶ／１ｍＶ＝３７５倍＝５１．４ｄＢでよい。
マイクはクリスタルマイクを使用するので、ＦＥＴ＋オペアンプで設計する。
以下はDSPプログラムである。３） サイドバンドフィルタＡ／Ｄ変換後のデジタル信号（数値）をBMの入力とする。
サンプリング周波数（ｆｓ）はキャリア周波数（ｆｃ）の4倍であるから、前述のように2データを取得後、次の2データは符号を反転する。符号の反転は”Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔ”命令を使用すればよい。
ｆｃ／ｆｓを整数倍に設定しない場合はこのように簡単には行かない。
サイドバンドフィルタは、ＦＩＲタイプ、ＩＩＲタイプがあるが、ＦＩＲタイプはプログラムが単純で、群遅延特性がよいのでこれを採用する。
今回は１２７タップで設計した。６０ｄＢ／６ｄＢの形状比は約１．３である。
形状比は申し分ないが、−３ｄＢまでの肩の特性が若干丸みをおびている。
これを補正するのは大変そうなので、そのまま使用する。
フィルタの形状
フィルタの計算プログラムを使用して、ＥＸＥＬでグラフ化したもの。〜２５６ポイント。
右端は０．５ｆｓ（18.518/2=９．２５９ＫＨｚ）であり、キャリアの周波数は、18.518/4=4.6295KHzで128ポイントのところ。
約-60〜-70dBダウン！
あとの特性はスケーリング。
４） Ｄ／Ａ
フィルタの出力をＤ／Ａして、アナログ信号に変換する。
この時、注意すべきことは、ｆｓ／２を中心に信号のスペクトラムと反対側に折り返しのスペクトラムが発生する。これをカットしなければ ならない。このＤ／Ａ に内蔵するＬＰＦでは前ページの図のように十分カットできない。従ってこの後の段のセラミック・フィルタに依存する部分が大きい。
逆にいえば、セラミック・フィルタはこの折り返しの信号をカットできる特性のものが必要である。
また、ｆｓと信号周波数が近いためｓｉｎＸ／Ｘの影響がある。（アパチャー効果。下図）
（ｓｉｎ（πｆ／ｆｓ））／（πｆ／ｆｓ）なので、ｆｓ=１８．５１８ｋＨｚ とすると
バンドの下限、上限である ｆ=４．８５９ｋＨｚ、８．２２９ｋＨｚではそれぞれ −１ｄＢ，−３．０３ｄＢとなってバンド内で約２ｄＢの変化を生ずる。
今回はこの特性を無視する。
アパチャー効果。
D/Aでアナログ波形を出力したときに 同じデジタル振幅を出力してもｆｓと出力周波数の関係でアナログ出力レベルがかわってくる。ローパスフィルタを通したようになる。fs/2で約３．９２ｄＢ減衰する。
５） ヘテロダイン用ミクサＤ／Ａの出力である、４．８５９ｋＨｚ〜８．２２９ｋＨｚを、４５５ｋＨｚ付近に変換するためのミクサである。信号出力周波数は、約４５５ｋＨｚ±１．５ｋＨｚ６） セラミックフィルタ
キャリア周波数は、約４５５ｋＨｚ−１．５ｋＨｚ−４．６２９ｋＨｚ＝４４８．８７１ｋＨｚとなる。
デジタルＣ−ＭＯＳ ＳＷを使用したミクサであり、５００ｋＨｚ以下の周波数でキャリアの減衰５０ｄＢ、サイドバンド出力２Ｖｐｐ＠５０Ωが可能である。ただし、Ｄｕｔｙ５０％のキャリアが必要なので、２倍の周波数を使用し、フリップフロップで１／２してＤｕｔｙ５０％のキャリアを作成する。
今回は４倍のキャリアを１／４にして使用している。
４５５ｋＨｚのフィルタで、次の条件を満たす必要がある。７） ＤＤＳ（ａ） ミクサの出力を減衰すること無しに通過する。これを図示する。
（ｂ） さらに上記周波数に対して、パスバンドエッジぎりぎりでないこと。これはバンドエッジでは群遅延による歪みが増えるのでその影響をさけるためである。
（ｃ） Ｄ／Ａの折り返しである、１０．２８９ｋＨｚ以上の周波数を十分減衰すること。
（ｄ） ヘテロダイン周波数である、ＤＤＳからの４５０ｋＨｚ付近の周波数を十分減衰すること。
これらを満足するためのセラミックフィルタとして村田のＣＦｘ４５５Ｈを選定する、”Ｈ”は−６ｄＢ
パスバンドが６ｋＨｚである。 ＣＦM４５５Ｈ（￥１０００小沢電気）がよいようである。
CFK455H（￥５００）もまあまあ、ＣＦＵ４５５Ｈ（現在使用中￥２５０））
（あとでＣＦＫタイプに変更した）
Ｄ／Ａからの出力を４５５ｋＨｚに変換するためのヘテロダイン用発振器である。秋月のＤＤＳキットをを使用する。これはＤｉｐＳＷで１Ｈｚ分解能の周波数を発生できるので、フィルタのパスバンドの都合のよい周波数に信号を設定できるので便利である。
ミクサにはキャリアの周波数の４倍が必要なので、約１．８ＭＨｚを発振させている。
セラミックフィルタはばらつきがあるため、最適のパスバンドに合せるためには発振器の周波数を数１００Ｈｚで調整する必要がある。従って使用する前にＣＦの特性を測定しておいてから最終出力周波数を決定する。
回路図はつぎのようになる。
