FMステレオチューナに選局機能をつける（その１）

　ディジタル・デザイン・テクノロジ誌のディジタルFMステレオチューナに、ボード上のDIPスイッチで周波数を変更できるよう簡単な選局機能をつけました。ただ現状の設計で既にFPGAのリソースを使い切っているので、今回の選局機能の追加にあたってはSPDIF出力機能を犠牲にせざるを得ませんでした。


１．受信周波数設定値の決め方
　受信周波数は、NCOの周波数により決められています。このチューナでは、NCOの周波数はVHDLのソース"const.vhd"の中で指定されているので、DIPスイッチの設定でNCOの周波数を変更できるように、手を入れました。
　この回路でA/Dコンバータは73.728MHzのサンプルレートでFM帯の信号をアンダサンプリングしています。すなわちFM周波数帯の信号は73.728MHzの局発で周波数変換されたように見えることになります。

　(例) 受信周波数82.5MHz - 73.728MHz = 8.772MHz（A/D変換された信号の周波数）

　この信号を、FPGA内部のNCOで生成した局発信号でベースバンドに変換するので、受信周波数はNCOの周波数設定で決まることになります。NCOの動作周波数は73.728MHzで、周波数設定は28ビットなので出力周波数は次の式で決まります。

　NCO出力周波数 = 73.728MHz × （周波数設定値）÷ 2の28乗

受信周波数82.5MHzとするためNCO出力周波数を8.772MHzにする場合、

　周波数設定値 = (8.772 / 73.728)× 2の28乗 = 31,937,877 <10>

となります。31,937,877を16進数で表現すると、1E75555 です。


２．受信周波数とNCO設定値
　FMラジオは、都市部なら携帯チューナのイヤホンコードのアンテナでも強力に受信できます。しかし、強力に受信できたとしてもFM変調はアナログ方式なのでビルや山の反射波などいわゆるマルチパスの影響を受け案外キレイには受信できないものです。（よ～く耳を澄ませると、ジュルジュルといったノイズが聞こえるはずです）
　理想的には、やはり屋外アンテナやCATV（一部のCATV局はFMも再送信しています）の再送信を受信するのがベターです。そこで今回は、CATV経由でもFMを受信することにします。CATVのFM再送信では、放送局の周波数から少し周波数をずらしている例が多いです。調べたところ当地でもそのようになってました。

　　局名 　　 放送周波数　　 CATV再送信 　ZIP-FM　 　　77.8MHz　　　　78.8MHz 　Radio-i　　 79.5MHz　　　　81.0MHz 　FM Aichi　　80.7MHz　　　　81.7MHz
　NHK　　　　　　82.5MHz　　　　83.5MHz


これらの周波数をボード上の4ビットのDIPスイッチに割り当てます。

DIPスイッチ　　受信周波数　　NCO周波数　　NCO設定値　0000　　　　　　77.8　　　　　4.072　 　　　0E238E3　1000　　　　　　78.8　　　　　5.072　 　　　119C71C
　0001　　　　　　79.5　　　　　5.772　 　　　140AAAA
　1001　　　　　　81.0　　　　　7.272　 　　　1940000　0010　　　　　　80.7　　　　　6.972　 　　　1835555　1010　　　　　　81.7　　　　　7.972　　　　 1BAE38E　0100　　　　　　82.5　　　　　8.772　 　　　1E75555　1100　　　　　　83.5　　　　　9.772　 　　　21EE38E　0011　　　　　　83.0　　　　　9.272　 　　　2031C71　0111　　　　　　88.5　　　　14.772　 　　　334AAAA
　1111　　　　　　84.7　　　　10.972　 　　　2618E38