トーンデコーダの製作

目次

１．はじめに

　山形新幹線用列車無線のトーン周波数を調査する為に、トーン
デコーダが必要でしたが、デコーダを内蔵した無線機(受信機)を
持っていなかったので、ユニットを自作してみました。

　一般にトーンスケルチというと専用のＩＣ（松下のＭＮ６５２
０がよく使用されます。・・・本機を製作した'94年当時。現在は
入手性からセイコーのS7119のほうが多いのでは？）を使うことに
なりますが、私が住んでいるような地方でＩＣを入手するとなると
通販等を利用する以外手がなく、時間がかかり待ち切れなかった
ので、無線機用のオプションとしてメーカーから供給されている
ユニット（ヤエスのＦＴＳ−１２）を改造して使用しました。

　もちろんＩＣと水晶が入手できれば一から自作する事が可能で
す。

２．基本回路

　図１にＭＮ６５２０を使用したトーンスケルチ（トーン
エンコーダ／デコーダ）の基本回路を示します。

　基本的な機能は全てＭＮ６５２０がやってくれますので、ＭＮ
６５２０をうまく動作させる為の回路と外界とのインターフェー
スをとる回路を追加するだけです。

　出力にアンプを接続すると、トーンスケルチとして動作します
が、今回はトーン周波数を調べる目的で製作したのでトーンを
検出した時にＬＥＤを点灯するのみとし、アンプを接続できる
ように端子を取り付けました。

　また本回路への電源をＯＦＦすると無線機の出力がアンプにそ
のまま伝わるような回路になっています。

　なおＭＮ６５２０は送信用のトーンを発振する機能も持ち合わ
せていますので、トーンスケルチシステムを本ＩＣで完成するこ
とができます。

　ＭＮ６５２０は、後述の表１に示す３７波の周波数のトーンを検出で
きます。表内のS1からS6はＤＩＰスイッチの設定で、ＯＮが０，
ＯＦＦが１を示します。表のトーン周波数が順番に並んでいませ
んが，スイッチの組み合わせを２進法を基準に並べましたのでこ
のような形になっています。

　また74.4Hz,79.7Hz,85,4Hz,91.5Hzについては手元の資料に掲載
されていなかったので、送信機で送出したトーン信号により調査
したものです。

３．ＦＴＳ−１２の改造

　今回はヤエスのＦＴＳ−１２を次のような改造して使用しまし
た。

　ＦＴＳ−１２は、ＭＮ６５２０のトーン周波数を無線機側の
ＣＰＵにより設定する為に、ＣＰＵとのインターフェースを行う
シリアル・パラレル変換ＩＣの４０９４が付いています。
　しかし、今回はＣＰＵ無しで使用し、トーン周波数をスイッチ
により設定して使用するようにするので、４０９４は使用しない
ので取り外し、代わりにＤＩＰスイッチを接続します。

　トーンの検出によりＬＥＤを点灯させるようにする為、ＦＴＳ−
１２の外部にトランジスタによるＬＥＤドライバとＬＥＤを
追加しました。
　電源は００６Ｐ９Ｖ電池を使用するので、三端子レギュレータ
による５Ｖ電源回路を追加しました。

　なお、本機の心臓部とも言えるＭＮ６５２０を過入力から保護
する為に、入力側にダイオードを追加しました。


　ＤＩＰスイッチは手持ちの都合で６回路が独立した普通のタイ
プを使用しましたが、操作性を考慮するとＤＩＰロータリスイッ
チや、サムホイール・スイッチを使用したほうが良いと思います。
（実際周波数が解らない対象についてその周波数を探すとなると
ＤＩＰスイッチでは非常に苦しい！）

・・・実は現在はサムホイール・スイッチに交換済みです。
　　　入手の都合で１０進２桁のスイッチの下位3bitをS1〜S3と
　　S4〜S6に接続しています。従って各桁は０〜７が有効な
　　設定あり、８，９は０，１のイメージ（同じ設定）になり
　　ます。


　なお音声出力でスピーカやイヤホンを接続する場合は、本器の
出力で直接ドライブすることが出来ませんので、アンプ（ＬＭ３
８６等）を外付けする必要があります。

　ＦＴＳ−１２を使用した回路は図２に示す通りです。

４．ＩＣ取り外しのテクニック

　ＩＣの取り外しですが、一般にはリードを切断して取り外すと
いう荒っぽい方法がとられますが、表面実装タイプのＳＯＰ
パッケージのＩＣでも次のような方法で基板もＩＣもあまり痛めず
にとり外すことができます。

　まず取り外す前に基板にＩＣの１ピンの方向の印をつけておき
ます。（後で１ピン方向が判らなくならないようにする。）

　次にハンダを多めに乗せたコテで片側の列のリード全体に熱を
加えます。この状態で細いマイナスドライバをＩＣと基板の間に
こじ入れるようにします。無理するとパターンが剥がれますので
ハンダが十分に溶けたのを見計らってドライバをこじ入れます。
　なお表面実装タイプは基板に実装する時の都合で、基板とＩＣ
が接着剤により固定してある事が多いと思います。熱を加えるこ
とで接着剤が軟化するのでＩＣが少し熱くなる位のほうが取り外
しやすいはずです。（１００度位が目安です。この位の熱ならＩ
Ｃが壊れることはないはずです。）

　基板からリードが少し（０．５ｍｍ程度）浮いたら反対側の列
に熱を加え同様に行います。この作業を何度か繰り返すと片側の
列が完全に基板から浮いてきます。この状態で不要なハンダを吸
い取るとリードと基板とを接続が完全に離れますから、反対側の
列を熱すると完全に外せます。
　最後に基板及びＩＣに残ったハンダを吸い取ります。

　普通は、ハンダを吸い取り器や吸い取り線で吸いとって外そう
としますが、パターンとＩＣのリードの間のハンダは表面張力で
しっかり間に入り込んでいる為にうまく吸い取ることができず、
なかなかうまく行きません。またハンダを吸い取ってしまうとリー
ドに熱が伝わりにくくなってしまいますから、余計作業が難しく
なってしまうのです。
　一ピンずつ外そうとするとリードを極端に曲げたり長時間熱を
加えることになりパターンもＩＣのリードも痛めてしまいます。

　私の方法はハンダを多めに使用するのがミソです。ハンダを多
くつけて、リード片列全体を一気に熱し、リードを片列ごと基板
から浮かす作業を繰り返すのです。
　ハンダは後で吸い取ればいいのでまずリードを浮かす作業を優
先させるのです。基板からリードが浮いてしまえばハンダの吸い
取りもうまくいきます。

　なお、リードが４方向に出ているＱＦＰタイプはこの方法でも
うまくいかないと思います。（ハンダこてを２本以上用意し
２方向を同時に暖めるとうまくいくかも知れません。）

５．受信機との接続及び動作テスト

　私は受信機としてスタンダードのＣ４０１を使用しました。

　一般にトーンデコーダは、検波出力に直接接続します。
　というのも、音を聞きやすくする為に、受信機内部回路で
ある程度周波数特性を持たせてあり、その影響でトーンが
出力に現れなくくなる場合があるからです。

　しかしＣ４０１についてはスピーカ出力端子に接続しても十分
検出できるようです。ただしトーン周波数が低くなると、さすがに
周波数特性の影響が現れ、ボリュームを５位まで上げないと検出
できませんでした。


　ユニットの動作確認は、スイッチで周波数の設定が可能なトー
ンエンコーダをもつもう一台の無線機（私が使用したのはＴＲ−
３５００＋ＴＵ−３５Ｂ）でトーンを送信し、受信機に接続した
本機で検出する方法で行いました。
（その昔ＶＲでトーン周波数を変えるものがありましたが、レピー
タで使用する88.5Hz以外の周波数は測定器がないと調整不可能で
すし、周波数を変えてしまうとやはり測定器がないと元に戻せな
くなってしまいますのでＮＧです。もっとも最近はそんなエンコー
ダを積んだ無線機は見かけませんが。）

　トーン周波数の一致を検出するとＬＥＤが点灯します。本器の
出力にアンプを接続していれば送信した音声が出力されるはずで
す。
　もし受信機の音量調整を変えてもＬＥＤが点灯しない場合は、
回路に誤りがないか、トーン周波数が合っているかを確認して下
さい。

６．さいごに

　実は、車に積んでいるＦＴ−４７００用のユニットＦＴＳ−８
を探していたのですが、いきつけのハムショップでは取り寄せな
いとないとのことだったので、店頭にあったものの中でＩＣにＭ
Ｎ６５２０を使用し、回路図が添付されているものを選んだ結果
がＦＴＳ−１２だったのです。

　ＦＴＳ−８を入手していたら、当然ＦＴ−４７００に実装し、
車載で使用することになっていたはずでしたが、入手したのが別
のものだったので、ユニットを独立させ携帯型にすることができ
ました。

　その結果、列車内に持ち込んでのトーン周波数のチェックや
ゾーンが切替わる場所の特定、ゾーン間の混信についての実態
調査を、実際に列車に乗車して調査することが出来ました。


　今回は列車無線を対象にしましたが、一般の業務無線にも
適用できるのはいうまでもありません。
　一台製作し、本来のトーンスケルチとして使用したり、トーン
周波数の調査などに活用してはいかがでしょうか？

７．参考文献等

　
　・臼井　正樹／ＪＨ３ＪＺＨ 
　　「遠隔操作にも利用できるデジタルスケルチアダプタ」
　　モービルハム誌　’９０年５月号　ｐ６２〜ｐ６４

  ・「取扱説明書　ＦＴ−４７００／Ｈ」
　　八重洲無線株式会社

  ・「ＦＴＳ−１２　取扱説明書」
　　八重洲無線株式会社

８．周波数設定一覧

　

周波数　　　　DIP-SWでの設定        サムホイール
　(Hz)　　 S1  S2  S3  S4  S5  S6  SWでの設定
　     　　１　１　１　１　１　１　　　００
　 67.0　　０　１　１　１　１　１　　　０１
　 71.9　　１　０　１　１　１　１　　　０２
　 77.0　　０　０　１　１　１　１　　　０３
　 82.5　　１　１　０　１　１　１　　　０４
　 88.5　　０　１　０　１　１　１　　　０５
　 94.8　　１　０　０　１　１　１　　　０６
　100.0　　０　０　０　１　１　１　　　０７
　103.5　　１　１　１　０　１　１　　　１０
　107.2　　０　１　１　０　１　１　　　１１
  110.9　　１　０　１　０　１　１　　　１２
  114.8　　０　０　１　０　１　１　　　１３
  118.8　　１　１　０　０　１　１　　　１４
  123.0　　０　１　０　０　１　１　　　１５
  127.3　　１　０　０　０　１　１　　　１６
  131.8　　０　０　０　０　１　１　　　１７
  136.5　　１　１　１　１　０　１　　　２０
  141.3　　０　１　１　１　０　１　　　２１
  146.2　　１　０　１　１　０　１　　　２２
  151.4　　０　０　１　１　０　１　　　２３
  156.7　　１　１　０　１　０　１　　　２４
  162.2　　０　１　０　１　０　１　　　２５
  167.9　　１　０　０　１　０　１　　　２６
  173.8　　０　０　０　１　０　１　　　２７
  179.9　　１　１　１　０　０　１　　　３０
  186.2　　０　１　１　０　０　１　　　３１
  192.8　　１　０　１　０　０　１　　　３２
  203.5　　０　０　１　０　０　１　　　３３
  210.7　　１　１　０　０　０　１　　　３４
  218.1　　０　１　０　０　０　１　　　３５
  225.7　　１　０　０　０　０　１　　　３６
  233.6　　０　０　０　０　０　１　　　３７
  241.8　　１　１　１　１　１　０　　　４０
  250.3　　０　１　１　１　１　０　　　４１
 ( 67.0) 　１　０　１　１　１　０　　　４２
 ( 71.9) 　０　０　１　１　１　０　　　４３
   74.4　　１　１　０　１　１　０　　　４４
 ( 77.0) 　０　１　０　１　１　０　　　４５
   79.7　　１　０　０　１　１　０　　　４６
 ( 82.5) 　０　０　０　１　１　０　　　４７
   85.4　　１　１　１　０　１　０　　　５０
 ( 88.5) 　０　１　１　０　１　０　　　５１
   91.5　　１　０　１　０　１　０　　　５２

　表１．ＭＮ６５２０トーン周波数一覧

注）ＤＩＰスイッチでの設定は、「０」がスイッチＯＮ，
　「１」がスイッチＯＦＦです。