Часть 2

ред.04.02.2023

Перейти к Часть 1

23.01.2021

Дождался выходных, поработал на передачу через новое радиво. Запись сигнала делал на свой WebSDR.

Образовалась небольшая группа коллег (общаемся посредством переписки) - пытаемся сделать прошивку под версию плат V0.5, чтобы работало управление фильтрами, аттенюатором, тюнером, плавно регулировался уровень выходного сигнала и работал функция PureSignal. По ходу пьесы, приходится разбираться в тонкостях настроек Pin Planner среды Quartus...

Юрий RV3DLX поделился блок-схемой управления внешними полосовыми фильтрами через разъём "EXT IO" двоичным кодом:

Дешифратор. В PowerSDR выставляются соответствующие настройки. Для управления 7-ю полосовыми фильтрами достаточно сигналов с трёх пинов. При использовании 4-х каналов можно управлять через дешифратор 16-ю устройствами. Кол-во используемых пинов и их назначение видно в Pin Planner при открытии архива проекта и его компиляции.

Вот ещё схема управления аттенюаторами от Юрия RV3DLX:

31.01.2021

Формат записей в блоге на сайте подразумевает конечный размер текста, который был исчерпан в 1-й части. Продолжаю освещать процесс сборки DDC/DUC трансивера из модулей с Алиэкспресс...

За выходные чуть поработал с макетным корпусом, поставил переднюю и заднюю панели, оптимизировал монтаж, на сколько это возможно. На самом деле, в процессе работы с этим вариантом корпуса я пришёл к выводу, что коробочка нужна всё-таки по-больше, т.к. ещё необходимо разместить плату диапазонных полосовых фильтров, аттенюатор и предусилитель. Не знаю, чем вся эта идея закончится, но пока решение такое:

В принципе, если заменить четыре разъёма на угловые (уже заказал и получил) и два других разъёма на плате коммутации входа-выхода убрать, то вся конструкция аккурат умещается в коробку от CD-ROM. Единственное, что из-за большого кол-ва элементов, которые неплохо греются, понадобится серьёзная перфорация верхней и нижней крышки коробки. Пока не решил, в каком направлении буду продолжать работу с корпусом...

По питанию всей конструкции. Поставил преобразователь DC-DC, на вход конструкции подаю 12В, отсюда же питается первое реле, управляемое оптроном с кросс-платы при включении передачи в программе, после преобразователя подаю 5В на схему и два реле - одно реле коммутирует вход-выход, второе реле управляет включением внешнего усилителя на передачу. Просадка по питанию DC-DC модуля под нагрузкой получилась всего 0,02В!

Была опаска получить большое кол-во наводок по приёму от данного преобразователя, но ничего подобного я пока не заметил, по крайней мере, на диапазоне 40м. В любом случае, как временное решение оно вполне жизнеспособно. А как часто это бывает в жизни - нет ничего более постоянного, чем временное))).

07.02.2021

Сегодня занимался входной частью платы АЦП. Суть переделки: убрать входной аттенюатор и предусилитель с обвязкой, установить вместо них трансформатор. 

Я очень не люблю тратить время на рисование красивых схем и часто рисую для сайта их от руки ручкой на листе бумаги либо правлю в Paint найденные в сети схемы (в данном случае, исходный рисунок был взят в ветке форума этой конструкции). Описанная выше схема переделки выглядит буквально так:

После данных переделок входной части, получил следующий результат:

MDS500 на диапазоне 40м:

Предварительно, разумеется, была произведена калибровка сигналом известного уровня:

Далее - пруф, что так оно и было:

А потом мне стало интересно, как будет работать приём на резонансную антенну 40м без всяких фильтров по входу:

Как видно из скриншотов, при подключении антенны диапазона 40м, в виду большого кол-ва индустриальных помех в мегаполисе, шумовая полка заметно поднялась. Ранее, до переделки входной части АЦП этот эффект был едва заметен и разница составляла от силы пол-бала по шкале S-метра.

В то же время, на квадратурном SDR полученный мной результат MDS500 после калибровки тем же сигналом выглядит гораздее:

Казалось бы, результат по шумам приёмной части у нового радива прямой оцифровки не плохой, но меня смущал момент подключения средней точки вторичной обмотки трансформатора на землю, что гальванически соединяет входы АЦП с корпусом. Ёмкость между средней точкой вторичной обмотки и землёй для связи только по ВЧ я не ставил...

Тогда, сделав невероятное усилие над собой, я полез в дата-шит чипа AD9226 и увидел там следующее:

Не знаю, на сколько я правильно интерпретирую данную эквивалентную схему, но согласно ей, по входам усилителя стоят ёмкости Cs.

Посмотрев различные варианты подачи сигнала на вход АЦП, я решил попробовать в следующий раз вот эту схему:

В частности, здесь сказано о том, что резисторы Rs и входная ёмкость АЦП составляет фильтр нижних частот, что ослабляет ВЧ-шум... Так же, сказано о том, что можно применять не только трансформатор 1:1 а и любой с другим коэф. трансформации по сопротивлению.

Подключая коммутационную макетную плату ко входу переделанного АЦП я обнаружил, что серьёзно возрастают шумы. Т.е. используемое в данный момент решение коммутации антенны между приёмной и передающей частью не годится и его придётся переделывать... Тем не менее, эфир зазвучал более правдоподобно нежели до переделки, когда отчётливо был слышен равномерный белый шум, маскирующий в значительной степени реальный сигнал с антенны.

14.02.2021

Сегодня продолжил эксперименты с вариантами исполнения входных цепей платы АЦП. Оказалось, что в варианте с нагрузочным резистором 200Ом по всему диапазону при отключенной антенне наблюдалось большое кол-во спуров. Сначала, для чистоты эксперимента, я отключил преобразователь DC-DC и подал на схему 5В. После большого кол-ва экспериментов оказалось, что спуры пропали после замены данного резистора на конденсатор 18пФ с диэлектриком NP0 (15pF, как на схеме в дата-шит, у меня не оказалось в наличии). Т.е. он подключен между входами VINA и VINB. Вместо перемычек по входу я поставил назад штатные резисторы по 27Ом. Попробовал заменить трансформатор TC4-1T на самодельный 1:1, выполненный на бинокле Amidon BN-43-2402 - результат получился, приблизительно, аналогичный. Этот вариант трансформатора был несколько удобнее в процессе экспериментов. 

Трансформатор был выполнен следующим образом: сначала намотана вторичная обмотка из двух скрученных проводов, всего - 2 витка, конец одного провода был соединён с началом другого (средняя точка), первичная (по схеме) обмотка была выполнена одним проводом такого же диаметра, всего - 4 витка, выводы выходят на противоположную сторону. 

Резистор в первичной обмотке поставил 56Ом, резисторы RS - родные, по 27Ом, родной конденсатор 0,1uF. Смещение через резистивный делитель в среднюю точку трансформатора пока не подавал. Решение - промежуточное, эксперименты продолжу...

На фото не видно подключения вторичной обмотки, поэтому, опишу словами: крайние выводы вторичной обмотки подключаются к контактным площадкам 4-5 под штатную микросхему AD8132. Эти контакты ведут к резисторам 27Ом. 6-й контакт площадки соединён с массой. Поэтому, к нему припаян конденсатор 0,1uF и уже ко второму выводу конденсатора подключен средний отвод вторичной обмотки. Входной резистор можно поставить 51Ом или 49.9Ом, но в наличии у меня таких не оказалось.

После калибровки, уровень шумовой полки остался на том же уровне, но во всей полосе, вплоть до 61440кГц шумовая полка выглядит равномерно с очень редкими спурами. Подключив назад преобразователь DC-DC я не увидел ухудшения ситуации по шумам, как и заметного прибавления спуров. Т.е. использовать такой преобразователь питания вполне можно.

В следующий раз попробую подать смещение на среднюю точку вторичной обмотки согласно предлагаемым схемам в дата-шит.

Кстати говоря, чтобы оценить влияние штатных входных цепей модуля АЦП (аттенюатор и предусилитель) - можно после калибровки приёмника посмотреть уровень шумовой полки с закороченным входом, отпаять резисторы R13/15 и посмотреть, на сколько понизится уровень шумовой полки. Если потом подключить вместо штатных цепей входной трансформатор, то шум по входу не должен сильно отличаться от варианта с отключенным входом АЦП и кол-во спуров во всём диапазоне должно быть минимальным. При этом, чувствительность по входу не должна снизиться. Тогда, можно считать, что входная цепь выполнена правильно. Калибровку нужно будет произвести заново, соответственно.

22.02.2021

Продолжил эксперименты со входным трансформатором. Выполнил трансформатор 1:4 на ферритовом бинокле, 4 витка в три провода по три-четыре скрутки на сантиметр. Все обмотки выходят на одну сторону. В первичной обмотке получается 4 витка, во вторичной - 8 витков со средней точкой. Посмотрел характеристику трансформатора на нагрузке 204Ом (четыре млт-резистора по 51Ом последовательно):

Не сказать, что характеристика идеальная, но со старой калибровкой этот трансформатор показал уровень входного сигнала с генератора на 7дБ больше. Калибровка была произведена заново. Решил пока оставить этот трансформатор, особо не укорачивая выводы обмоток, т.к. эксперименты будут продлжены.

Следующий шаг: проверю характеристику фабричных китайских трансформаторов 1:1 и 1:4. Если характеристика будет лучше - поставлю какой-то из них...

Так же, в коммутационной плате заменил многожильные провода МГТФ в сигнальных цепях на коаксиальные. Удалось значительно снизить уровень шумов примерно до -106дБм по показаниям S-метра программы в полосе 500Гц при отключенном входе. Теперь, при подключении антенны диапазона 40м, шумовая полка значительно поднимается в верх примерно до уровня 8 баллов, что характерно для моего QTH. После аналогичной переделки второго канала АЦП можно будет попробовать функцию фазового подавления шумов Diversity.

Поработал в эфире, застал соседа, уровень сигнала которого после калибровки приёмной части был отображён как S9+60дБ:

Наблюдая за работой данной станции заметил моменты перегрузки АЦП:

Тем не менее, считаю полученный результат - отличным для АЦП 12-бит. Поставив аттенюаторы 10/20дБ, проблему перегрузки по входу можно будет решить в большинстве случаев. Нужно будет только так выполнить всю коммутацию, чтобы не увеличить уровень собственных шумов всей конструкции... 

23.02.2021

Снял характеристику трансформатора TС4-1T:

На выводы вторичной обмотки был припаян smd-резистор 1206 сопротивлением 200Ом. Честно говоря, не ожидал такого результата. Однозначно, ставлю его!

На картинке продавца по ссылке выше показан трансформатор, выполненный на прямоугольном кольцевом феррите. По факту, присылают трансформаторы, намотанные на биноклях.

На фото ниже - исходная часть в канале AD2 (верхняя часть платы) и переделанная в канале AD1 (все картинки кликабельны).

В процессе переделки входной части, с платы удаляется часть деталей: U1, R1/2/3/7/10/13/15/17/18/21/29, C3/7/8. Устанавливается трансформатор TC4-1T. Капельками олова он припаивается к контактным лепесткам под чип U1 к ножкам 1/8 (первичная обмотка) и 4/5 (крайние выводы вторичной обмотки). Среднюю точку вторичной обмотки я подключил тонким проводом на корпус (левый контакт под резистор R21). Однако, это решение пока рассматриваю, как временное. По этой же причине, я пока не смывал флюс с платы... На контактные площадки под С5 (изначально, конденсаторы С5/С6 не установлены в обоих каналах) я запаял резистор 200Ом. Так же, я установил шесть перемычек 0805 для обеспечения всех необходимых цепей. 

После установки данного трансформатора на плату и калибровки приёмника, сделал несколько скриншотов по диапазонам.

Данные результаты получены с отключенным антенным входом.  Они меня более чем устраивают... Свои изыскания в этом направлении считаю законченными. Вход второго канала платы АЦП будет переделан по аналогичной методике. После, смою флюс и сделаю более детальные фото...

По ссылке выше есть пара фотографий установленного трансформатора и обвязки из четырёх smd-перемычек 0805. Средняя точка вторичной обмотки подключена тонким проводом ко второму лепестку площадки под чип AD8132. Этот контакт ведёт к конденсатору C3 0.1uF, второй вывод которого сидит на земле. Дополнительно устанавливается конденсатор 18pF, как уже было показано на предыдущих фото.

27.02.2021

Сегодня занимался заменой прошивки и анализом функционала первоначально записанной версии прошивки.

В данной версии прошивки для кросс-платы V0.5 работает управление фильтрами по четырём каналам, включение аттенюатора, включение предусилителя, включение аттенюатора с предусилителем, отключение аттенюатора и предусилителя, так же, есть управляющий сигнал для автоматического тюнера. В этой прошивке нет электронного телеграфного ключа. В облаке есть и архив из которого генерировалась эта прошивка. 

Просьба, не задавать вопросы автору данного проекта EU1SW по функционалу и работоспособности прошивок, скачанных с этого сайта! 

Снял небольшую видео-инструкцию по процессу записи прошивки в случае, если вам не нужно править код в файлах проекта, а необходимо просто зашить в память отладочной платы чью-то готовую прошивку (файл с расширением *.jic).

После прошивки необходимо перезагрузить трансивер по питанию. USB-blaster можно не отключать.

Ссылка на драйвер для USB-blaster. Ссылку на программный модуль для записи прошивки не привожу, но если вам очень понадобится - вышлю в частном порядке.

Если хотите попробовать самостоятельно сгенерировать прошивку из имеющегося файла проекта - можете посмотреть вот эту небольшую демонстрацию данного процесса. Здесь берётся архив проекта *.qar, распаковывается в программной среде Quartus, в некоторые файлы вносятся правки кода (когда это необходимо), потом проект компилируется, проверяются назначения выводов в Pin Planner, генерируется сама прошивка и создаётся архив изменённого проекта...

Далее, по сигналам на разъёме для внешней периферии. Нумерация в схеме отличается от нумерации в программе PowerSDR. Здесь я привожу нумерацию, как в программе. Если смотреть на разъём периферии как на фото выше (не считать квадратный контакт возле болта), вести нумерацию сверху вниз от одного до семи, то ситуация с управляющими уровнями выглядит так:

160м - высокий уровень 3,3В (логическая единица) на 1-м контакте;

80м - высокий уровень на 2-м контакте;

40м - высокий уровень на 3-м контакте;

20м - высокий уровень на 4-м контакте;

15м - высокий уровень на 1-м и 2-м контактах;

10м - высокий уровень на 1-м и 3-м контактах.

ATT 0дБ - высокий уровень на 5-м контакте;

ATT -10дБ - высокий уровень на 5-м и 6-м контактах;

ATT -20дБ - низкий уровень (логический ноль) на контактах 5-6;

ATT -30дБ - высокий уровень на контакте 6;

[TUN] - высокий уровень  на 7-м контакте (нижний на фото);

Соответственно, можно настроить и другие бенды, но нужен дешифратор, а у меня нет опыта работы с ним. Поэтому, пока оставлю уровни с 1-го по 4-й контакты для управления транзисторными ключами 4-х бендов со 160м по 20м.

Вот карта настроек в программе:

07.03.2021

Подключение телеграфного манипулятора:

В программе выбирается режим CW и включается Jambic для телеграфного манипулятора.

08.03.2021

Если отключить Jambic, то к контакту DASH можно подключить вертикальный ключ через тот же разъём (обычно, используют разъём под Audio Jack 6,3mm). Работает в данной версии прошивки. Архив. При использовании манипулятора в режиме CW, сигнал появляется при замыкании одного из контактов DASH/DOT на корпус, параллельно, трансивер переходит на передачу. Вертикальный ключ можно подключить и на 4-й контакт разъёма IO (опция Jambic тоже должна быть включена).

Так же, в этой прошивке работает управление внешними фильтрами, предусилителем, аттенюатором и тюнером. За основу был взят авторский архив проекта из сообщения #627.

Есть ещё мысли об интеграции, предлагаемого коллегами в ветке, кода для работы аттенюатора на PE4306, модуля GPS, КСВ-метра с измерителем мощности и тест опции Pure Signal. Однако, эти опции требуют ещё и аппаратной реализации соответствующих узлов...

28.11.2021

Изменил коммутацию трансивера. При использовании усилителя на RD16 с коммутационным реле и отдельными входом и выходом, подключение обоих трактов производится напрямую - TX-TX, RX-RX. Соответственно, убрал макетную плату с реле и тремя разъёмами. Единственное дополнительное реле в трансивере теперь управляет включением на передачу и этого промежуточного усилителя и внешнего PA. Фото размещу позже.

Временно, использую аттенюатор на 20дБ в тракте передачи, т.к. необходимо брать максимальный уровень с DUC трансивера (разница между полезным сигналом и паразитными копиями сигнала, которые по какой-то причине появились с отстройкой, примерно на 64кГц при этом становится максимальной). Есть идея убрать первый каскад в промежуточном усилителе на RD16 и подобрать уровень ослабления сигнала штатным аттенюатором на плате усилителя. Предполагаю, что данное действие приведёт к повышению линейности сигнала, которую пока не удаётся достичь выше 32дБ...

29.01.2023

Спустя достаточно длительный промежуток времени я вернулся к работе над данной конструкцией. В то же время, как основное радио я использовал её всё это время. Главным образом, велась работа над усилением сигнала и обработкой звука.

Давно не давала покоя мысль, попробовать реализовать заявленную автором функцию подстройки частоты по спутникам GPS. От одной только идеи уже кружило голову, т.к. ничего подобного в абсолютном большинстве аппаратов не используется. Знаю, есть такая функция в аппарате топ-класса - FLEX-6700.

Кроме того, выбег частоты у холодного радио с установленным недорогим генератором достигает около 28Гц, что не очень радует и приходится постоянно захаживать на маяки 9,996МГц или 4,996МГц, для подстройки частоты в первый час работы. Спустя примерно этот промежуток времени, частота стабилизируется и уже стоит насмерть.

В общем, заказал я на Ali модуль и антенну, получил их менее чем через месяц.

После этого попытался выяснить - есть ли необходимые строчки кода в моей прошивке. Оказалось, что есть, ничего править и заливать заново в радио не надо.

Первая попытка подключения модуля GPS на кросс-плату не увенчалась успехом. Довольно быстро стало понятно, что с модуля нет генерации. Началось детальное разбирательство с данной проблемой. Благо, автор кросс-платы - Юрий UB1AMZ и коллега, реализовавший работу функции ранее - Игорь RX3QCL помогли информацией по почте.

Долгое время пришлось разбираться с имеющимися в наличии адаптерами USB-UART. Ни один не хотел работать под Windows 10_64бит, не смотря на то, что адаптер на чипе PL2303HX вроде как определялся ОС и последняя даже подсовывала ему некие драйвера. Однако, программа для работы с модулем, в которой можно было увидеть карту спутников и получаемые данные, наотрез отказывалась видеть появившийся в системе виртуальный com-port. В конечном итоге, пришлось достать из чулана системник с Windows 7_32бит, установить в системе драйвер устройства на чипе CP2102 (пакет CP210x Windows Drivers),

вынести антенну за форточку и поймать, наконец, сигналы от нескольких спутников.

А вот сами настройки модуля в этой же программе (картинка кликабельна, как и некоторые другие на этой странице):

Кстати, они взяты с сайта автора идеи, использовать GPS-модуль. Здесь мы задаём желаемую частоту 3,072МГц и скважность 50% на выходе GPS-модуля для взаимодействия с конструкцией трансивера. После установки всех настроек нажимаем кнопку [Send], а при закрытии окна, сохраняем изменения, если программа выдаст окошко предупреждения.

После этого я сразу же подключил модуль к трансиверу через переходную колодку и полез на маяк 4,996МГц.

Оказалось, что частота дрейфует в пределах тех же нескольких десятков герц... Выглядит это примерно так:

Погружение в проблему привело к заключению, что при безупречной работе модуля (наличие хорошего обзора и большого кол-ва принимаемых спутников) - модуль и сама функция работают замечательно! Однако, учитывая пасмурное небо в момент экспериментов, осадки и закрытую половину небосвода домом - генерация с модуля постоянно срывалась. Сама генерация, при этом, даже в момент её наличия - неустойчивая и не синхронизируется стабильно...

Развёртка - 0,1uS. Смотрел, так же, на Осе-103 мини. В режиме анализатора спектра видно огромное кол-во различных частот с разными амплитудами выше и ниже по частоте от необходимой частоты 3,072МГц, которая идёт с максимальной амплитудой на фоне окружающего частотного мусора.

Последний же отфильтровывается программным способом в ПЛИС (круто!). Если бы удалось подключить осциллограф в точку после этого фильтра - наверняка, наш сигнал выглядел бы безупречно!

С выхода же модуля сигнал на Осе выглядит следующим образом:

Стрелкой отметил порядок точности принимаемой частоты. Погрешность - 0,6Гц!))) Уж не знаю, погрешность с модуля или у самой Осы... В любом случае, точность генерируемой частоты - для стоимости в $10 - потрясающая! 

Как только появляется стабильный приём спутников (минимум трёх) - генерация заданной частоты с GPS-модуля восстанавливается и частота приёма радио моментально подстраивается на передачу маяка.

Как только генерация пропадает, то при коэффициенте коррекции частоты в Thetis - 1,000000 - сигнал уходит в сторону на пару десятков герц.

В общем, скорее всего, в текущих условиях своего QTH я эту функцию использовать не смогу. ((( Хотя, конечно, буду пробовать вынести антенну дальше от стенки дома, проверю работу при чистом небе, попробую другую выносную антенну и т.п.. Возможно, какие-то настройки самого модуля несколько улучшат ситуацию. В общем, запустить модуль удалось, но использовать данный функционал в моих условиях пока нельзя.

Вечером того же дня. Приём на другом QTH в аналогичных условиях:

Судя по индикации жёлтого светодиода на модуле GPS - приём и генерация идут стабильно (когда приёма нет - светодиод светит ярче и постоянно). К сожалению, под рукой сейчас нет осциллографа, чтобы убедиться в этом. Кстати, если записать частоту в несколько герц, то мигание светодиода с заданной частотой при генерации заметно весьма отчётливо. К сожалению, элемент питания на борту не держит информацию в памяти модуля. Скорее всего, его придётся менять на аналогичный или более ёмкий и, как следствие, более габаритный.

На скрине видно, что с хорошим уровнем сигнала принимаются 5 спутников на южной стороне небосвода. Как раз северная сторона закрыта самим домом, а антенна вынесена за окно сантиметров на пять.

Есть идея, купить влагозащищённую антенну по типу этой и вынести её на кронштейне за окно.

Продолжение следует...