Bine aţi venit pe site!!!

Această pagină a fost creată cu scopul prezentării proiectului YOSDR.

Īn a doua jumătate al anului 2009 am decis să īncepem un proiect ambiţios care īşi propunea realizarea unei staţii SDR asemănător faimoasei SDR1000.

Echipa sa format din :

YO6OGJ, Endre (realizarea conceptuală, schema electrică, design pcb, procurare componente)

YO6OGW, Werner (design pcb, procurare componente, realizare practică)

DL1RTD, Werner (procurare componente)

YO6PF, Guszti (suport)

YO6OSZ, Szabi (suport)

YO6PES, Sandor (suport)

Sursa primară de inspiraţie a fost schema originală precum şi descrierea detaliată al autorului Gerald Youngbloud - AC5OG.

Primele articole apărute despre SDR1000 pot fi găsite aici :

http://www.arrl.org/files/file/Technology/tis/info/pdf/020708qex013.pdf

http://www.arrl.org/files/file/Technology/tis/info/pdf/020910qex010.pdf

http://www.arrl.org/files/file/Technology/tis/info/pdf/021112qex027.pdf

http://www.arrl.org/files/file/Technology/tis/info/pdf/98qex019.pdf

Īn noiembrie 2009 s-a realizat prima variantă a schemei, după care īn decembrie 2009 şi ianuarie 2010 a fost definitivată schema electrică şi s-a trecut la proiectarea circuitelor imprimate.

SCHEMA BLOC :

Trebuie menţionat că programul de prelucrare a datelor - Power SDR,  practic RIG-ul care stă la baza acestui procedeu, este pus la dispoziţia tuturor radioamatorilor de către firma FlexRadio atāt īn formă executabilă cāt şi sub formă de source.

Programul poate fi descărcat gratuit de aici: Flex Radio

Avānd īn vedere succesul originalului SDR1000, au apărut foarte multe clone sau replici ale acestuia īn mai multe forme constructive.

Proiecte si descrieri detaliate :

http://www.km0t.com/pages/sdr.htm

http://dj9cs.raisdorf.org/downloads/SDR_und_SoftRock_DJ9CS_01.pdf

http://nonprofit-hasdr.110mb.com/indexe.html

http://rw3ps.qrz.ru/uasdr.htm

http://f4dan.free.fr/sdr_class_eng.html

Consultānd mai multe exemplare din aceste replici realizate precum şi cel original īn detaliu, ne-am propus următoarele obiective:

    • Pentru reducerea complexităţii părţii digitale (combinaţionale) integrarea acesteia īntr-un singur circuit integrat programabil (CPLD)
    • Folosirea unei singure surse de alimentare exterioară de 12Vcc şi derivarea acestei tensiuni pentru a alimenta toate subansambele din RIG (+3V3 analogic, +3V3 digital, +5V digital, +12V, +15V, -15V)
    • Includerea upgrade-lui, care a apărut ulterior la FlexRadio, a unui al doilea set de filtre LPF (filtre trece jos) pentru mărirea selectivităţii
    • Preamplificator cu dinamică ridicată (OIP3=+48dBm)
    • Amplificator final de cel puţin 14W cu filtru de armonici la ieşire
    • Alegerea unei soluţii mecanice ca toate subansamblele să se poată integra uşor

    Poze versiunea 0:

    Avānd īn vedere numeroasele erori de proiectare am fost nevoiţi să refacem ambele module şi să comandăm circuitele imprimate din nou.

    La prima variantă am īntāmpinat probleme la partea de alimentare, oscilator şi partea de radiofrecvenţă. Bobinele utilizate īn prima variantă sau dovedit necorespunzătoare.

    Poze versiunea 1:

    Avānd īn vedere multitudinea documentelor care descriu principiul şi funcţionalitatea receptoarelor SDR nu vom intra īn explicaţii detaliate.
    O serie de articole cu descrieri foarte bine documentate şi cu explicaţii amănunţite au fost scrise de Florin Creţu - YO8CRZ şi se pot citi aici:

    http://www.radioamator.ro/articole/view.php?id=348

    http://www.radioamator.ro/articole/view.php?id=402

    http://www.radioamator.ro/articole/view.php?id=423

    http://www.radioamator.ro/articole/view.php?id=666

    Totuşi pentru evitarea confuziilor vom expune cāteva idei de bază despre procedeul utilizat şi modul de funcţionare.
    Procedeul utilizat se poate asemăna cu funcţionarea unei sincrodine echipate cu mixer dublu, defazate cu 90 de grade adică īn cuadratură. Mixerul utilizat este de tipul Tayloe care are particularitatea că este teoretic fără pierdere. Ieşirile din mixere sunt apoi amplificate cu amplificatoare de instrumentaţie cu zgomot redus şi introduse īn cartela de sunet al calculatorului. Aceasta metoda este poate mai elaborioasa din punct de vedere hardware faţă de metoda conversiei directe - DDC, adică semnalul din antenă este filtrat apoi tot spectrul este digitizat iar mixarea se face īn domeniu digital, matematic - dar are marele avantaj că nu necesită convertor analogic numeric de mare viteză.

    (Vezi proiectul HPSDR).

    Bineānţeles considerentele de mai sus se rezumă la bani, preţul unei cartele de sunet performante nu este comparabilă cu preţul unui singur integrat ADC de mare viteză (100EUR-300EUR).
    Īn urma conversiei rezultă două semnale intermediare a căror valoare este de obicei de la 11.025kHz la max 96kHz. Marele avantaj al SDR-ului este că "vedem" banda sau cel puţin o parte din bandă (egală cu 2 x FI). Cu cāt este mai mare viteza de conversie cu atāt vom vedea concomitent mai mult din bandă.
    La prima vedere poate părea un moft cu atātea detalii şi complicaţii dar cert este că telecomunicaţiile din zilele noastre utilizează conversia cu procedeul descris mai sus. Telefoanele mai noi nu au frecvenţă intermediară clasică, pānă şi televizoarele de mai nouă generaţie nu mai au "cale comună" ci numai o singura conversie.
    Motivul?- necesitatea modificării lărgimii de bandă precum şi flexibilitatea platformei de prelucrare a datelor indiferent de natura acestora.

    Trebuie menţionat că şi īn cazul nostru partea de RF se simplifică semnificativ cu această arhitectură īn defavoarea părţii digitale dar cum cel din urmă devine tot mai accesibil, tendinţa este clară!

    Trebuie să mai amintim că există deja o serie de transceivere industriale care au arhitectură mixtă adică după prima conversie nu mai exista o a doua sau a treia conversie ci semnalul este convertit cu un mixer īn cuadratura īn domeniu digital apoi toate prelucrările se fac tot digital (AGC, demodulare, şamd.)

    Aşa cum reiese şi din descriere de mai sus precum şi pe baza experienţelor noastre, piesa de rezistenţă este cartela de sunet. Trebuie accentuat acest lucru pentru că sensibilitatea precum şi lărgimea de bandă ("ce se vede concomitent") va depinde exclusiv de acesta!
    Programul Power SDR susţine un număr relativ redus de cartele de sunet:

    M-Audio Delta 44 (PCI);

    Presonus Firebox (FireWire);

    Edirol FA-66 (FireWire);

    SB Audigy (PCI);

    SB Audigy 2 (PCI);

    SB Audigy 2ZS (PCI);

    Sound Blaster Extigy (USB);

    Sound Blaster MP3+ (USB);

    Turtle Beach Santa Cruz(PCI).

    Noi am folosit o placă de sunet externă Sound Blaster Extigy pe care am achiziţionat-o la māna a doua. Era cea mai bună variantă din punct de vedere raport calitate/preţ.
    Software-ul permite folosirea şi a unei cartele de sunet oarecare (Unsupported card) dar cu rezultate modeste faţă de cartelele mai sus amintite.

    Īn continuare este prezentat descrierea YOSDR-ului īn trei secţiuni după cum urmează:

      1.Placa de TxRx

      2.Placa RF

      3.Placa amplificatorului de putere

    1.Placa de TxRx

    Practic blocurile cheie ale oricărui transceiver SDR şi-au găsit locul pe aceasta placă. Circuitele de alimentare sunt poziţionate pe acest circuit imprimat, sursele de tensiune fiind īn comutaţie, care la prima vedere par o problemă majoră ca sursă de zgomot, īnsă cu o poziţionare adecvată şi cu masa digitală conectată cu cea analogică īntr-un singur punct elimină majoritatea acestor probleme.
    Partea digitală este compusă din M4A5-128/64-10VC (U100), CPLD-ul fabricat de Lattice care practic răspunde pentru interfaţarea cu portul paralel al calculatorului, distribuirea semnalelor pentru comanda DDS-ului şi toate semnale de comandă şi control. Despre structura internă, practic hardware-ul, ce s-a implementat īn CPLD - este aproape una şi aceaşi ca īn schemele originale cu circuite integrate discrete. Programul a fost scris īn limbaj ABEL şi compilat cu programul ISPLever tot de la Lattice. Ca programator sa folosit cel mai simplu programator JTAG exemplificat tot pe pagina Lattice-ului. Pe lāngă fişierul "executabil" JEDEC am pus la dispoziţia doritorilor şi fişierul original ABEL pentru dezvoltări sau modificări ulterioare.
    Oscilatorul local, īn acest caz DDS-ul, este de tipul AD9854(U205) de la Analog Devices şi rulează la viteza maximă de 200MHz. Este cea mai scumpă componentă din YOSDR costă circa 40EUR deci trebuie tratată ca atare īn sensul că se vor avea īn vedere atenţionările producătorului privind utilizarea īn condiţii ESD şi lipirea fără al supraāncălzi. Īn modelele originale nu s-a prevăzut radiator dar foarte repede s-a dovedit că montarea unui radiator pe DDS este o necesitate şi īn nici un caz un moft. Radiatorul trebuie să disipe circa 3W şi se va lipi cu o pastă specială termoconductibilă.
    DDS-ul este echipat şi cu un multiplicator intern, la care avem acces prin PowerSDR, pentru a fi utilizat cu oscilatoare cu referinţă mai joasă decāt 200MHz, noi totuşi am optat pentru un oscilator destul de scump de 200MHz. Motivul este descris chiar īn Application Note-ul acestui integrat, reducerea zgomotului de fază.

    2.Placa RF

    Placa RF este poziţionată deasupra plăcii TxRx fiind interconectată cu acesta printr-un cablu panglică cu 40 fire. Funcţional modulele aferente acestei plăci sunt īnlănţuite după cum urmează:

      • La recepţie, semnalul de la antena trece printr-un atenuator comutabil de 12dB, apoi este filtrat prin filtre trece bandă comutabile pentru diferitele benzi, pe urmă este amplificat de un preamplificator de zgomot redus şi cu dinamică ridicată (necesar īn special īn benzile joase) şi trecut printr-un set de filtre trece jos comutabile pentru fiecare bandă īn parte. Trebuie menţionat că deşi receptorul este de bandă largă filtrele trece jos limitează sensibilitatea destul de puternic īn afara benzilor de radioamatori.
      • Filterele trece bandă sunt construite cu elemente pasive SMD iar filtrele trece jos cu bobine reglabile. Bobinele folosite pentru FTJ sunt fabricate de Neosid şi au fost alese luānd īn considerare proprietăţile miezurilor magnetice pentru a obţine un factor de calitate cāt mai mare.
      • La emisie, semnalul parcurge acelaşi traseu dar īn locul preamplificatorului este conectat un amplificator de radiofrecvenţă. Particularitatea acestei soluţii este că amplificatorul operaţional folosit are etaj de ieşire de curent mare deci permite un nivel de ieşire rezonabil de cāteva sute de miliwaţi. Īn montajul original chiar sa īmpins amplificarea pānă la 1W dar īn cazul neadaptării ieşiri la 50R se poate arde aproape instantaneu. Amplificarea īn putere este de circa 20dB dar īn banda de 50MHz acesta se reduce deja la 16dB. Transceiverul este prevăzut cu posibilitatea conectării a unui transverter după FTJ dar acesta trebuie să fie capabil să amplifice corespunzător la emisie semnalul de +10dBm (10mW) provenind din placa de bază TxRx. Transverterul este alimentat automat prin trecerea transceiverului īn mod transverter prin feederul de intrare al acestuia (P302).

    Din platforma PowerSDR utilizatorul are posibilitatea de a alege īntre patru nivele de amplificare la recepţie: OFF (Attenuatorul cuplat -12dB), LOW (primul nivel de amplificare al amplificatorului de instrumentaţie U206, U207 prin R210, R212), MED (al doilea nivel de amplificare al amplificatorului de instrumentaţie U206, U207 prin R211, R213) şi HIGH (preamplificatorul de RF cuplat Q300, Q301).

    Schema si lista de piese

    Fisiere CPLD Lattice

    3.Placa amplificatorului de putere

    Amplificatorul de putere a fost proiectat să debiteze cel puţin 14W pe toate benzile pānă la  30MHz şi cel puţin 5W īn banda de 54MHz. Totodată s-a propus ca obiectiv ca acest amplificator să se echipeze cu un filtru de armonici la ieşire FTJ. Legătura cu placa RF este realizată printr-un cablu panglică cu 14 fire. Cablul coaxial utilizat pentru interconectarea plăcilor este RG174 cu mufe SMA.
    Tranzistoarele folosite pe partea de putere sunt fabricate de Mitsubishi şi sunt de tipul RD16HHF01 iar driverul este de tipul RD06HHF01. Aceste tranzistoare sunt din familia MOSFET-urilor RF de nouă generaţie, avānd īn vedere preţul şi parametrii, acestea au fost cele mai accesibile.  Dacă comparăm cu mult citatul IRF510 putem să enunţăm următoarele:

      • RD este de tensiune joasă specific 12Vcc, IRF are nevoie de cel puţin 28Vcc
      • RD are proprietăţi RF superioare faţă de IRF (capacităţi reduse la GS)
      • IRF este de curent mai mare şi īn unele benzi este capabil să livreze mult mai multă putere
      • Amplificarea īn putere al RD-ului este superioară faţă de IRF şi faţă de variantele bipolare: 16dB

    Pentru o adaptare mai bună a plăcii RF şi a etajului de intrare al amplificatorul final s-a intercalat un atenuator de 3dB. (Un atenuator de 3dB creşte adaptarea cu 6dB.)
    Schema utilizată este clasică, de amplificator īn clasa AB1 de bandă largă. Transformatorul de ieşire s-a confecţionat din sārmă liţată de 3mm² īn circuitul primar iar īn circuitul secundar din sārmă cu izolaţie de teflon. Tipul torului şi alte detalii constructive găsiţi īn schema ataşată.
    Bobinele din filtrele de ieşire au fost bobinate pe toruri T-50 şi fiecare a fost ales să se preteze pentru frecvenţa de lucru. Atenuarea obţinută a fost sub 1dB exceptānd banda de 50MHz unde era de circa 1.5dB.
    Amplificatorul final s-a echipat şi cu un reflectometru simplu cu LED-uri. Acest reflectometru urmăreşte schema clasică de măsurare a tensiunii directe precum şi a celei reflectate iar SWR-ul se calculează cu ajutorul unui microcontroler de 8 biţi. Bineānţeles avānd īn vedere rezoluţia cu care este afişată puterea de ieşire şi SWR-ul, este doar informativ dar foarte util īn cazul īn care nu mai vrem să cărăm după noi prea multe cutiuţe.
    Putem să spunem că această placă ne-a dat cea mai puţină durere de cap şi nu a fost nevoie de prea multe īncercări şi teste. Amplificatorul a furnizat īn toate cele 4 cazuri puteri peste 15W īn toate benzile şi 5W īn banda de 50MHz. Un exemplar din cele patru chiar peste 20W īn banda de 21MHz şi puteri asemănătoare īn restul benzilor. Pentru obţinerea rezultatelor scontate este necesar utilizarea condensatoarelor de foarte bună calitate.

    Schema şi lista de piese amplificator

    Fisiere si cod sursa pentru SWR-metru cu microcontroler PIC 

    Amplificator final RF 15W cu tranzistoare / Poze PCB amplificator final de 15W / 04.10.2010

    Rezultate obţinute:

    YOSDR a fost construit īn 5 exemplare şi a fost comparat cu următoarele staţii industriale sau de arhitectură clasică: Swan 100MX, CDG2000,Yaesu FT-100, Yaesu FT-817.
    Sunt unele detalii pe care nu vrem să le comentăm, care ţin de gust, unii preferă un buton mare "clasic" şi toate tacāmurile īn stil clasic iar alţii accepta ideea din start de a acorda, folosind mouse-ul calculatorului...
    Īnsă cel mai important aspect este că se vede banda sau cel puţin o parte din ea! Nu trebuie mult timp să te familiarizezi cu acest aspect vizual şi să realizezi cāt de util este. Comoditatea tuturor comenzilor precum acesibilitatea acestora ţin mai mult de PowerSDR, vom reflecta mai mult asupra aspectelor care ţin de funcţionalitatea transceiverului. Pe lāngă modurile clasice de lucru USB, LSB, CW şi FM avem posibilitatea să redirecţionăm semnalul recepţionat şi transmis către un al doilea program (MixW sau altele) cu ajutorul căruia se poate aborda practic orice mod de lucru indiferent de lărgime de bandă digital sau analogic!
    Ca exemplu am reuşit să recepţionăm emisiuni transmise īn mod digital al BBC-ului pentru domeniu public īn modul DRM (Digital Radio Mondiale) cu ajutorul unui program secundar numit chiar DRM. O transmisie care chiar dacă se emite pe unde scurte este fără fading cu o claritate deosebită care nu prea mai aduce aminte de Radio Europa Liberă.
    Recepţia este un punct forte al acestui rig, claritatea vocii este incomparabil faţă de transceiverele amintite devansāndu-le pe acestea. Sensibilitatea īn unele cazuri este comparabil cu staţiile amintite dar īn multe cazuri zgomotul redus compensează sensibilitatea. Posibilităţile de filtrare sunt deosebite, de exemplu īn caz de QRM o staţie DX cu semnal slab poate fi auzită chiar dacă īn vecinătate altă staţie apropiată lucrează cu putere mai mare. Trebuie să menţionăm că pentru a obţine succesul scontat YOSDR trebuie calibrat obligatoriu. Fără o calibrare minuţioasă īn fiecare bandă supresia frecvenţei imagine nu este adecvată. Metodele de calibrare sunt detaliate şi descrise īn manualul PowerSDR-ului, īn principiu este nevoie de o sursă de semnal cu amplitudine cunoscută.
    Să amintim şi de carenţele YOSDR-ului care se leagă chiar de sistemul de calibrare fără de care funcţionează inacceptabil! Un alt aspect deranjant este oscilatorul local. DDS-ul, are spurii nedorite īn unele locuri preponderent īn benzile superioare, mai supărător īn banda de 50MHz. Īn unele cazuri aceste spurii se pot "filtra" adică se pot scădea matematic din banda dorită (facilitate oferită de software). Partea de emisie suferă şi ea de unele lipsuri privind suprimarea benzii laterale. Calibrarea este mult mai anevoioasă ca īn cazul recepţiei.

    Punerea īn practică:

    Avānd īn vedere posibilităţile noastre şi natura proiectului, totul s-a realizat manual. Plăcile de circuit imprimat au fost proiectate cu programul Altium Designer.
    Circuitele imprimate sunt din material FR4, dublu placat şi comandate la o firmă specializată pentru producerea circuitelor imprimate:  http://www.eurocircuits.hu
    Cositorirea pieselor sa realizat cu letcoane Weller de 50W şi 80W setate la 350°C, cositorul folosit a fost cel clasic Sn63Pb37 de 1mm şi cositor Sn60PbCu2 cu diametru de 0,5mm. La cositorirea CPLD şi DDS a fost nevoie de tresă de cupru şi gel decapant (flux) pentru realizarea unei cositoriri de foarte bună calitate. Restul pieselor nu a reprezentat nici o problemă pentru cositorirea manuală. Se īncepe cositorānd componentele mici SMD, U100 şi U205 se lipesc chiar la īnceput, după care urmează restul pieselor SMD şi la urmă componentele clasice. Resturile de cositor trebuie īndepărtate de pe circuitele imprimate, mai cu seamă la partea de RF, cu un spray special sau cu alcool isopropilic.

    FACEŢI CLIC PE VIDEO PENTRU A LE DESCHIDE

    Lista de piese:

    Ne-am străduit să utilizăm doar piese componente care sunt īn fabricaţie curentă şi le-am achiziţionat de la următoarele firme:
              http://ro.farnell.com/
              http://www.schukat.com/schukat/schukat_cms_de.nsf/index/home
              http://www.tme.eu/ro/
              http://www.radiovilag.hu/neosid.htm
              http://www.digikey.com/

    Să mai spunem şi cāteva cuvinte despre efortul material al acestui proiect: cele două plăci TxRx şi RF au costat circa 250EUR la o cantitate de 5 bucăţi (costuri exclusiv materiale ca toate componentele, cutia şamd.) iar amplificatorul final circa 85EUR la o cantitate de 4 bucăţi (inclusiv circuitul imprimat al amplificatorului final, torurile de ferită şi tranzistoarele).

    Acest proiect nu este de tipul Yaesu, Kenwood şi multe alte firme de renume mondială adică plug and play ci mai degrabă destinat celor care sunt deschişi să experimenteze pe "meleaguri" noi. Posibilităţile oferite totuşi sunt de inegalat, să nu īnţelegem greşit, nu va devansa un FT-1000MP sau alte tunuri de calibru mare dar aduce rezultate comparabile.

    Proiectul YOSDR, cu toate că nu este un proiect pentru un weekend  şi implică cunoştinte nu numai de radiotechnică ci şi de calculatoare chiar mai mult ca " īn general", merită şi rezultatele compensează efortul depus!
    Ştim, că SDR nu este o cale bătută sau arhicunoscută cu aplicaţii pentru radioamatori dar este cert că posibilităţile de dezvoltare pornind din idea celor mai sus amintite sunt inepuizabile şi cu rezultate comparabile.

    ***O POSIBILĂ CONTINUARE***

    Da, se poate continua, se poate dezvolta īn continuare īn foarte multe direcţii. O direcţie ar fi eliminare interfeţei paralele precum şi implementarea DDS-ului īn CPLD sau chiar folosirea unui FPGA. Se poate dezvolta o mini unitate care să proceseze semnalale I şi Q la fel ca īn cazul proiectului www.sdrcube.com , nu ştim de o altă iniţiativa atāt de curajoasă! Cine s-ar fi gāndit că poţi inghesuii o īntreagă staţie QRP īntr-un microcontroller de 16 biţi?! Carenţele părţii de emisie s-ar putea elimina cu conversie digitală şi cu predistorsiune la modulaţie şamd...

    Dacă sunt colaboratori care sunt interesaţi de acest domeniu şi sunt gata să-şi sacrifice o parte din timpul liber poate găsim o cale de continuare al acestui interesant proiect...

    Ne puteţi contacta la: qrpclub@qrpclub.ro

    FORUM YO-SDR

     

     

     

    Valid XHTML 1.0 Strict