Почитав информацию по разработке приёмника прямого преобразования с DSP от Георгия RX9CIM на сайте
решил попробовать свои силы в изготовлении столь интересной и необычной конструкции.
Технические данные приёмника:
- диапазон - 50 KГц-30 МГц;
- наличие синтезатора и ЖК дисплея;
- прием FM, AM, CW, SSB;
- наличие пяти фильтров с разной шириной для каждого типа модуляции:
АМ, ЧМ: 10кГц, 8кГц, 6,5кГц, 5кГц, 4кГц;
SSB: 3кГц, 2,7кГц, 2,5кГц, 2.2 кГц, 2кГц;
CW: 1.5 кГц, 1кГц, 0,5кГц, 0,3кГц, 0,2кГц.
- шаг перестройки: 5Гц, 10Гц, 15Гц, 20Гц, 25Гц, 50Гц, 100Гц, 200Гц, 500Гц, 1кГц.
- подавление зеркального канала приема - 70дБ;
- чувствительность без УВЧ – 0,5-1мкв.
- наличие автоматического ночь и перестраиваемого шифт фильтров;
- прямоугольность применяемых цифровых фильтров по уровню -3дБ/-60дБ - не хуже 1,2.
- 10 каналов памяти с запоминанием частоты и режимов работы на этих частотах;
- возможность калибровки частоты приёма по эталлонным частотам;
- выбор постоянной времени АРУ;
- выбор порога АРУ;
- возможность калибровки S-метра по уровню 9 баллов (50 мкВ);
- отключаемый УВЧ;
- наличие прямого ввода частоты с клавиатуры приёмника;
- наличие подавителя импульсных помех;
- наличие панорамного индикатора с полосой обзора 22 кГц в SSB и CW режимах и 44 кГц в АМ и ЧМ.
Предусмотрена возможность подключения и коммутации посредством дешифратора ДПФ со следующим распределением:
- <250кГц;
- 250кГц-500кГц;
- 500кГц-1МГц;
- 1МГц-2МГц;
- 2МГц-4МГц;
- 4МГц-8МГц;
- 8МГц-15МГц;
- 15МГц-30МГц.
Приемник состоит из 7 плат:
- системная плата;
- DDS на AD9951...52;
- плата SDR аналогового приемника;
- плата кодека CS4221 с УНЧ TDA2822;
- плата ФНЧ;
- плата дешифратора входных фильтров;
- плата входных фильтров приёмника.
Блок-схема DSP приёмника:
Пример схемы системной платы (Main board):
Проект открытый и любой желающий может присоединиться к доработке и усовершенствованию этого DSP приёмника, его программного обеспечения.
В принципе, все функции этого устройства может выполнять и связка из SDR приёмника и компьютера с программами SDR, но иметь полностью автономный и компактный, вседиапазонный и всемодовый приёмник - более заманчиво.
Ну и интересен сам творческий момент сборки и освоения нового направления конструирования.
Автор выложил несколько видео роликов на YouTube с демонстрацией работы DSP приёмника, что позволяет оценить его возможности:
Очень впечатляет!
Примеры звучания приёмника при приёме из реального эфира, можно скачать отсюда. Приведены файлы записи звучания приёмника в SSB, AM, CW, FM.
===============================================
И так, приступаем.
Для начала нужно запастись терпением и собрать все, необходимые для сборки приёмника, комплектующие. Для начала, это могут быть детали для сборки только процессорного блока - при подаче признаков жизни которого можно будет двигаться дальше.
В начале будет необходим один контроллер - STM32F407VET6 с 512 КБ Flash (на схеме - правый), ЖК дисплей 128*64 с контроллером совместимым с KS0108, клавиатура 4х4, валкодер из мышки, кварцевый генератор на 10 мГц, интегральные стабилизаторы на 5 В (2 шт.) и 3.3 В.
Хотел бы сразу предупредить, что удовольствие, по сборке этого приёмника с DSP, не из дешёвых - готовьтесь выложить более 100 USD только за детали.
Схемы и рисунки плат, с моими небольшими коррекциями, находятся в Каталоге файлов сайта.
В контроллеры STM32F407VET6 (их всего - два и они широко доступны в интернет магазинах по цене около 12...14 USD штука), нужно будет зашить предоставленные автором программы. Это можно сделать, как минимум, двумя способами.
Первый - через COM порт компьютера и модем на микросхеме MAX3232, но, для этого необходимо внести изменения в печатную плату Main board.
Второй - используя входы SWD, отдельные для каждого контроллера, уже предусмотренные на плате Main board.
Однако, для этого необходимо приобрести любой из отладчиков STM32, имеющих на борту USB порт и SWD выход. Например - STM32F4-DISCOVERY. Это более дорогой вариант, чем применение модема на микросхеме MAX3232, примерно в 7 раз... 3 USD против 22 USD.
Я использовал второй способ, чтобы существенно не перерабатывать печатку и упростить себе жизнь в будущем, так как в случае затруднений с прошивкой контроллеров, всегда можно будет получить консультации от автора конструкции - он программировал контроллеры именно этим способом.
В принципе, если вам нужно только один раз зашить программы в контроллеры и больше не заниматься другими работами по написанию и отладке программ, то отладчик - большая роскошь для одноразового программирования - здесь есть смысл использовать первый способ, подкорректировав плату Main board.
Методика подобного программирования описана здесь, на примере контроллера STM32F100.
Цоколёвка и подключение для программирования контроллеров STM32F407 этим методом, через модем на MAX3232, показана на прилагаемом рисунке:
==============================================
Делаем методом ЛУТ печатные платы Main board, кодека и Low pass filter:
SDR приёмник и синтезатор на DDS AD9951, могут быть использованы готовые, от другой конструкции, например от приёмника RA4NAL схема которого есть здесь и здесь и которые я использовал в этой конструкции. Схему синтезатора и рисунок его печатки, от SDR приёмника RA4NAL, для ЛУТ можно найти в Каталоге файлов здесь. Либо собрать схему DDS синтезатора, которую применил автор и которую, вместе с печатной платой, можно скачать здесь. На выходе синтезатора, на печатной плате, установлен усилитель ERA-5SM, который не отображен на принципиальной схеме.
===============================================
* Несколько слов по монтажу печатных плат.
Очень удобно, в отличие от авторского варианта, установить штырьки разъёмов со стороны печатного монтажа.
Это позволит иметь доступ к схеме в процессе наладки и эксплуатации приёмника, к деталям, для контроля режимов и перепайке, не переворачивая печатные платы.
Причём, этот вариант установки позволяет пропаять штырьки разъёмов, имеющих соединения с землёй, с двух сторон, надёжно соединив обе стороны печатной платы.
Сделать это очень просто и без металлизации отверстий печатной платы - достаточно просверлить отверстия под штырьки разъёмов сверлом диаметром 0.7...0.8 мм, раззенковать фольгу с обратной стороны платы под штырьки, которые не должны иметь контакта с землёй, вытащить штырьки разъёмов из пластмассового держателя и вставить их, по одному, в отверстия печатной платы при помощи плоскогубцев так, чтобы с противоположной стороны они выходили из платы на 2...3 мм. Штырьки очень плотно входят в отверстия, чем обеспечивается их прочная установка на печатной плате.
Затем, припаиваем штырьки небольшим количеством припоя и одеваем на них пластиковую часть разъёма, утапливая её, до печатной платы, пинцетом.
Монтаж будет выглядеть так:
Потихоньку движемся в реализации проекта по сборке приёмника:
=================================================
Пересчитал данные Low pass Filter, так как не очень понравилась АЧХ авторского варианта при симулировании его в программе RFSimm99 (завал на ВЧ частотах полосы пропускания) - наилучшие результаты получились при использовании программы FilterLab v.2.0 от компании Microchip.
Баттерворт, 8 порядка, частота среза - 8 кГц:
АЧХ готовых фильтров (два канала), снятая программой SpectraLab, выполненных по приведённой выше схеме:
=================================================
По поводу оптического энкодера - можно попробовать сделать оптический энкодер из компьютерной лазерной мышки, как описано здесь. Получится аж 2000 импульсов на оборот! В этом случае, придётся просить автора конструкции приёмника, добавить в меню шаг настройки 2..3 Гц, а то получится очень плотная настройка на станции.
Дисплей 12864 приобрёл здесь, за 12.89 USD (пошёл спрос - цену уже подняли...) с бесплатной пересылкой. Это наиболее дешёвый вариант, который мне удалось найти. После консультаций с автором конструкции и уточнении схемы, дисплей был подключен. Работает очень неплохо, хотя и с не очень яркой подсветкой (I = 115 mA). Позднее уменьшил ток подсветки до 65 мА, увеличив номинал токоограничивающего резистора в два раза. Существенно яркость подсветки не изменилась, но разгузился стабилизатор +5 В на плате Main Board, который ранее основательно нагревался.
================================================
18.07.2013 были откорректированы схемы приёмника, с учётом замеченных неточностей.
В сборе, тестируем работу приёмника:
================================================
26.07.2013 г. автором выложен новый вариант прошивок, позволяющий выбирать произвольный коэффициент усиления кодека, порог срабатывания АРУ, исправлен баг при АМ модуляции.
Добавлено системное меню, в которое можно попасть нажав и удерживая кнопку * и включив питание приёмника. Дальше - будет всё понятно.
Установки нужно сделать при первом включении приёмника - обязательно!
В них входит установка коэффициента умножения частоты опорного генератора DDS (домножение до 400 мГц, например, при частоте генератора 80 мГц, нужно установить коэффициент 5, при 100 мГц - 4), установка самой частоты опорного генератора (например: 80 мГц, 100 мГц и др.), коэффициент усиления кодека, калибровка S-метра, установка порога срабатывания АРУ.
Если не установить два первых параметра, приём может быть невозможен.
Там же, в системном меню можно выполнить и калибровку показаний частоты приёмника, путём изменений при вводе частоты опорного генератора DDS.
Например, у меня пришлось ввести частоту 99 996 000 Гц, вместо 100 мГц, чтобы показания дисплея соответствовали истинной частоте приёма.
Одни из прошивок контроллеров приёмника можно взять здесь.
В этих прошивках полностью переделана работа с каналами памяти (по принципу работы с каналами памяти в ICOM-756). Самые свежие версии прошивок DSP и системного контроллеров можно скачать на форуме сайта cqham.ru по ссылке, приведённой в самом начале этой статьи.
Всё работает отлично! Приём АМ станций сравним, по звучанию, с ламповым звуком. В SSB многое зависит от состояния эфира, впечатляет работа АРУ, программных фильтров. Качество работы ЧМ демодулятора - хорошее.
Вид некоторых АЧХ фильтров тракта приёмника.
Полоса 10 кГц (АМ. ЧМ). Частота среза ФНЧ перед кодеком - 8 кГц:
Полоса 5 кГц (АМ, ЧМ):
Полоса 2.5 кГц (SSB):
Полоса 1 кГц (CW):
Полоса 0.2 кГц (CW)
================================================
Поскольку всё работает, начинаем сборку приёмника в корпус, используя коробку от приборов КИПиА, размерами 195 х 140 х 160 мм:
Подобный принцип размещения плат приёмника, позволяет обойтись без дополнительной экранировки, так как цифровая и аналоговая часть приёмника разделены двумя металлическими экранами.
На заднюю панель вывел два разъёма DB9 для возможности программирования контроллеров приёмника (через SWD, программатором STM32F4 DYSCOVERY), не залезая, каждый раз, во внутрь приёмника:
Остановка за надписями на лицевой и задней панелях приёмника.
Автором предусмотрено подключение к приёмнику полосовых октавных фильтров с частотным распределением трансивера JUMA TRX2a:
Рисунок печатной платы можно скачать отсюда, убрав девятый полосовой фильтр. Всего их нужно восемь. Или собрать восемь ФНЧ с таким же частотным распределением, как и субоктавные фильтры, рисунок плат которых, вместе с дешифратором на 74LS145, можно взять отсюда.Субоктавные фильтры хороши с одновременным применением ФНЧ, так как они имеют крутой нижний скат АЧХ (но, увы, очень плавный верхний), что можно будет использовать в будущем трансивере с ФНЧ выходного каскада, в варианте приёмника, же, использование только одних субоктавных фильтров позволит получить затухание за полосой пропускания верхнего ската, всего около -35 дБ, что может оказаться мало.
У ФНЧ пятого порядка от JUMA TRX2a, это затухание получается выше в среднем на 20 дБ (-55 дБ)! И это на всего двух индуктивностях, против трёх у субоктавных фильтров.
==============================================
Есть идея по создании CW приставки к этому приёмнику. Блок схема такой приставки может выглядеть так:
Используется от приёмника только гетеродин на AD9951.
Схему квадратурного НЧ генератора с малыми искажениями можно найти здесь. Хотя, там есть ошибки и в схеме и в тексте. Ниже - оригинал схемы из книги автора М.Х.Джонс, Электроника — практический курс :
Генератор работает и с однополярным питанием, если подать на прямой вход микросхем половину напряжения питания. Например, так:
Генератор работает от однополярного источника 3...15 В, возможно установить на его выходе частоту от 100 Гц до 12.5 кГц.
Микросхемы могут быть KР140УД708, К140УД7 или аналогичные, резисторы R1a и R1b - один сдвоенный на 10 кОм.
Получается приставка на:
- 3 аналоговых микросхемы в квадратурном генераторе.
- 1 цифровая микросхема в переключателе квадратур.
- 4 аналоговых микросхемы в ФНЧ (можно взять схему от Пион-DSP).
- 3 цифровых микросхемы в смесителе.
Столь "навороченную" схему приставки приходится использовать из-за того, что синтезатор приёмника работает на частоте отличной от частоты приёма на 5512 Гц. Просто подмешать опорный генератор 5512 Гц к частоте синтезатора не получится, так как не удастся подавить на выходе смесителя частоту зеркального канала, отстоящего от частоты приёма на 2 х 5512 Гц = 11024 Гц.
В случае использования квадратурного генератора, это подавление возможно, как минимум, до -30 дБ.
Собрана тестовая схема квадратурного генератора, получена такая фигура Лиссажу, что демонстрирует его правильную работу - сдвиг фаз выходных сигналов равен 90 градусов:
Далее, для эксперимента, эти сигналы, со сдвигом 90 градусов (I/Q), можно подать на любой передающий тракт SDR трансивера, вместо сигналов от звуковой карты компьютера, и на выходе тракта получим CW сигнал на рабочей частоте DSP приёмника.
Что и сделал, используя готовый передающий радиотракт отсюда. Получил на выходе нужную частоту, которая хорошо прослушивается в приёмнике.
==============================================
Добавлено 06.10.2013 г.
Сегодня полностью закончен приёмник! Установлены диапазонные SMD ФНЧ по частотному раскладу JUMA TRX2a и дешифратор.
Как и ожидалось, приём на низкочастотных КВ диапазонах, средневолновом и длинноволновом диапазонах очистился от станций, расположенных на нечётных гармониках от основного сигнала. Затухание фильтров достигает -50...55 дБ.
Остановился на изготовлении ФНЧ, а не октавных фильтров, так как с их помощью достигается большее затухание на гармониках, в среднем на 20 дБ! Октавные фильтры имеют крутой нижний скат и пологий верхний и использование их оправдано в комбинации с ФНЧ в конструкции трансивера, а не приёмника, что позволит получить общее затухание до -70 дБ и более, в зависимости от экранировки и развязки вход-выход фильтров.
Пример АЧХ фильтра на одном из поддиапазонов:
Данные фильтров (рассчитаны под стандартный ряд SMD индуктивностей):
Сравнил работу приёмного тракта Пилигрима-SMD и DSP приёмника - в DSP приёмнике больше плюсов - это больший запас по усилению, возможность приёма ЧМ, шумоподавитель и Noch фильтр, переключаемое время задержки АРУ, более удобная работа с меню, 10 каналов памяти.
Получился отличный всемодовый приёмник с хорошими параметрами и развитым сервисом.
Особая благодарность Георгию RX9CIM за разработку!
И ещё:
- приобрёл навороченный IC-7600 и, первым делом, провёл его сравнение с Пионом-DSP. Пион ничуть не уступает ICOM!
=============================================
Добавлено 18.07.2014 г.
В приёмник введён режим панорамного индикатора с фиксированными полосами обзора около +/- 11 кГц в SSB и CW режиме и +/- 22 кГц в АМ и ЧМ режимах.
Для этого была повышена частота дискретизации работы АЦП и ЦАП в два раза.
Для правильной работы панорамы и приёмного тракта, необходимо расширить полосу пропускания ФНЧ, стоящего перед платой кодека, до 22 кГц.
Чебышев, 8 порядка, с неравномерностью в полосе пропускания 1 дБ:
Примеры измерения динамического диапазона приёмника по интермодуляции. Имеется два сигнала, от двухчастотного кварцевого генератора, на частоте 40 метрового диапазона с разносом в 10 кГц .
Перестраиваем приёмник на частоту комбинацинной помехи, расположенную выше по частоте (2f2 - f1):
Два сигнала с уровнем 9+23 дБ (77 дБ) вызывают появление продукта интермодуляции с уровнем 2 балла (12 дБ).
Это хорошо видно на панораме.
Итого: 77 - 12 = 65 дБ.
=================================================
Пример работы панорамы - максимальная полоса обзора +/- 22 кГц:
Вариант авторских прошивок для Пиона-DSP с режимом панорамы можно взять здесь. Для входа в режим панорамы нужно нажать и удерживать кнопку "0".
Успешного изготовления!
| 
