SDR и Ретро от RA3PKJ



Рекомендую: ПЕЛАГЕЯ!

Фанаты группы ПЕЛАГЕЯ ("Полефаны") ВКонтакте

Концерт на площади Минина в Нижнем Новгороде 9 Мая 2013

Концерт в программе «Квартирник НТВ у Маргулиса» Январь 2023

Мини-концерт в Магасе (Ингушетия) 4 Июня 2014

Форум http://ra3pkj.keyforum.ru (кликнуть).

=Место для объявлений=

 

Доработка

В конце статьи описана замена микросхемы формирователя DS90LV028 на SN65LVDT34D. Замена обеспечивает идеальную скважность выходных импульсов синтезатора (равную 2), что повышает IMD3 трансивера в целом. Микросхема DS90LV028 работает в синтезаторе плохо, т.к. требует для себя значительной амплитуды на своих входах.

 

Общая информация

По смыслу синтезатор является перекодировщиком штатных сигналов управления DDS AD9854 (т.е. сигналов на разъёме LPT в SDR-1000) в сигналы управления DDS AD9958. Проект является чисто аппаратным решением, никаких программных головных болей не предусмотрено, Hi Hi. Синтезатор устанавливается внутри SDR-1000 и подключается к пинам разъёма LPT опять же внутри SDR-1000. Синтезатор поддерживает различные USB/LPT переходники, используемые совместно с SDR-1000.

 

Применимость

Синтезатор на AD9958 - это "прибамбас" для всех LPT-версий трансиверов SDR-1000 (Флексовский SDR-1000, Киевский SDR-1000UA, SDR трансивер производства UT2FW и LPT-версия трансивера UR4QBP). При этом штатный "спуристый" синтезатор на AD9854 уже не используется. При отсутствии в компе LPT-порта можно использовать USB/LPT переходник на CY7C68013 (от немца). Также можно использовать USB/LPT переходник от YL3KZ или USB-SDR1000 переходник от RA3PKJ/RN3QMP.  Теперь касательно USB-версий клонов SDR-1000. Можно легко этот синтезатор встроить в USB-клоны SDR-1000 от UR4QBP, которые имеют в своём составе переходник от немца (по крайней мере я не вижу никаких препятствий, надо только немного приложить голову).

 

Начинаем вникать

Поводом для разработки синтезатора послужило большое количество, не побоюсь этого слова, наглых спуров в штатном синтезаторе на AD9854 в SDR-1000. Естественно, было сильное желание заменить синтезатор на аналогичный как в Flex-3000 и Flex-5000, выполненный на AD9959. Толчок, так сказать, я получил от RA4FIX. Стас прислал мне на растерзание микросхему AD9958, которая представляет из себя половинку от AD9959. Известно, что остальная половинка AD9959 задействована Flex'ами в новых моделях аппаратов в схеме передатчика, что дало некоторые дополнительные (иногда существенные) свойства эксплуатационного характера. С тех пор, как у меня заработал новый синтез, я полностью забыл о существовании кнопки SR в окне PowerSDR. Только на момент написания этой статьи я вспомнил про эту кнопку. Количество спуров и их уровень стали незначительными. Подавляющее большинство спуров скрыты в шумах эфира. В повседневной работе я их просто не замечаю, точнее спуры не напоминают о себе в силу возникшей их скромности. Чтобы найти спуры, надо специально их искать. Справедливости ради надо сказать, на диапазоне 15м в некоторых местах присутствуют небольшие спуринки. Проблемный (со старым синтезом) диапазон 10м полностью очистился от заразы. Диапазон 6м очистился весь, кроме нескольких небольших спурин в начале диапазона. Вспоминаю старый синтез на AD9854 - это ужасно.

Продолжительная эксплуатация синтезатора показала абсолютно безглючную его работу и полное отсутствие тормозов.

Проект предполагает установку микросхемы DDS как AD9958, так и AD9959, но я не проверял с AD9959 (ввиду её отсутствия). Поэтому следует по возможности использовать только AD9958 (несмотря на то, что прошивка по идее должна работать с обоими типами микросхем). Единственной дорогостоящей деталью синтезатора является DDS. Цена на кварцевый генератор находится в зависимости от его параметров, другими словами - от амбиций покупателя.

Проект является полностью открытым для абсолютно любого использования без ограничений, в том числе для коммерческого использования.

Хочу отдельно прокомментировать высказывание представителя Таганрогжских радиолюбителей (производителей линейки SunSDR), которое было высказано на их сайте задолго до того, как я взялся за конструирование синтезатора на AD9958. Высказывание проводит мысль, что DDS AD9958/59 хуже, чем AD9854. При этом сваливают в одну кучу такие понятия как алгоритмические спуры (всем нам известные) и шумы квантования, причислив последние к спурам зачем-то. Шумы квантования действительно выше у AD9958/59 по сравнению с AD9854, что впрочем не помешало FlexRadio Systems создать аппараты с высокой чувствительностью и динамикой. О том, что AD9958/59 имеют меньше уровень алгоритмических спуров Таганрогжцы почему-то умолчали.

 

Внешний вид

 

Монтаж в отсеке

На переднем плане провода питания +5В. В центре самодельный кабель к линиям LPT. Слева вверху два коаксиальных кабеля выходов синтезатора (I и Q):

После закрепления платы уровень спуров ещё больше уменьшился.

 

Подключение к SDR-1000

Замечание. Первоначально можно не демонтировать в SDR-1000 старую DDS AD9854, но микросхема DS90LV028 из SDR-1000 должна быть выпаяна, а опорный генератор в SDR-1000 должен быть обесточен.

1. Подключение выходов синтезатора (I и Q) к смесителям на плате TRX. На фото верхняя плата RFE для наглядности снята. На плате TRX старая DDS и всё, что относилось к старому синтезатору выпаяно:

2. Подключение нового синтезатора к линиям LPT на плате PIO (самодельный короткий кабелёк из проводов МГТФ в экранном чулке, два оборота пучка проводов на ферритовом колечке, кабель и кольцо закрыты термоусадкой разных цветов):

 

Схема

Схемотехнически почти вся обвязка DDS взята из схемы Flex-5000 

Скачать схему в формате .gif shema_sintez_ad9958_1.gif

Скачать схему в формате программы sPLAN 6.0 sintez_ad9958.spl

 

Тактирование DDS

Внутренняя частота DDS - 500 МГц. Синтезатор принимает величину коэффициента умножения PLL из программы PowerSDR (устанавливается в настройках программы). Оптимальные частоты кварцевого генератора - 100 МГц, 125 МГц, 500 МГц, соответственно коэффициенты умножения - 5, 4, 1. Кстати, микросхемы AD9958/59 не работают с коэффициентами умножения менее 4 в отличии от AD9854. При этих коэффициентах петля PLL отключается и DDS работает напрямую без умножения (об этом прямо сказано в даташите).  Учитывая, что умножение в данных микросхемах достаточно качественное (вроде никто не жаловался, даже в Flex-1500,3000 применено умножение), то переживать по поводу самого факта умножения совсем не стоит. Главное, чтобы фазовые шумы применённого генератора были малы. Для начальных экспериментов можно применять вообще любые подходящие генераторы, установив в PowerSDR коэффициент умножения в диапазоне 4...20 (например генератор 25МГц, помноженный на 20, даст искомый результат 500МГц).

Для желающих приобрести и установить генератор на 500 МГц скажу, что генераторы на 500 МГц построены нередко на принципе PLL умножения, поэтому не факт, что приобретённый генератор на 500 МГц будет лучше, чем качественный генератор на 100 МГц. Лучше не рисковать и купить качественный генератор на 100 или 125МГц.

В схеме имеется возможность подключения внешнего генератора (для экспериментальных целей).

 

Плата и особенности конструкции

Вид с прямой стороны :

Вид с обратной стороны :

Заметьте, удалена часть металлизации (на обратной стороне платы) под цепями ФНЧ DDS с целью уменьшения паразитной ёмкости, вносимой в ФНЧ. Правда, после удаления металлизации на реальной плате никаких заметных изменений в работе синтезатора я не обнаружил.

Проект платы ориентирован на лазерно-утюжную технологию. Лично я изготовил плату фотоспособом в домашних условиях с использованием заготовки, покрытой листовым фоторезистом с двух сторон. При заказе платы на производстве требуется некоторая работа по уточнению диаметров отверстий.

Конструкция платы предусматривает установку большого количества разнообразных типоразмеров корпусов генераторов как в DIL-исполнении, так и в SMD-исполнении, в частности для очень качественного генератора CVHD-950-100.000 (или CVHD-950-125.000). Скачать плату в формате программы SprintLayout 4.0 (или SprintLayout 5.0 - без разницы) sintez_ad9958.lay.

Корпус DDS в процессе эксплуатации практически холодный, радиатор не нужен.

Подложка DDS (т.е. нижняя металлизация, иначе термопад) может быть припаяна к земле платы при помощи сплава Розе (доступ через четыре больших отверстия, расположенных в посадочном месте микросхемы). Предварительно перед монтажом необходимо залудить подложку DDS сплавом Розе тонким слоем (можно смахнуть чем-нибудь лишний расплав).

 

Прошивка и исходник

Скачать прошивку и исходник: proshivka_ad9958.zip

Как прошить микроконтроллер при помощи программатора STK-200, выполненного на микросхеме 74HC244, описано здесь: RA3PKJ_Programming_AT91SAM7S64_128_256.doc.  Для применённого микроконтроллера отсутствует такое понятие как фьюзы. Скачать софт H-JTAG v0.9.2 (для программатора STK-200), ориентированный на наш микроконтроллер: H-JTAG.zip При желании можно скачать последнюю версию софта с официального сайта http://www.hjtag.com/ (хотя совершенно не обязательно). ВАЖНО!!! Запускать H-JTAG в 32-разрядных Windows следует от имени Администратора, иначе Windows не даст программе найти LPT-порт. В 64-разрядных Windows программа H-JTAG не может найти LPT-порт совсем!!!

По сведениям от радиолюбителей, при отсутствии в компьютере LPT-порта прошить контроллер можно при помощи китайского программатора J-LINK ("переход" от USB к JTAG). Софт для него SEGGER J-LINK v4.92 можно найти тут -  https://mysku.ru/blog/aliexpress/67235.html (там говорят, что более поздние версии софта не работают с китайским программатором, и даже могут его заблокировать). Так как эти программаторы идут с 20-контактным JTAG разъёмом, а наш синтезатор прошивается через 10-контактный JTAG разъём, то придётся сделать переходничок. Распиновку 20-контактного JTAG разъёма можно найти по той же ссылке. Можно приобрести готовый переходничок в Китае за небольшие деньги. Пин "VCC" кажется не нужно подсоединять, я не уверен - уточняйте в интернете.

 

ВЧ трансформаторы

Флексы применили ВЧ трансформаторы TC1-1T стороннего производителя. Эти трансформаторы имеют две одинаковые обмотки, т.е. коэффициент трансформации 1:1. Одна из обмоток имеет отвод от середины. Трансформаторы есть в продаже в интернете, но платить 400 руб. за 4 штуки - у меня жаба квакнула не единожды.
Посмотрел даташит на них - обычные маленькие ферритовые двухдырчатые трансфлюкторы, проще говоря маленькие ферритовые бинокли. Поэтому приобрёл бинокли для самостоятельного изготовления.

ВЧ трансформаторы изготовливают с использованием биноклей Amidon BN43-2402 с замеренной проницаемостью 1700.

Размеры биноклей :

Трансформаторы Т9 и Т11 на выходах DDS имеют 2 витка, сложенного в четыре провода диаметром 0,25мм. Каждые два провода из имеющихся четырёх проводов соединяем последовательно методом "конец одного провода с началом другого провода". В результате получим две обмотки. Индуктивность каждой обмотки 28мкГн. Такая сложная намотка призвана обеспечить симметричность необходимого нам отвода от середины в одной из обмоток.

Трансформаторы Т8 и Т10 на входах формирователя DS90LV028A имеют 4 витка, сложенного в два провода 0,25мм. Т.е. получаем две обмотки. Здесь совсем простая конструкция, так как обмотки не имеют отводов. Индуктивность каждой обмотки 28мкГн.

Можно применять бинокли других размеров, но следует знать их проницаемость, которая должна быть около 2000. Кстати, при определении проницаемости биноклей методом замера индуктивности пробной обмотки нужно знать, что индуктивность пробной обмотки получается одинаковой как для случая намотки через две дырки, так и для случая намотки через одну дырку. Удивительно, но факт!!!

Программы расчёта обычных колец пригодны без проблем для расчёта биноклей без всяких поправок.

Индуктивность обмоток собранных трансформаторов должна быть в пределах 15...30мкГн.

Можно обнаружить бинокли в ВЧ блочках старых видеомагнитофонов. Но они там разные, есть на проницаемость 2000 и 300. Подходят для нашего дела на проницаемость 2000, так как  в этом случае меньше надо мотать витков (при этом обеспечивается минимальная индуктивность рассеивания).

 

ФНЧ DDS

В ФНЧ DDS Flex'ы в своих трансиверах применяют индуктивности 120нГ. Так как я не нашёл индуктивности 120нГ, то пришлось пересчитать ФНЧ DDS для индуктивностей 150нГ :

Ниже вариант для тех, кто сможет найти индуктивности на 100нГ :

 

Информация по применённым корпусам элементов и микросхем

1. DDS AD9958ВCP или AD9958BCPZ :  выпускается только в корпусе LFCSP_VQ (56 ножек). Аналогично для AD9959BCP или AD9959BCPZ. Буква Z в названии указывает на наличие термопада с обратной стороны корпуса (нижняя металлизация). В данной конструкции термопад не играет роли (проверено), тем не менее при наличии термопада его следует припаять к земле платы.

2. Контроллер AT91SAM7S.....  :  корпус LQFP (64 ножки).

3. Формирователь DS90LV028A :  корпус SOIC8.

4. Стабилизатор TPS76833QPWP :  корпус TSSOP (20 ножек).

5. Стабилизаторы TPS79333, TPS79318 :  корпус SOT-23 (5 ножек).

6. Конденсаторы керамические 0,1мк :  корпус 0603.

7. Конденсаторы керамические 1мк, 10мк :  корпус 1206.

8. Конденсаторы керамические остальные :  корпус 0805.

9. Конденсаторы С_10,  С_12 :  электролитические, танталовые,  корпус "A"  (3,2 x 1,6 x 1,6мм).

10. Конденсатор C_20 :  электролитический, алюминиевый, SMD корпус диаметром 5мм.

11. Индуктивности и SMD бусинки :  корпус 0805.  SMD бусинки можно найти на комповых платах.

12. Перемычки с нулевым сопротивлением :  корпус 0805.

13. Резисторы R_9,  R_10,  R_11,  R59,  R61 :  корпус 0603.

14. Резисторы остальные :  корпус 0805.

 

Аналоги малошумящих стабилизаторов TPS79318 и TPS79333

Стабилизаторы TPS79318 и TPS79333 заменимы на LP2985...-1.8 и LP2985...-3.3 (о чём упоминается в левом верхнем углу на схеме синтезатора). Обратите внимание, что номинал конденсатора, подключённого к ножке 4, должен быть в этом случае изменён на 0.01мк (вместо 0.1мк). Даташиты на LP2985...-1.8 и LP2985...-3.3 можно скачать в конце этой страницы.

Кроме того, по информации от RA1AGB (выложена на форуме CQHAM) можно применить:

- MC78PC18 и MC78PC33. В этом случае конденсатор на ножке 4 вообще не нужен. Указанная ножка остаётся свободной. Скачать даташит MC78PC00.

- LD2985AM18R(LD2985BM18R) и LD2985AM33R(LD2985BM33R). На ножке 4 должен быть конденсатор 0.01мк. Скачать даташит LD2985

- TPS73018DBVR и TPS73033DBVR. На ножке 4 должен быть конденсатор 0.01мк. Скачать даташит TPS730XX

 

Замена формирователя DS90LV028 на SN65LVDT34D

Микросхема DS90LV028 показала себя в синтезаторе не с лучшей стороны. Причина в том, что эта микросхема требует достаточно высокой амплитуды на своих входах. В результате скважность выходных импульсов желает быть лучшей, что сказывается на IMD3 трансивера. Напомню, что скважность - это отношение периода импульсов к длительности импульсов. В идеале скважность должна равняться 2.

Попытки улучшить ситуацию подручными средствами всего лишь улучшили скважность, но не дали абсолютного результата. Только замена микросхемы преобразователя DS90LV028 на SN65LVDT34D (которая установлена в Flex-5000) дала настоящее качество. Получил идеальную скважность 2 на выходах синтезатора. Даташит SN65LVDT34D

Вообще впервые проблему заметил и сообщил мне Геннадий Милевский, с его подачи я и озаботился поиском решения.

Цоколёвка SN65LVDT34D несколько отличается от DS90LV028, поэтому выкладываю фотки и инфу по этой теме.

Порядок действий при монтаже следующий :

1. Высверлить сверлом 0,8мм внутреннюю металлизацию в указанном отверстии на плате (см. фото), также перерезать указанную дорожку.

2. Припаять микросхему. Положение первой ножки показано на фото (здесь имеется отличие от DS90LV028).

3. Припаять две перемычки с нулевым сопротивлением как показано на фото (для одной из перемычек придёться немного процарапать земляную шину). Если уж очень в лом, то можно вместо перемычек капнуть припоем (правда красоты это не прибавит).

Кстати, теперь не нужны резисторы 100 Ом на входах формирователя, т.к. резисторы встроены в саму микросхему.

Заметьте, выходы I и Q поменяются местами, т.е. выходные разъёмы надо перекинуть.

 

Информация для программистов (кто не понимает о чём речь - можно не читать)

Если Вы имеете желание изменить что-либо в исходном тексте прошивки, то здесь информация для Вас. Я опишу как делал я, а Вы можете делать по-своему.

1. Править текст исходника можно в любом редакторе, который способен понимать язык C системы GCC. Лично я использовал для редактирования свободно распространяемый Dev-C++.GCC для Windows, скачанный с сайта http://www.softtime.ru/cpp_info/dev_cpp.php Скачать можно также у меня: devcpp-4.9.9.2_setup.exe

2. Компиляцию я производил при помощи пакета YAGARTO, скачанного с сайта http://www.yagarto.de/  Версии постоянно обновляются, поэтому есть вероятность, что более свежие версии пакета YAGARTO не будут совместимы c файлом Makefile проекта (в частности в файле Makefile проекта есть строчка "arm-elf-", в то время как более свежие версии пакета YAGARTO требуют строчку "arm-none-eabi-", в других случаях строчка должна выглядеть по-другому). Скачать у меня пакет YAGARTO - yagarto_442.zip. В процессе установки пакета сначала запустите файл yagarto-tools-20100703-setup.exe, а затем yagarto-bu-2.20_gcc-4.4.2-c-c++_nl-1.18.0_gdb-7.0.1_20091223.exe. В каждом случае проследите, чтобы была установлена галочка, разрешающая файлам пакета прописать себя в PATH.

3. Собственно компиляция. Результаты компиляции удобно смотреть в файловой оболочке FAR, которую можно скачать здесь http://www.farmanager.com/download.php?l=ru (там также есть и для 64-разрядных ОС) или скачать у меня: Far20b1420.x86.20100225.msi В запущенной FAR надо зайти в папку с проектом. Левую файловую панель FAR надо закрыть, чтобы видеть текущие сообщения процесса компиляции. Файловые панели закрываются и открываются через клавишу F9, далее Left (или Right) в верхнем меню, далее Panel On/Off. В командной строке FAR написать make для компиляции или make clean для удаления сгенерированных (скомпилированных) файлов.

 

Даташиты

TPS79333_79318.pdf

TPS76833Q.pdf

TPS76833.pdf

TC1-1T.pdf

LP2985aiblx18.pdf

LP2985ai33.pdf

DS90LV028.pdf

AD9959.pdf

AD9958.pdf

AT91SAM7S.zip