Softwarovˇe definovan´y pˇrij´ımaˇc SDRX01B nejen pro
radioastronomii
Jakub K´akona, [email protected]
20. bˇrezna 2014
Abstrakt
C´ılem t´eto konstrukce je vytvoˇrit dostupn´
y softwarovˇe definovan´
y pˇrij´ımaˇc pro
pouˇzit´ı v radioastronomii. A nahradit tak p˚
uvodn´ı ˇcistˇe analogov´e konstrukce, jako
RadioJOVE a dalˇs´ı. D´ıky dosaˇzen´
ym parametr˚
um je ale dobˇre pouˇziteln´
y i v jin´
ych
aplikac´ıch, jako napˇr´ıklad pˇrehledov´
y pˇrij´ımaˇc pro radioamat´ery nebo jako studijn´ı
pom˚
ucka pro v´
yuku VF techniky.
1
Obsah
1 Technick´
e parametry
2
2 Popis konstrukce
2.1 Zapojen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.2 Odruˇsen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
2.3 Mechanick´a konstrukce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
3
3
8
8
3 V´
yroba a testov´
an´ı
8
3.1 Osazen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
3.2 Nastaven´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
4 Programov´
e vybaven´ı
10
5 D˚
uleˇ
zit´
e pozn´
amky k pouˇ
z´ıv´
an´ı
10
1
Technick´
e parametry
Parametr
Nap´ajec´ı napˇet´ı analogov´e ˇca´sti
Nap´ajec´ı napˇet´ı digit´aln´ı ˇc´asti
Nap´ajec´ı napˇet´ı LNA
Pˇrij´ıman´
y frekvenˇcn´ı rozsah
Vstupn´ı frekvenˇcn´ı rozsah LO
IIP3
MDS
Potlaˇcen´ı zrcadlov´eho pˇr´ıjmu
Zisk
ˇ
Sumov´
e ˇc´ıslo
Hodnota
±12V 1 100mA
+5V
do +20V
0,5 - 200 MHz2
1 - 400 MHz 3
> 0 dB
Pozn´amka
Typicky 30mA
300mA
max 500mA
Limitem je LO
Hodnota z´avis´ı na parametrech zvukov´e karty
-120 dBm @ 1kHz BW -117 dBm pro 3 dB nad
ˇsumem
> 50 dB
Typicky 70dB 4
40-60dB
Lze ˇca´steˇcnˇe ovlivnit konfigurac´ı NF zes´ılen´ı
< 30dB
´
Tabulka 1: Udaje
uveden´e v tabulce jsou platn´e pro pˇr´ıjem na frekvenci 150MHz.
1
prvn´ı kusy vyroben´e do 1.8.2011 ale mohou m´ıt osazen´e pouze 10V konenz´atory 100uF
Prakticky je omezen kvalitou vstupn´ıch sp´ınaˇc˚
u smˇeˇsovaˇce
3
Digit´
aln´ı ˇc´
ast je dimenzov´
ana do cca 1 GHz
4
Hodnota z´
avis´ı na pˇresnosti nastaven´ı P1
2
2
2.1
Popis konstrukce
Zapojen´ı
Zapojen´ı pˇrij´ımaˇce vych´az´ı z p˚
uvodn´ı konstrukce SDR pˇrij´ımaˇce DR2G [1] kter´
y poˇz´ıv´a
CMOS souˇc´astky. Nyn´ı je u pˇrij´ımaˇce zmˇenˇen´
y hlavnˇe obvod vstupu pro lok´aln´ı oscil´ator
a umoˇzn
ˇuje tak pouˇz´ıvat pˇrij´ımaˇc na vyˇsˇs´ıch kmitoˇctech, nebot’ nedˇel´ı vstupn´ı frekvenci
4mi, jako p˚
uvodn´ı konstrukce ale pouze 2mi. To mimo jin´e znamen´a, ˇze nejvyˇsˇs´ı pracovn´ı kmitoˇcet jiˇz nen´ı limitov´an vstupn´ı logikou, ale analogov´
ymi sp´ınaˇci a v menˇs´ı m´ıˇre
i pˇrevodn´ıky LVPECL-CMOS tˇesnˇe pˇred sp´ınaˇci. Pouˇzit´a diferenci´aln´ı LVPECL logika
nav´ıc tak´e umoˇzn
ˇuje podstatnˇe sn´ıˇzit vyzaˇrov´an´ı. D´ale byly vymˇenˇeny analogov´e sp´ınaˇce
ve smˇeˇsovaˇci. Ty nyn´ı sp´ınaj´ı trochu rychleji, ale hlavnˇe maj´ı lepˇs´ı izolaˇcn´ı parametry, coˇz
umoˇzn
ˇuje lepˇs´ı odstup sign´alu od ˇsumu.
5
4
3
2
1
+12V
2
+12V
4,7uF
3
1
1
R11
1
4
1
3
2
1
2
R9 10k
1k
2
J2
JUMP3
NE5532
U2B
5
U2A
R10
1
OA
1
2
6
4k7
7
OA
R6
1
2
R5
1
R12
10k
2
47k
C48
C
1
2
100uF
U1B
LT6231
8
J3
A
10k
1
7
OA
R13
10k
8
2
NE5532
2
5
D
1
2
3
R4
8
R7 10k
4
2
1
1
6
I-
JUMP2
4
4
1k
2
R8
100
C5
47uF
C6
4,7uF
2
OA
2
R3
10k
100nF
C4
1
2
I+
1
J1
2 1
2
2
8
LT6231
U1A
2
C
C3
1
A
1
C2
47uF
1
C1
100nF
D
R2
100
100
C
2
A
1
2
R1
CINCH I
J12
1
2
1
R15
2
47uF
C9
C8
100nF
2
-12V
100
C
A
1
A
1
R14
1
2
C10
100nF
C
JUMP2
-12V
100
47uF
C11
C
2
C
1
R16
R26
2
1
3
2
1
2
1
2
6
OA
1
2
3
U4B
NE5532
7
1
C49
A
C
1
2
100uF
R22
R18
10k
B
1
CINCH Q
J6
J13
2
2
1
47k
2
JUMP2
2
4
7
R28
2
C
1
U3B
LT6231
1
1
C19
100nF
2
-12V
100
100uF
C20
A
8
2
OA
R29
10k
1
OA
5
R25
J5
JUMP3
R27
10k
6
5
NE5532
U4A
4k7
R24 10k
1
1k
Q-
A
1
1
1
2
2
8
R23 10k
2
3
C16
100uF
C
C
1
C15
100nF
1
1k
1
JUMP2
4
1
R21
200
R17
100
C17
4,7uF
2
P1
J4
1 1
2
4,7uF
LT6231
1
4
R19
10k
U3A
8
B
OA
+12V
4
2
2
C13
100uF
C14
2
2
3
+12V
100
2
2
8
1
C12
100nF
Q+
2
A
1
R30
2
C
1
A
2
-12V
A
100
100uF
C22
A
1
C21
100nF
Firma
Author
KAKLIK
MLAB
Size
A3
Date:
5
4
3
2
Project Name
Software Defined Radio
Saturday, August 20, 2011
Rev
B
Schematic Name
SDRX
Sheet
1
1
of
4
5
4
3
2
1
L1
1
2
1
3
5
7
J11
A
B
1
2
7
OE
2
1
NC7WB66
I+
C26
22nF
4
100
D
470nF
2
82
2
1
1
0DEG
F1
750mA
1
GND
2
R32
C25
2
C
R31
2
+3.3V
100uH
C24
100uF
1
U5A
1
8
C23
100nF
Vcc
D
2
A
JUMP2X4
1
LNA bias
2
5
100nF
A
8
R33
B
6
1
R34
1
180DEG
1
82
2
3
OE
2
I-
C
470nF
C29
22nF
1
NC7WB66
4
1
100
SMA6251A13G50
C28
2
2
C
U5B
C27
1
2
Vcc
J7
GND
1
L2
100uH
L4
2
5
6
1
82
2
3
OE
NC7WB66
R37
270
C
C31
100uF
1
2
+3.3V
100uH
Q+
470nF
C34
22nF
4
2
100
1
1
2
B
1
1
90DEG
C33
2
2
R36
+3.3V
L5
1
A
8
R39
Vcc
U6A
C36
100nF
B
1
C37
2
1
82
2
7
OE
100
NC7WB66
2
Q-
470nF
C38
22nF
1
270DEG
1
2
R40
2
GND
1
2
100uH
1
C35
100uF
C
R38
270
2
2
A
1
4
B
R35
B
GND
100nF
A
Vcc
U6B
2
8
2
C30
100nF
C32
1
A
1
100uH
L3
A
A
Firma
Author
KAKLIK
MLAB
Size
A4
Date:
5
4
3
2
Project Name
Software Defined Radio
Saturday, August 20, 2011
Schematic Name
SDRX
Sheet
2
1
Rev
B
of
4
5
4
3
2
1
D
D
+3.3V
+3.3V
JUMP7
1
2
3
4
5
6
7
Q
7
8
2
1
1
R
R41
130
U8A
1
7
2
0DEG
SY100ELT23
C
5
2
1
1
C
R43
130
R44
130
Vcc
2
2
R42
130
1
2
+3.3V
U7
8
+3.3V
D
+3.3V
1
8
U8B
R45
82
1
R48
82
6
2
2
Vee
4
3
R46
82
180DEG
SY100ELT23
5
MC100EP51
6
1
R47
82
J8
CLK#
Q#
1
2
2
4
CLK
5
3
+3.3V
+3.3V
B
B
2
Q
7
2
2
5
1
7
+3.3V
D
6
6
1
5
2
3
270DEG
SY100ELT23
5
R52
82
1
R51
82
MC100EP51
A
U10B
4
2
CLK#
Q#
Vee
4
C42
100nF
CLK
1
C41
100nF
1
1
C40
100nF
2
2
2
2
1
C39
100nF
3
90DEG
SY100ELT23
8
+3.3V
R
U10A
1
R50
130
1
1
R49
130
Vcc
U9
8
2
8
+3.3V
A
Firma
Author
Kaklik
MLAB
Size
A4
Date:
5
4
3
2
Project Name
Software Defined Radio
Monday, December 20, 2010
Schematic Name
SDRX
Sheet
3
1
Rev
B
of
4
5
3
2
1
J9
D
1
3
5
7
9
D1
A
+12V
1N4007SMD
D2
C
A
C43
47uF
-12V
1N4007SMD
C
C
JUMP2X5
C
A
D
4
A
C44
47uF
C
C
+3.3V
J10
IN
OUT
OUT
3
4
ADJ
A
1
LM1117MPX
C47
100uF
C
C46
47uF
C
C45
100nF
1
D3
1N4007SMD
A
JUMP2X3
2
C
2
A
U11
1
3
5
B
B
M1
M2
1
1
2
J14
JUMP2
1
HOLE_M3
HOLE_M3
M3
FIDU
M4
M5
M6
FIDU_PASTE
HOLE_M3
1
1
HOLE_M3
A
A
Firma
Author
KAKLIK
MLAB
Size
A4
Date:
5
4
3
2
Project Name
Software Defined Radio
Saturday, August 20, 2011
Schematic Name
SDRX
Sheet
4
1
Rev
B
of
4
Dalˇs´ı nezbytnou souˇc´ast´ı pˇrij´ımaˇce je lok´aln´ı oscil´ator, kter´
y se pˇripojuje k pˇrij´ımaˇci
externˇe pomoc´ı kr´atk´eho SATA kabelu. Jako LO lze pouˇz´ıt modul CLKGEN01B osazen´
y
570ABB000107DG. SATA kabel je vhodn´e volit co nejkratˇs´ı kv˚
uli minimalizaci zemn´ı
smyˇcky a vyzaˇrov´an´ı.
2.2
Odruˇ
sen´ı
Pro spr´avnou funkci pˇrij´ımaˇce je nutn´e ˇr´adn´e odruˇsen´ı nap´ajec´ıch zdroj˚
u. Vhodn´e je
tak´e omezit zemn´ı smyˇcky a zem rozv´adˇet pokud moˇzno hvˇezdicovˇe. Konstrukce obsahuje nˇekolik Jumper˚
u, kter´
ymi je moˇzn´e r˚
uzn´
ymi zp˚
usoby propojit zemˇe a eliminovat
tak proudy tekouc´ı mezi nimi. Zvl´aˇstˇe neˇz´adouc´ı je promˇenn´
y proud tekouc´ı st´ınˇen´ım,
napˇr´ıklad u v´
ystupn´ıch CINCH˚
u, Jumpery proto umoˇzn
ˇuj´ı jejich odpojen´ı od AGND
pˇrij´ımaˇce. V tom pˇr´ıpadˇe se ale pˇredpokl´ad´a propojen´ı zemˇe ADC a AGND extern´ım veden´ım, tak aby j´ım tekouc´ı proud neindukoval sign´al v analogov´
ych obvodech. V nˇekter´
ych
pˇr´ıpadech (ant´ena uzemnˇena na hromosvod, nebo daleko od pˇrij´ımaˇce) se m˚
uˇze vyskytnout probl´em se s´ıt’ov´
ym nap´ajen´
ym 50Hz indukovan´
ym do svodu ant´eny. Ten pak vytv´aˇr´ı
okolo nulov´e frekvence spektrogramu neˇza´douc´ı hrb, ten lze pak v takov´em pˇr´ıpadˇe eliminovat oddˇelovac´ım transform´atorem, na vstupu pˇrij´ımaˇce.
Pˇri provozu je tak´e vhodn´e zabezpeˇcit dostateˇcn´
yu
´tlum zpˇetnˇe vyzaˇrovan´eho u
´tlumu
ze smˇeˇsovaˇce, kter´
y by mohl ruˇsit jin´a zaˇr´ızen´ı a spoje. Na vstupu pˇrij´ımaˇce proto mus´ı
b´
yt zaˇrazen izolaˇcn´ı prvek, jako napˇr´ıklad LNA.
2.3
Mechanick´
a konstrukce
Mechanick´a konstrukce je ˇreˇsena na dvouvrstv´e desce s geometri´ı kompatibiln´ı se z´akladovou deskou MLAB (Pro lepˇs´ı odst´ınˇen´ı pˇrij´ımaˇce je vhodn´e pouˇz´ıt duralovou desku ALBASE). Dvouvrstv´
y ploˇsn´
y spoj je zvolen hlavnˇe kv˚
uli kvalitn´ımu odst´ınˇen´ı okoln´ıho
ruˇsen´ı horn´ı mˇedˇenou vrstvou. To umoˇzn
ˇuje pˇrij´ımaˇce instalovat i velmi bl´ızko sebe
pˇr´ıpadnˇe i nad sebe avˇsak vˇsechny konektory kromˇe NF audio v´
ystupu pˇredpokl´adaj´ı
pˇriveden´ı kabelu kolmo na rovinu desky. SMA konektor je moˇzn´e osadit i u
´hlov´
y s pˇriveden´ım kabelu do boku, ale za cenu nepatrnˇe vyˇsˇs´ıho u
´tlumu u
´hlov´eho konektoru. Pˇri tˇesn´e
mont´aˇzi je potˇreba poˇc´ıtat i s urˇcitou teplotn´ı stabilizac´ı, nebot’ digit´aln´ı ˇca´st okolo
sp´ınan´eho smˇeˇsovaˇce m´a pomˇernˇe velk´
y pˇr´ıkon a zp˚
usobuje zahˇr´ıv´an´ı zhruba o 15◦ C nad
okoln´ı teplotu. Pokud je od pˇrij´ımaˇce vyˇzadov´ana dlouhodob´a stabilita je proto vhodn´e
jej um´ıstit do termostatovan´eho boxu spoleˇcnˇe s LO.
3
V´
yroba a testov´
an´ı
V´
yrobu vlastn´ı desky pro pˇrij´ımaˇc nemohu doporuˇcit. Nebot’ dom´ac´ı v´
yroba je dvouvrstv´eho ploˇsn´eho spoje je n´aroˇcn´a sama o sobˇe a tento motiv ploˇsn´eho spoje nav´ıc obsahuje ploˇsky pro komponenty s pomˇernˇe vysokou tˇr´ıdou pˇresnosti.
3.1
Osazen´ı
Vlastn´ı osazen´ı pˇrij´ımaˇce pˇredpokl´ad´a zvl´adnut´ı SMT technologie. Nejkomplikovanˇejˇs´ı
ˇca´st je letov´an´ı analogov´
ych sp´ınaˇc˚
u u kter´
ych je nutn´e d´at pozor na pˇrehˇr´at´ı a je tedy
vhodn´e pouˇz´ıt v´ıce tavidla.
Generated by Foxit PDF Creator © Foxi
http://www.foxitsoftware.com For evalu
Obr´azek 1: Osazovac´ı pl´an horn´ı a spodn´ı strany ploˇsn´eho spoje
3.2
Nastaven´ı
Nastaven´ı pˇrij´ımaˇce spoˇc´ıv´a v opatrn´em pˇripojen´ı na nap´ajec´ı napˇet´ı. Symetrick´
y nap´ajec´ı
zdroj mus´ı b´
yt dostateˇcnˇe kvalitn´ı a vyhlazen´
y, aby nedoch´azelo k pr˚
uniku ruˇsen´ı do
analogov´e ˇca´sti. A je t´eˇz vhodn´e aby zdroj mˇel proudov´e omezen´ı
N´aslednˇe je d˚
uleˇzit´e nastaven´ı shodn´
ych amplitud obou v´
ystupn´ıch kan´al˚
u I a Q na
stejnou u
´roveˇ
n pomoc´ı trimru na horn´ı stranˇe desky. To lze udˇelat bud’ pomoc´ı zvukov´e
karty a minimalizace zrcadlov´
ych kmitoˇct˚
u nˇejak´eho relativnˇe siln´eho AM vys´ılaˇce. Lze
pouˇz´ıt i metodu, kdy pomoc´ı Jumper˚
u, kter´e slouˇz´ı na v´
ybˇer zes´ılen´ı odpoj´ıme jeden
kan´al (ten ve vˇetvi s trimrem) a v softwaru si oznaˇc´ıme aktu´aln´ı u
´roveˇ
n sign´alu z ant´eny.
Pak analogicky kan´al odpoj´ıme pˇripoj´ıme naopak p˚
uvodnˇe odpojen´
y. Pomoc´ı trimru pak
nastav´ıme stejnou hodnotu sign´alu. Tento zp˚
usob je velmi jednoduch´
y a lze ho pouˇz´ıt
i za chodu, ale nen´ı pˇr´ıliˇs pˇresn´
y. hod´ı se sp´ıˇse na detekci poruchy (nefunguj´ıc´ı jeden z
kan´al˚
u).
Nejpˇresnˇejˇs´ı metoda je pouˇzit´ı sign´alov´eho gener´atoru, kter´
y nech´ame vys´ılat do pˇrij´ımaˇce sign´alem cca -50dBm na poˇzadovan´em kmitoˇctu, kde potˇrebujeme pˇrij´ımaˇc zkalibrovat a trimrem nastav´ıme zrcadlov´
y kmitoˇcet ve spektrogramu na minim´aln´ı hodnotu.
Pokud nem´ame sign´alov´
y gener´ator lze vyuˇz´ıt napˇr´ıklad dalˇs´ı pˇrij´ımaˇc SDRX01B s jin´
ym
LO. Kter´
y d´ıky zpˇetn´emu vyzaˇrov´an´ı do ant´eny umoˇzn´ı stejn´
y postup. Dalˇs´ı potlaˇcen´ı zrcadlov´eho kmitoˇctu lze prov´adˇet vhodn´
ym nastaven´ım zes´ılen´ı jednotliv´
ych kan´al˚
u ADC
a jejich f´azov´
ym posuvem. Vˇetˇsina program˚
u pro SDR m´a proto moˇznost vyv´aˇzen´ı amplitudy a f´aze.
4
Programov´
e vybaven´ı
Z´akladn´ım programov´
ym vybaven´ım jsou vˇsechny softwary vyuˇz´ıvaj´ıc´ı zvukovou kartu
v komplexn´ım reˇzimu (I/Q) pro vstup sign´alu. Tedy napˇr´ıklad programy jako Winrad,
WinradHD, HDSDR ˇci Spectrum Lab. Do kter´
ych vˇetˇsinou staˇc´ı pˇridat knihovnu pro
ovl´ad´an´ı LO s Si570, nebo lok´aln´ı oscil´ator ovl´adat jin´
ym softwarem.
5
D˚
uleˇ
zit´
e pozn´
amky k pouˇ
z´ıv´
an´ı
• Vzhledem k pouˇzit´emu principu sp´ınan´eho smˇeˇsovaˇce pˇrij´ımaˇc z principu pomˇernˇe
silnˇe vyzaˇruje zpˇet do ant´eny. Nesm´ı se proto vyuˇ
z´ıvat k poslechu chr´
anˇ
en´
ych
p´
asem pˇ
r´ımo bez izolaˇ
cn´ıho ˇ
clenu na vstupu! (izolaˇcn´ım ˇclenem je myˇslen
prvek, kter´
y zabezpeˇc´ı dostateˇcn´
yu
´tlum sign´alu smˇeˇruj´ıc´ıho do ant´eny, obvykle jde
o LNA, nebo izolaˇcn´ı zesilovaˇc)
• Aktu´aln´ı zp˚
usoby pouˇzit´ı a poznatky uˇzivatel˚
u pˇrij´ımaˇce najdete na wiki str´ance
MLAB [2].
Reference
[1] P˚
uvodn´ı konstrukce pˇrij´ımaˇce DR2G http://yu1lm.qrpradio.com/SMT SDR RX
DR2G-YU1LM.pdf
[2] MLAB wiki str´anka pˇrij´ımaˇce SDRX01B http://wiki.mlab.cz/doku.php?id=cs:sdrx
Download

Softwarove definovaný prij´ımac SDRX01B nejen pro