ZMSDR I/Q TX – 2. deo

Da li ste slusali mozda album od Disciple A Kitchme – I Think I See Myself On CCTV?
Sada mogu i ja da kazem slicno, I Think I See Myself On WebSDR!  🙂

Slika prikazuje prijem signala (ljubicasti spektar) koji salje ZMSDR (samo nosilac, bez modulacije) sa snagom od 5W na 520km udaljenoj lokaciji. Prijemni signal je relativno slab, S6 po “S” skali tj skoro na ivici prijema. I ovako slab signal je za mene odlican rezultat sto pokazuje da je TX koncept koji sam predstavio poptuno ispravan.

Sam I/Q modulator je vrlo malo izmenjen. OPA1632 diferencijalnog pojacivaca koji je uzgred mozda jedan od najboljih audio operacionih pojacivaca koje je Texas Instruments napravio, u mom konceptu se nije pokazao bas najsjanije. Ovaj OP je prilicno zahtevan po pitanju napona napajanja kao i potrebne struje. Posledicno ovaj OP se prilicno greje i bez ozbiljne dvoslojne PCB koja je projektovana tako da dodatno i odvodi toplotu, tesko da moze da se koristi. Takodje, njegova velika mana je sto ne moze da na svom izlazu daje napone koji su bliski naponu napajanja i samim tim gubimo deo snage koju moze da proizvede (non rail-to-rail).

Sa druge strane, THS4521 koji sam trenutno postavio u modulator je totalno druga prica. Ovo je Low Power, Low Noise, Rail-To-Rail diferencijalni operacioni pojacivac predvidjen za 5V napajanje. Sa ovim OP sam dobio vise snage sa nizim naponom napajanja (5V) u odnosu na OPA1632. Dodatno, ovaj OP se uopste ne greje pa je njegovo mesto u ZMSDR TX zagarantovano.

Naravno, 5W koje spominjem nisu dosli direktno iz modulatora vec od prostog single-band linearnog pojacivaca sa jednim IRF510 tranzistorom koji je spojen na izlaz iz modulatora. HF pojacivac je sklopljne po ovoj shemi uz malu modifikaciju, ulazni atenuator i RX/TX preklopnik je izbacen i koriscen je samo 80m-ski filter. Signal iz pojacivaca je dalje spojen na Inverted V antenu preko MFJ-945D antenske kutije. Tehnicki je potrebno dodati jos jedan mednju pojacivacki stepen izmedju I/Q modulatora i IRF510 kako bi dobili jos vise izlazne snage ali ja u mom slucaju nisam koristio – bilo mi je zanimljivije ovako.

Sledeca vrlo interesantna funkcija ovog ZMSDR I/Q modulatora se svodi na to da je moguce dobiti kako single-ended tako i diferencijalni izlaz iz modulatora prostim ukrstanjem 4 izvoda na CBT3253 (2. grana u kolu – protivfazno). Diferencijalni izlaz daje nekoliko vrlo bitnih prednosti. Kao prva je drasticno manje izoblicenje signala i bolja izolacija od lokalnog oscilatora. Ono sto je ovde poenta, ovakav diferencijalni signal mozemo dalje pojacati sa nekim opet vrlo pristupacnim brzim drajverskim IC koji mogu direktno da guraju gornju i donju granu jacih izlaznih FET tranzistore u push-pull pojacivacu cime izbegavamo koriscenje ulaznog transformatorskog kola za pojacivac koji je inace vrlo kritican i po pravilu problematican za nabavku dok sa druge strane dobijamo drasticno bolje karakteristike generisanog signala uz manje komponenti.

Posto je cela ova postavka prilicno interesantna za experimentisanje, bile su mi potrebne dodatne izmene u DSP Radio programu koji nazalost nije open source. Medjutim, kratak e-mail autoru Sebastianu Mrozeku DL2SDR sa nekoliko zahteva za izmenu su urodile plodom! Sebastian je u roku od par sati izbacio novu verziju DSP Radio 1.3.4 sa novim funkcijama te mu se ovom prilokom zahvaljujem na zalaganju. Nova verzija izmedju ostalog donosi i mogucnost da se sirina (bandwith) TX signala sada moze proizvoljno menjati isto kao i kod RX sto daje dodatne mogucnosti za upravljanje generisanim / modulisanim signalom. Sa ovom funkcijom je cak moguce napraviti i neku vrstu prostog mreznog analizatora ali o tome kada dodje vreme.

Nov ZMSDR PIC firmware i USB kontrolni program

Posle izrade TX prototipa koji sam predstavio u predhodnom postu, doslo je na red da se malo i PIC firmware izmeni.

Nov PIC firmaware verzije 1.2 sadrzi novu opciju za upravljanje predajnikom (prebacivanje RX/TX). Ova opcija je relativno prosta i njena funkcija se svodi samo na ukljucivanje i iskljucivanje napona na RA2 pinu od PIC kontrolera koji se dalje koristi za relejni preklopnik (kod antene) i zaustavljanje/startovanje de/modulatorskog kola kako bi izbegli da prijemnik radi dok je ukljucen predajnik i obrnuto.

Za kompletiranje TX funkcije bilo je neophodno i modifikovati medju-program (u mojoj postavci) SDRBrowser koji je zaduzen za “slusanje” programskih dogadjaja koje proizvodi DSPRadio. Prakticno, kada se u DSPRadio ukljuci predaja, SDRBrowser prepozna taj “dogadjaj” i shodno tome posalje komandu PIC kontroleru za ukljucivanje predajnika.
SDRBrowser u ovom trenutku nije Open Source tako da sam izvorni code za Mac OS X dobio direktno od autora Gerrit Polder PA3BYA kome se ovom prilikom zavaljujem.

Svi spomenuti programi, PIC firmware (hex), USB kontrolni program (source) i modifikovani SDRBrowser (binary) su dostupni na SVN repozitorijumu ZMSDR projekta na adresi http://sourceforge.net/p/usbpicsi570/code/.

ZMSDR I/Q TX

Prica o SDR predajniciima zahteva razumevanje rada SDR prijemnika. ZMSDR prijemnik je baziran na duplo balansirajucem “Tayloe” mikser-u. TX zahteva prakticno iste elemente ali signale je neophodno poslati u suprotnom pravcu. Ideja da se koristi jedan isti sklop uz upotrebu relejnih prekidaca je zanimljiva kada se pogleda da je na trzistu dostupan minijaturni “reed” releji  koji je predvidjen za rad na visokim ucestanostima. Detalji oko ovoga uskoro.

Za predajnik je dakle neophodan modulaciski sklop koji nase I/Q signale iz programa mesa sa podesenom ucestanoscu lokalnog oscilaora kako bi se kao rezultat tog mesanja dobio signal na izabranoj ucestanosti i osobina koje smo postavili iz SDR programa.

Sledeca slika prikazuje spektralni izgled I/Q signala koji se generisu iz DSPRadio programa.

Prakticna realizacija modulatorskog (mikser) sklopa se svodi na upotrebu CBT3253 prekidackog kola dok se komplementarni I i Q signali dobijaju upotrebom diferencialnog pojacivaca OPA1632.

Ovaj HF predajnik moze raditi u opsegu 0 – 30MHz i prakticno sa svim vrstama modulacija (SSB, LSB, CW, FM, AM, DRM i ostali digitalni modovi). Ucestanost lokalnog oscilatora (LO Input) mora biti 4 puta veca tj isto kao i kod prijemnika.

Update 1: Kratak update, gore prikazani koncept se pokazao kao ispravnim i mali prototip koji sam napravio ovako je PRORADIO!

Update 2: situacija sa ovom shemom postaje sve zanimljivija. Posle malo testiranja, koncept sa diferencijalnim pojacivacem se pokazao kao jako dobar jer njegova simetricna struktura u potpunosti “lezi” ovoj nameni. Evaluacijom sheme dosao sam do zakljucka da izlazni transformator NIJE potreban kao ni druga grana miksera tj izlaz sa nozice 9 iz CBT3253 (eventualno paralelnim povezivanjem obe grane mesaca mozemo prepoloviti njegove gubitke tj prepoloviti unutrasnji otpor prekidackih elemenata). Takodje prvi rezultati daju veoma dobar rezultat sto se tice izlazne snage. Po mojem pre-eliminarnom merenju, moguce je dobiti 100-150mW snage sa SSB modulacijom direktno iz samog mesaca! Jos jedna zanimljiva stvar lezi u tome da cak ni negativno napajanje za operacione pojacivace nije neohodno, uz malu posledicu da gubimo deo izlazne snage zbog cinjenice da ovi pojacivaci nisu “reail-to-rail”. Upotrebom alternativne varijante kao npr THS4521 diferencijalnog pojacivaca (rail-to-rail output) i ovaj problem bi verovatno bio resen uz opciju da je moguce kompletan sklop napajati samo sa jednostrukih +5V bez degradacije perfomansi! I zadnja bitna izmena, kondenzatori na izlazima pojacivaca (koji su za prijemnik sluzili kao integrator) takodje NISU potrebni. Jos jedna fina stvar vezana za ove pojacivace i njegovog “bias” (2 nozica) ulaza lezi u tome da smo tako izbegli 10-ak elemenata koji su u nekim drugim slicnim shemama sluzili za simetriranje DC ofseta sa leve i desne strane mesaca – ovde se to radi automatski! Jedina mana (ako to uopste moze da se tako i nazove) lezi u tome da je neophodno koristiti opornike (R1 – R8) sa veoma malom tolerancijom, reda 1% ili manje kako bi odrzali apsolutnu simetriju diferenijalnog pojacivaca.

Update 3: Postavljena prva verzija sheme SDR I/Q modulatora

ZMSDR TX v1.0 Schematic PDF

73 de YU3MA