ZMSDR V3 testiranje

U predhodnom clanku sam spomenuo da nova V3 verzija ZMSDR HF prijemnika ima odlicnu dinamicku karakteristiku pa samim tim i figuru shuma, evo par slicica sta to i prakticno znaci.

Na privoj slici se vidi prijemni opseg sa gomilom radio stanica u pozadini i gde je dodatno umetnut veoma jak frekvetno modulisan signal koji ide do -5dB (desni kraj spektra). Primecuje se da ovako jak umetnut signal prakticno nista ne smeta ostalom delu spektra sto pokazuje da je sam duplo-balansirajuci mikser veoma linearan sa veoma malom intermodulacionom distorzijom. Dodatno, slika prakticno pokazuje da dinamicka karakteristika prijemnika prevazilazi tehnicke mogucnosti moje Inverted V antene koja jednostavno ne moze jace da “pokupi” signale iz etra. Da bi iskoristili sve ove potencijale neophodno je koristiti neke drasticno bolje antene koje imaju pojacanje same po sebi (quad-ovi, beam-ovi i sl).

Sledeca slika pokazuje prag shuma koji se krece oko -110dB. Ovo je fantastican rezultat i tehnicki granica moje zvucne kartice TC Electronic Impact Twin. Takodje se uvidja veoma dobra izolacija lokalnog oscilatora od prijemnika pa tako u ovom spektru nema nezjeljenih signala tkz “spoors”. Sve ovo je rezultat raznih eksperimenata u predhodnih par godina i veoma probranih komponenti koje su upotrebljnje u ovom prijemniku kao i sama minituarizacija celog prijemnika (sto nizi napon i potrosnja + sto kraci vodovi na PCB = manje problema). Sve u svemu, dinamike na pretek 🙂

Za kraj, evo slika kako izgleda potpuno sklopljena PCB sa dodatim Microchip PIC18F13K50 kontrolerom.

BTW: Spomenuti Si5351 sa pratecim kristalom se pokazao odlicno u ulozi promenljivog oscilatora tako da nama dragi Si570 (CMOS verzija) ide u penziju 🙂 Obzirom da imamo na raspolaganju jos dva nezavisno kontrolisana izlaza iz ovog oscilatora, te izlaze mozemo iskoristi i za neke druge namene, npr kao signal generator pa prakticno mozemo da napravimo prost mrezni analizator spektra (network spectrum analyzer) sa kojim mogu da se snime prenosne karakteristike filtera i sl gde bi jedan od izlaza bio predajna strana a sam SDR prijemna strana.

73 de YU3MA

Nov ZMSDR prototip

Mali update na temu posle duzeg vremena oko klasicnih SDR prijemnika (ne RTL-SDR), evo prva fotka ZMSDR verzije 3 🙂
Ovo je prototip i nije potpuno kompletiran jer mi ostaje jos CPU PIC18F14K50 da namontiram. Sve ostalo je na svom mestu i u funkciji.

U pitanju je low-voltage verzija koja radi na 3.3V i napaja se sa USB porta (sa veoma prljavih 5V) i trosi oko 21mA.
Upotrbljene su najbolje komponente koje sam mogao da nadjem na trzistu, niskosumni regulator napona, nov Si5351 oscilator sa 10ppm kristalom, low-voltage low-distorsion low-noise OP-AMP OPA1662 (fenomenalan OP, preporucujem ga za sve AUDIO primene), specialni low-distorsion kondezatori u demodulatoru (Taiyo Yuden CFCAP), gomila X7R 1uF keramickih bypass kondenzatora, zastita antenskog ulaza sa BAV99, zastita napajanja sa zener barijerom … Plocica je jednoslojna i napravljena je pomocu toner-transfer metode.

Ovo radi BOLI GLAVA!!! 🙂

Prijemnik ima oko 103 dB dinamike (~85dB SFDR u celom opsegu) i oko 110dB dinamike u pojacivackom stepenu sto predstavlja i praktican limit moje audio kartice. Ovo je fantastican rezultat kada se uzme u obzir da se ceo prijemnik napaja samo sa 5V USB (za ovakve cifre nekada je moralo da se koristi relativno visok napon od cca +/-15V).

Prakticni rezultati kod prijema su sjajni. Osnovno je mogucnost prijema u opsegu 0.1MHz do 30MHz. Takodje je moguc i prijem na UKT ako se slusa kao 5 ili 7 harmonik, naravno sa nesto slabijom osetljivoscu, npr sa par metara zicom radiodifuzni FM radi super i u stereo modu :)) Naravno, ovde je caka sa BPF filterima sa kojim se izolujemo od KT/UKT.

Po meni ovo je vrhunac u ovoj tehnologiji sa duplo-balansirajucim mikserom i ne verujem da moze da se napravi bolje od ovoga. Shema ove konstrukcije je prakticno ista ona koju sam postavio pre vise od godinu dana samo su sad upotrebljne kvalitetne komponente i koristi se low-voltage aktivna elektronika.

Bice jos novih informacija kada osposobim CPU na plocici (sad koristim eksternu I2C komunikaciju) …

73 de YU3MA

DSP Radio USB Si570 Controller – Download

DSP Radio USB Si570 Controller (beta) verzija nakon malo testiranja i sa par novih funkcija je konacno dostupna za preuzimanje u binarnom formatu. Ova verzija nije savrsena ali je sasvim funkcionalna. Jedna od novih funkcija je ta da je moguce ukucati u polje za ucestanost direktno numericku vrednost koja ce biti poslata preko USB interfejsa ka Si570 oscilatoru tako da je moguce koristiti ovaj program za kontrolu oscilatora nevezano od DSP Radio aplikacije.

Program poseduje u sebi i nezavisni driver za komandno okruzenje (Contents/Resources/hidtest2) koji prakticno upravlja USB PIC 18F2550 kontrolerom baziranom na firmware-u objavljenoj na SourceForge stranici ovog projekta. Raspolozive opcije ovog drivera moguce je dobiti kucanjem u komandnom okruzenju (shell) “./hidtest2 -h”. Zamenom ovog drajvera sa adekvatnim u okviru aplikacionog paketa, moguce je koristiti ovu GUI aplikaciju i za druga HW/SW resenja za upvaljanje lokalnim oscilatorom SDR primopredajnika.

Preuzmanje aplikacije SDRBrowserV2.app.zip iz SVN repozitorijuma (putanja trunk > SDRBrowser > SDRBrowserV2.app.zip):
http://sourceforge.net/p/usbpicsi570/code/

ZMSDR Si570 GUI Controller

Nakon USB drajvera za ZMSDR koji je pisan za shell okruzenje, dosao je na red i prateci GUI. Ovaj GUI interface je predvidjen za povezivanje DSPRadio SDR programa sa ZMSDR USB baziranim kontrolerom za Si570 i zasniva se na izvornom code-u SDRBrowser-a autora PA3BYA dok u pozadini koristi  driver ciji je source code objavljen na SourceForge stranici.

Aplikacija je pisana u XCODE i bazirana na je Cocoa interfejsu. Trenutno je aplikacija u beta fazi i nakon testiranja ce biti dostupna za preuzimanje u binarnom formatu.

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

DRM – Digital Radio Mondiale – Dream Radio

Slikovit primer iz DRM programa Dream Radio, radio stanica DRM RUVR 1B drugi program na fkrekvenciji 9764KHz koriscenjem ZMSDR radio prijemnika.
Odlicno se cuje, dobre propagacije, zanimljiv sadrzaj …

DRM RUVR 1B  je Ruska radio stanica koja u odredjenim terminima emituje radio program u DRM (Digital Radio Mondiale) formatu preko KT opsega na Srpskom jeziku. Nazalost, trenutno u Srbiji nema (komercijalnih) radio stanica koje emituju signal na kratkim talasima u DRM niti bilo kom drugom formatu.

Tehnika potrebna za emitovanje DRM signala je u ovom trenutku vrlo prosta i dostupa cak sta vise to je jedna te ista tehnika koja se koristi posljednjih nekoliko decenija samo malo “pametnije” iskoriscena. Vecina komercijalnih radio stanica koriste svoju postojecu (staru) opremu za emitovanje AM modulisanog signala na kratkim talasima ali uz DRM interface emituju i digitalni zvucni signal slusaocima kao u primeru sa slike.

SDR PA3FWM vs YU3MA

Posle izmene koncepta koji sam predstavio u verziji V2.1 revizija 3 ZMSDR-a, prijem signala se drasticno poboljsao. Dodatni BPF fino podesen za 3.7MHz je uneo dodatno poboljsanje. Koliko je to sve dobro ispalo, mozete videti u prilozenoj slici gde uporedno prikazujem frekventni spektar oko 3.7MHz sa ZMSDR poredjen sa cuvenim DC SDR-om (websdr) od PA3FWM. Slika govori sama za sebe … 😉

PCB prototip za ZMSDR v2

Prvi prototip PCB za ZMSDR v2 sa SMD komponentama. PCB ne sadrzi lokalni oscilator i USB kontroler.
Materijal za PCB: 1mm Laminat CEM-3 PTF JEDNOSTRAN
Tehnika izrade PCB: Laser printer + Laminator

Napomena: PCB na slici nije u potpunosti skopljena..