Данная статья завершает серию публикаций про бюджетные одноплатные радиостанции SDR (Software Defined Radio). Речь пойдёт о трансивере Peaberry SDR V2, разработанном американским радиолюбителем David Turnbull (AE9RB).
Набор для сборки трансивера Peaberry SDR V2 продавался за $149 без стоимости доставки.
Конструкция Peaberry SDR V2 основана на схемных решениях радиостанции SoftRock Ensemble RXTX американского радиолюбителя Tony Parks (KB9YIG), рассмотренных в предыдущей публикации цикла. Основным отличием Peaberry SDR V2 от SoftRock Ensemble RXTX является наличие «на борту» составного устройства USB, включающего в себя звуковое устройство и COM-порт.
В публикации мы также разберём усовершенствования, которые AE9RB внёс в схемы квадратурного детектора (QSD) и квадратурного возбудителя (QSE), и кратко пройдёмся по реализации оригинальной схемы управления радиостанцией Peaberry SDR V2.
Для лучшего понимания фактического материала, изложенного в данной статье, желательно освежить в памяти предыдущие публикации цикла, которые даны ниже в хронологическом порядке:
1. Синхронный АМ приёмник Полякова
2. SDR приёмник SoftRock Ensemble RX II
3. SDR трансивер SoftRock Ensemble RXTX
КДПВ взята с сайта AE9RB. Там же находятся схемы, инструкции по сборке радиостанции, установке драйверов и другого программного обеспечения, а также другие файлы для скачивания.
Схема управления трансивером
Для работы с трансивером Peaberry SDR V2 обычно используется программа HDSDR. Управление аппаратной частью Peaberry SDR V2 осуществляется программой CFGSR, созданной радиолюбителем из Нидерландов F.W. Krom (PE0FKO). Для связи HDSDR с CFGSR служит библиотека ExtIO_Si570.dll.
Это тот же набор программного обеспечения, что и у SoftRock Ensemble RXTX. Принципиальное различие между трансиверами – наличие в составе Peaberry SDR V2 составного устройства USB, включающего в себя виртуальный COM-порт и звуковое устройство USB.
При подключении к порту USB компьютера трансивер Peaberry SDR V2 определяется как звуковая карта с частотой дискретизации 96 кГц и COM-порт. Звуковая карта использует стандартные драйверы, для правильной работы COM-порта требуется установка драйвера libusb-win32.
Аппаратная часть составного устройства USB реализована на PSoC (Programmable System-on-Chip) CY8C3246PVI и кодеке PCM3060. PSoC CY8C3246PVI производства компании Cypress Semiconductors (ныне входит в состав Infineon Technologies) содержит в себе 8051-совместимый микроконтроллер с «обвязкой» в виде ПЛИС.
На PSoC в составе Peaberry SDR V2, помимо GPIO, реализованы: интерфейс Full Speed USB для связи с компьютером, два интерфейса I2S для обмена данными с кодеком и интерфейс I2C для управления кодеком и синтезатором частоты.
Ниже приведена схема электрическая принципиальная описанного выше решения:
Особенностью схемы является то, что на аналоговом выходе кодека U10 присутствуют сигналы со сдвигом по фазе 0°, 90°, 180° и 270°.
Сигналы управления QSD и QSE формируются счётчиком Джонсона на микросхеме U14, поэтому на выходе синтезатора Si570 (U9) устанавливается частота, в четыре раза превышающая центральную частоту полосы приёма/передачи.
Схема передающего тракта
На вход передающего тракта трансивера SoftRock Ensemble RXTX подаётся с компьютера по двум каналам звуковой карты квадратурный сигнал со сдвигом фаз 0° и 90°, поэтому дополнительные сигналы со сдвигом фаз 180° и 270° формируются двумя парами инвертирующих усилителей на ОУ, включенных последовательно.
В передающем тракте трансивера Peaberry SDR V2 на аналоговые входы QSE сразу подаётся с выходов встроенного звукового устройства нужный набор сигналов. Схема QSE выглядит так:
Схема приёмного тракта
Схема приёмного тракта трансивера Peaberry SDR V2 существенно отличается от схемы приёмного тракта SoftRock Ensemble RXTX.
Прежде всего, и в QSD, и в QSE микросхемы мультиплексора-демультиплексора FST3253 были заменены более современными SN74CBT3253. В QSD применён тот же операционный усилитель LT6231, но изменилась схема его включения:
В модернизированной схеме QSD половинки ОУ усиливают разность сигналов со сдвигами фаз 0° и 180° в канале I (Inphase), а также 90° и 270° в канале Q (Quadrature).
Полосовые фильтры
Трансивер SoftRock Ensemble RXTX рассчитан на работу на любительских диапазонах: 160 м; 80 и 40 м; 40, 30 и 20 м; 30, 20 и 17 м; 15, 12 и 10 м. Выбор диапазона определяется установленным на плату диапазонным полосовым фильтром (ДПФ).
В трансивере Peaberry SDR V2 используется набор из двух ДПФ, что позволяет «расширить» рабочий диапазон трансивера «соседними»: 160, 80 м; 80, 40 м; 40, 30, 20 м; 30, 20, 17, 15 м; 17, 15, 12, 10 м.
Использование только одного (двух) ДПФ вызвано ограничениями совместимости с конфигуратором CFGSR, который поддерживает два сигнала управления. В приёмнике Softrock Ensemble RX II эти два сигнала позволяют переключаться между четырьмя ДПФ. В трансивере Peaberry SDR V2 один из этих сигналов используется для переключения режима приёма/передачи, а второй – для коммутации двух ДПФ. В трансивере SoftRock Ensemble RXTX второй сигнал управления не используется.
Достоинства и недостатки бюджетных SDR
Главными достоинствами всех описанных в цикле конструкций являются простота, хорошая повторяемость и доступная цена. Каждая из этих конструкций была с энтузиазмом встречена радиолюбительским сообществом и поддержана обсуждениями на форумах. Для каждой из конструкций есть инструкции по сборке и наладке.
Вышеперечисленное хорошо иллюстрируется на примере приёмника SoftRock Lite II:
Приёмник продаётся набором за $20 без стоимости доставки. Инструкция по сборке в наличии на сайте WB5RVZ. По простоте сборки и наладки – это классическая «конструкция выходного дня»: действуешь по инструкции и получаешь удовольствие от сборки. После правильной сборки приёмник начинает работать сразу.
Не менее важным достоинством является наличие в программном обеспечении для работы с SDR функции панорамного индикатора. На панорамном индикаторе отображается полная картина эфира на ширину частоты дискретизации звуковой карты. Поработав с панорамным индикатором, отказаться от его использования очень трудно.
Недостатки бюджетных одноплатных радиостанций SDR прямо вытекают из их основных достоинств: простоты и низкой стоимости.
Существенным недостатком подобных конструкций является их неавтономность. Для обработки сигналов используется компьютер со звуковой картой, и радиостанция буквально привязывается к компьютеру. Из рассмотренных в цикле радиостанций Peaberry SDR V2 в этом отношении наиболее «гуманен», ему нужен для подключения к компьютеру только порт USB.
Не менее существенным недостатком является задержка при обработке сигнала. Чтобы убедиться в этом, достаточно принять какую-нибудь вещательную радиостанцию одновременно на обычный вещательный приёмник и SDR с обработкой сигнала в компьютере. Задержку при обработке сигнала хорошо слышно невооружённым ухом, время задержки зависит от производительности компьютера.
Бюджетные решения SDR хороши для экспериментов в эфире, но в соревнованиях с ними не победить.
От автора
Данная публикация завершает цикл статей про бюджетные одноплатные радиостанции SDR. В публикациях цикла был детально разобран ряд недорогих и хорошо повторяемых решений, применяемых в бюджетных SDR-радиостанциях.
При подготовке цикла я мысленно прошёл свой путь в познании SDR от синхронного АМ приёмника Полякова до собственного проекта автономного трансивера SDR на схемах Tayloe и поделился с аудиторией Хабра своими знаниями и чувствами.
72/73!
