|
Trefwoorden |
Samenbouw van de DDS, PIO en QSD tot SDR ontvanger
Inleiding De kaarten van de Quadrature Sampling Detector (QSD), de Direct Digital Synthesizer (DDS) en de Parallel Input/Output (PIO) werden afgeleid van de FlexRadio, SDR1000 transceiver, en kunnen worden samengebouwd tot een goed werkende Software Defined Radio (SDR). Enige voorzichtigheid is hierbij geboden, omdat de QSD kaart werkt in het gebied van (bijna) gelijkspanning tot ver in het HF gebied. Bijgevolg is deze kaart gevoelig voor allerlei ongewenste instraling, die direct merkbaar wordt in de ontvangst; het geluid uit de luidspreker of de weergave op het scherm. Dit geldt niet alleen voor elektrische, maar ook voor magnetische velden, zoals deze rondom voedingstransformatoren te vinden zijn. Daarom werd besloten om deze QSD-kaart in een andere behuizing onder te brengen dan de DDS, PIO en de voedingen. Dit artikel geeft een indruk hoe de kaarten kunnen worden samengevoegd tot de SDR ontvanger. De mechanische opbouw blijkt uit verschillende foto's van de kastjes, en geldt alleen als mogelijkheid. De elektrische opbouw vraagt enige aandacht voor het vermijden van ongewenste koppelingen en vooral voor het vermijden en / of onderbreken van aardlussen. Door deze aardlussen kunnen opnieuw stoorsignalen in de ontvanger worden ingevoerd en de hiervoor genomen maatregelen zijn wellicht ook nuttig voor anderen. Een overzicht van een mogelijke mechanische opbouw is te vinden in bijgaande foto's van een werkende SDR ontvanger.
De kastjes zijn is gemaakt van
koper laminaat plaat (zagen, vijlen en solderen), dat met deze methode meteen
de gewenste afmetingen kan krijgen zonder overbodige ruimte. Het linker
kastje (167 x 109 x - een nauwkeurige HF generator, die m.b.v. van een (zelf aan te brengen) geijkte verzwakker een aanvulling kan zijn in de shack (de stuurkast) en - een (na ijking) zeer nauwkeurige HF meetontvanger met een grote dynamiek en een zeer lineair meetbereik. Natuurlijk is de samenstelling de gewenste SDR ontvanger met vele (panorama) mogelijkheden en prachtige filters.
Duidelijk zichtbaar zijn de 25-polige D-connector voor verbinding van de PIO met de PC, daarnaast een 9-polige D-connector waarop de stuur-uitgangen staan voor omschakeling van de ingangsfilters. Daaronder is een 5-polige din connector zichtbaar waarop de I-Q signalen van de DDS voor de aansturing van de Tayloe detector plus de +/- 12 V. voeding voor de QSD kaart. Daarnaast valt de net-entree op met aangebouwd (ingebouwd) netfilter en zekeringen. De midden pen van de DDS vervoert ook de voedings-‘nul’ (alle ‘nul-signalen zijn doorverbonden); dit gaf het laagste stoorniveau.
De (binnenzijde van de kast vormt een volledig afschermende doos, die door de doorlopende kaart-bevestigingen (zie hoeken) is doorverbonden met de aardvlakken op de kaarten. Deze vlakken liggen ook aan de doorverbonden 'nul'-leidingen van de voeding en aan de afscherming van het netfilter. De doorlopende afscherming van dit filter is tevens het enige vlak waarmee de buitenzijde van de (koper-laminaat) kast is geaard. Bovenin bevinden zich de DDS en PIO kaart, waarvan de spanningstabilisatoren (7805) verwijderd zijn, omdat deze kaarten nu direct gevoed worden uit een 5-volt voeding; dat scheelt 60 % in warmte ontwikkeling, die dus ook niet hoeft te worden afgevoerd. De DDS is uitgevoerd met een koelvin, die werd vervaardigd uit een groter blok. De thermische weerstand van deze DDS koelvin is ca 10 K/W en dat is ruim voldoende om deze component op een passieve wijze beneden zijn kritische temperatuur te houden, ook met een gesloten kast. Alle interne verbinden zijn nog steeds uitgevoerd met stekkertjes, zodat alles gemakkelijk kan worden verwijderd en weer samengesteld.
Aan de binnenzijde is duidelijk
het aangebouwde netfilter te zien, dat een grote en breedbandige demping
geeft voor alle storingen die via deze zijde binnen kunnen komen. Hiermee
wordt de eventuele aardlus naar de netspanning onderbroken.
Ook het mini-voeding blok van 5 V – De kleine transformator met de losse componenten daarboven verzorgt de + 12 V. en – 12 V. voeding voor de QSD kaart, waarbij de stabilisator IC’s op een gemeenschappelijke koelvin zijn gemonteerd. De '7912' spanningsregulator moet geïsoleerd worden opgesteld omdat hier de ingangsterminal (meest negatieve punt) aan het metalen koelvlak ligt. Bij de '7812' is dat de 'gnd' aansluiting. De QSD-kaart vraagt een stroom van 29,5 mA uit de + 12 V. en 17 mA uit de – 12 V. spanning. De voeding levert 2 x 12 V. bij 130 mA met een breedbandige ruis < 1 mV. effectief, en dat is ‘schoon' genoeg om de QSD-kaart te voeden en bovendien ruim voldoende om ook nog een paar kleine relais op de filterkaart mee te sturen, mocht dit noodzakelijk zijn. Elektrische
overwegingen Naast de al eerder genoemde voeding- en net-aardingen ter voorkoming van ongewenste aardlussen binnen de kasten en tussen beide systemen, zijn vervolgens de verbindingen met de buitenwereld aan de beurt. Omdat het SDR 'systeem' via meerdere wegen met de buitenwereld is verbonden (PC, netvoeding), moeten al deze wegen zorgvuldig worden bekeken en liefst voor audio-frequenties en hoger worden onderbroken ter vermijding van aardlussen. Hierboven werd al gesproken over het netspanningfilter in de 'aanstuurkast'. De audio-verbinding met de PC moet evenzo worden onderbroken met een mantelstroom filter. Een goede oplossing hiervoor bestaat uit een ferriet ringkern met een voldoend hoge toepassingswaarde (b.v. 3E5, AL = 11 μH/n2). Een aantal van 10 windingen om deze kern levert dan een zelfinductie van 1,1 mH., en dat is voldoende voor een effectieve, breedbandige smoorspoel voor (stoor)signalen van enkele tientallen tot vele honderden kHz. Ook daarboven wordt nog voldoende demping van ongewenste signalen verkregen. De 'printer kabel' voor de besturing vanuit de PC is nu nog de enige breedband verbinding van de SDR met de 'buitenwereld', en blijkt verder geen storingen van betekenis binnen te brengen. Dit laatste voornamelijk omdat door HF-onderbreking van de andere verbindingen hiermee geen 'lussen' meer kunnen worden gevormd. Verschillende
PC's Experimenten en test met SDR zijn uitgevoerd onder besturing en uitlezing van het programma: PowerSDR. Dit programma loopt bij mijn experimenten op een desk-top PC van het type HP-Vectra, VL420 (Pentium IV, 1,8 GHz, 512 MB RAM, 40 GB HD, WIN-XP-pro). De bezettingsgraad van deze PC bij gebruik van een actieve PowerSDR, bij een audio 'sample-rate' van 48 kHz., loopt op tot 23 - 35 %. (0% bij PowerSDR in 'stop-mode'). Bij wijze van proef heb ik PowerSDR laten lopen op een simpele Laptop, die verder uitsluitend voor lezingen wordt gebruikt. Dit is een Dell Latitude LS (Pentium III, 400 MHz., 256 MB RAM, 5,5 GB. HD, WIN-XP-pro). Onder verder dezelfde omstandigheden als boven loopt de bezettingsgraad van de processor op tot 60 - 80 %. De specificaties van de SDR-ontvanger op de Laptop zijn precies gelijk aan die op de desk-top, met de ruisvloer en het maximaal toelaatbare signaal op exact dezelfde waarden. Deze getallen veranderen niet bij netvoeding of accuvoeding van de LapTop. Hiermee is tevens aangetoond dat de genoemde EMC maatregelen (ontkoppeling, aarding, lusonderbrekingen) effectief zijn en dat de SDR - specificaties daarmee onafhankelijk zijn geworden van de processor omgeving. Bij luisterproeven is opnieuw
gebleken dat ingangsfilters op Deze waarneming komt goed overeen met de eerder gevonden gevoeligheid van ca – 45 dB. voor tweede harmonische menging (zie Ingangsfilters). Bij verdere afstemming werden nog meer van dergelijke ongewenste signalen aangetroffen, die herkenbaar zijn aan de hogere ‘snelheid’ waarmee ze met de afstemming meelopen. Deze kunnen zowel door tweede- als door derde-harmonische mengingen worden veroorzaakt, waarbij de gevoeligheid voor de laatste met – 9dB. t.o.v. de ontvangstfrequentie nog aanzienlijk hoger ligt. Opnieuw is duidelijk waarom Robert Sherwood de SDR1000 transceiver niet verder wilde testen vanwege het hoge gehalte aan op deze banden niet thuishorende signalen: de oorspronkelijke ontvanger heeft ingangsfilters die signalen op de tweede harmonische van de ontvangstfrequentie ongehinderd doorlaat en signalen op de derde harmonische nauwelijks verzwakt.
De QSD-kaart levert aan de
uitgang een tweevoudig audio-signaal, dat via een
standaard stereo snoer wordt aangesloten op de PC. Bij gebruik van een
'algemene', interne geluidskaart zal de SDR goed kunnen werken, maar minder
gevoelig zijn. Met een basis ruisniveau van - 115 tot - 120 dBm. is het voor
de meeste van deze geluidskaarten wel zo ongeveer gedaan, waarmee de
gevoeligheid van de SDR ontvanger ongeveer op het signaalniveau van S-2
terecht komt. Dit is ruim voldoende voor ontvangst van signalen op en beneden
de Betere resultaten dan met de
'standaard' geluidskaart kunnen worden verkregen met een externe
geluidskaart. Voor de eigen experimenten wordt gebruik gemaakt van een Edirol UA-1ex kaart, die op de PC wordt aangesloten via
een USB kabel. Hiermee komt het basis ruisniveau op ca
- 128 dBm. op de Met de SDR aangesloten, maar met uitgeschakelde voeding, ligt het basis ruisniveau op het scherm van PowerSDR op een niveau van - 132 dBm. (3,6 MHz., SSB, audio-filter 2,4 kHz.) Wanneer de voeding wordt ingeschakeld, gaat de ruisvloer omhoog tot -128 dBm., waarmee de ondergrens vastligt van te ontvangen signalen op ca S-0 (atmosferisch ruisniveau op deze band ligt op -102 dBm., of ruim S-4). De bovengrens (0 ADCL) ligt op - 27 dBm. (S-9 + 46 dB). Dit geeft een dynamisch bereik voor deze ontvanger van 101 dB., wat een prima getal is. Voor de juiste instelling van de keten: QSD-kaart, geluidskaart en PowerSDR, zie 'Instellingen'. De ruisvloer neemt toe met toenemende afstemming, voornamelijk ten gevolge van ongerechtigheden in het oscillator signaal uit de DDS en de verminderde flanksteilheid bij aansturing van de Tayloe mengtrap. Op 28 MHz. komt dit ruisniveau uit op ca - 118 dBm. en dat is ongeveer gelijk aan het atmosferische ruisniveau op deze band (ca S-1,5). De gevoeligheid van de SDR-ontvanger in combinatie met de Edirol UA-1ex geluidskaart is daarmee ruim voldoende voor alle signalen op alle HF amateurbanden. Bob J. van Donselaar, on9cvd@veron.nl
|
|
