DDC-трансивер FLEX-6700. Кто прыгнет выше?

В предыдущей нашей статье, посвящённой общему описанию технологии DDC, мы писали о нескольких производителях, выпускающих новейшее приёмо-передающее оборудование для радиолюбителей. Пионеры SDR-технологии - компания FLEX - RADIO, не стали гнаться за лидерством в гонке под названием "Кто будет первым на ниве DDC". Компания долго готовилась к релизу и в итоге, разработала и выпустила такое мощное оборудование - которого ни кто из участвующих в гонке за первенство, себе позволить до сих пор не смог.

Новое семейство трансиверов серии FLEX-6000 - это явная заявка на лидерство по технологиям на сегодняшний день и, вероятно, на ближайшие несколько лет. С большой долей вероятности можно предполагать, что аналогов по аппаратной начинки новым трансиверам в ближайшие года 3 ждать не придётся. Существующие на сегодня трансиверы фирм-конкурентов имеют аппаратную начинку куда скромнее. Недавно выпущенная первая версия программы SmartSDR и обещания компании на будущее сделать "нечто", показывают большой потенциал новой серии трансиверов. Так ли это - покажет будущее.

Технические характеристики

Общие характеристики
	Трансивер FLEX-6500	Трансивер FLEX-6700	Приёмник FLEX-6 7 00R
Центральный процессор	TMS320DM8168CYG2 1.2 ГГц ARM CortexTM-A8/NEON	TMS320DM8168CYG4 1.4 ГГц ARM CortexTM-A8/NEON	TMS320DM8168CYG4 1.4 ГГц ARM CortexTM-A8/NEON
DSP сопроцессор	TMS320C647 (1 ГГц)	TMS320C647 (1 ГГц)	TMS320C647 (1 ГГц)
Тип ПЛИС DDC/DUC	Xilinx XC6VLX75T	Xilinx XC6VLX130T	Xilinx XC6VLX130T
Скорость LAN	1ГГбит	1ГГбит	1ГГбит
Количество разъёмов USB 2.0	2	2	2
Фазовые шумы Master Clock АЦП (dBc/Hz @ 245.76 МГц)	-147 dBc @ 10 кГц, -152 dBc @ 100 кГц	-147 dBc @ 10 кГц, -152 dBc @ 100 кГц	-147 dBc @ 10 кГц, -152 dBc @ 100 кГц
Стабильность опорного генератора 10 МГц (0 to +50° C)	0.5ppm TCXO	0.02ppm OCXO	0.02ppm OCXO
Возможность установки GPSTCXO	Опционально	Опционально	Опционально
Стабильность частоты GPSTCXO	5x10^12	5x10^12	5x10^12
Виды модуляции	USB, LSB, CW, RTTY, AM, FM	USB, LSB, CW, RTTY, AM, FM	USB, LSB, CW, RTTY, AM, FM
Минимальный шаг частоты	1 Гц	1 Гц	1 Гц
Кол-во каналов памяти	Не ограничено	Не ограничено	Не ограничено
Антенные разъёмы	SO-239x2; BNCx1; XVTRx1	SO-239x2; BNCx2; XVTRx1	BNCx2
Импеданс антенного выхода (без учёта автотюнера)	50 Ом (несимметричный выход)	50 Ом (несимметричный выход)	50 Ом (несимметричный выход)
Напряжение питания	+13.8 Вольт ±15% постоянного тока (отрицательная земля)	+13.8 Вольт ±15% постоянного тока (отрицательная земля)	25–264 Вольт переменного тока; 47–63Гц; 20W
Потребляемый ток (Приём/Передача)	1.5A / 23A	1.5A / 23A
Габаритные размеры	33см x 30.5см x 10.2см	33см x 30.5см x 10.2см	33см x 30.5см x 10.2см
Масса	5.9 кг	5.9 кг	5.9 кг
Диапазон рабочих температур	0 to +50° C	0 to +50° C	0 to +50° C
Характеристики радиоприёмника
Архитектура приёмного тракта, кол-во	Прямая оцифровка с преобразованием вниз, 1 АЦП	Прямая оцифровка с преобразованием вниз,2 АЦП	Прямая оцифровка с преобразованием вниз,2 АЦП
Количество виртуальных приёмников	4	8	8
Разрядность АЦП	16 - бит	16 - бит	16 - бит
Тактовая частота АЦП	245.76 МГц	245.76 МГц	245.76 МГц
Диапазон принимаемых частот	30 кГц – 77 МГц	30 кГц – 77 МГц; 135 – 165 МГц	30 кГц – 77 МГц; 135 – 165 МГц
Диапазон частот преселектора	160м – 6м	160м – 6м	160м – 6м
Предусилитель/Аттенюатор	-11.5…+20 дБ DVGA	PRE1: -11.5…+20 дБ DVGA; PRE2: 20 дБ	PRE1: -11.5…+20 дБ DVGA; PRE2: 20 дБ
Мощность внутреннего динамика	1 Ватт	1 Ватт	1 Ватт
Импеданс внешнего линейного выхода/уровень выхода	10 кОм/2.6Vpp	10 кОм/2.6Vpp	10 кОм/2.6Vpp
Подавление внеполосных помех	Лучше 100 дБ	Лучше 100 дБ	Лучше 100 дБ
Характеристики радиопередатчика
Архитектура передающего тракта	Цифровое преобразование вверх	Цифровое преобразование вверх
Разрядность ЦАП	16-бит	16-бит
Тактовая частота ЦАП	491.52 МГц	491.52 МГц
Выходная мощность	1-100W SSB, CW, FM, RTTY, DIGITAL; 1-30W AM	1-100W SSB, CW, FM, RTTY, DIGITAL; 1-30W AM
Работа передатчика на любительских диапазонах	160м – 6м	160м – 6м
ФНЧ передатчика	11 элементный полу-октавный	11 элементный полу-октавный
Мощность на трансвертерном выходе	+0дБм ср., +10 дБм макс.	+0дБм ср., +10 дБм макс.
Полоса частот трансвертерного входа	100 кГц…77 МГц	100 кГц…77 МГц и 135 МГц…165 МГц
Тип модулятора	Формирование сигнала цифровым методом на несущей частоте	Формирование сигнала цифровым методом на несущей частоте
FM девиация	5 кГц	5 кГц
Подавление несущей	80 дБ	80 дБ
Подавление нерабочей частоты	80 дБ	80 дБ
Подавление гармоник 1.8 - 50 МГц	-60 дБ; -70 дБ 6м	-60 дБ; -70дБ 6м
Полоса излучаемых частот	По умолчанию: 300-2700 Гц Регулировка: 50-10000 Гц	По умолчанию: 300-2700 Гц Регулировка: 50-10000 Гц
Разъём микрофона	Небалансный 8-pin, Балансный XLR/TRS	Небалансный 8-pin, Балансный XLR/TRS
Импеданс микрофонного входа	600 Ом	600 Ом
Характеристики антенного автоматического тюнера
Диапазон настраиваемого импеданса в полосе 80м – 10м	5 Ом – 500 Ом	5 Ом – 500 Ом
Диапазон настраиваемого импеданса на диапазонах 160м, 6м	16.7 Ом – 150 Ом	16.7 Ом – 150 Ом

Примечание: Представленная таблица имеет немного усечённую версию от исходной, т.к. некоторые показатели в исходнике избыточны и не несут полезной информации.

Как видим, компания FLEX - RADIO выпустила два трансивера и один радиоприёмник, имеющие современную цифровую архитектуру приёмо-передающего тракта:

• FLEX-6700 - трансивер с двумя модулями АЦП (SCU от Spectral Capture Units - блок оцифровки спектра). Самая дорогая и продвинутая модель, она же самая перспективная с точки зрения дальнейшей эволюции развития программного обеспечения.
• FLEX-6500 - упрощённая версия трансивера FLEX -6700 с одним блоком АЦП. Эта версия трансивера стоит гораздо дешевле - почти в 2 раза. Так сказать, бюджетная модель.
• FLEX-6700R - радиоприёмник с двумя модулями АЦП. Компромисс по цене для тех, кто ещё от «чемоданной» классики не отошел, но желает иметь в составе радиошека наравне с большими трансиверами современный и перспективный радиоприёмник.

Комплектация трансивера и аксессуары

В отличие от китов трансиверостроения, комплектация трансиверов FLEX - RADIO «из коробки» не блещет количеством дополнительных опций. С одной стороны – это не очень хорошо, т.к. не позволяет выбрать по своему вкусу «чего бы хотелось». С другой стороны – это плюс, говорящий о том, что проект глубоко проработан, полностью закончен и является устройством «сам в себе». Ничего лишнего. А может у FLEX -ов просто денег не хватило на разорительную гору аксессуаров, как это делает известная яблочная компания.

Стандартная комплектация из коробки включает в себя:

Трансивер

Тангента

Кабель питания.

Переполюсовать кабель питания со стороны трансивера не получиться. Для соединения питания используется специальный 2-х пиновый разъём типа PowerPole, который невозможно подключить иначе, чем одним способом.

«Пач-корд».

Сетевой шнур типа «витая пара» длиной 2 метра для соединения трансивера с компьютером или сетевым роутером.

Краткая инструкция по эксплуатации типа «Быстрый старт».

Антенна и кабель для GPS-приёмника.

(Эта опция поставляется при покупке трансивера в максимальной комплектации. В стандартной комплектации поставки, GPS-антенна с кабелем отсутствуют)

В качестве дополнительных опций к трансиверу идёт пара приспособлений для крепления трансивера в 19" «РЭК-стойке»: ручки и крепёжный переходник.

Для обеспечения максимально-возможной стабильности частоты, дополнительно к трансиверу можно приобрести специальный комплект, включающий в себя GPS-модуль, GPS-антенна с кабелем, элементы крепления, пару коаксиальных кабелей длинной по 20см с SMA-разъёмами для вывода опорной частоты 10МГЦ на заднюю панель трансивера и подключения кабеля GPS-антенны.

Собственно это и всё.

Внешний вид и дизайн

На этот раз FLEX-ы не стали выдумывать ничего нового и оригинального, как это было с предыдущей серией трансиверов. Они поместили начинку трансивера в стандартный металлический корпус, «чемоданного» типа. Чемодан получился относительно небольшой, но дорогой, как из крокодиловой кожи.

Первое, на что стоит обратить внимание – это качество изготовления корпуса трансивера. Если их первое и второе детище FLEX-1000 и FLEX-5000 малость отдавало «самодельщиной», то FLEX-3000 и FLEX-1500 уже выглядят более достойно. Дизайн же и качество изготовления корпуса нового трансивера настолько хорошо проработаны, что, практически, не отличаются от качества корпусов именитых производителей, некоторые из которых, кстати, в погоне за уменьшением себестоимости трансивера, становятся с каждым годом всё хуже и хуже.

Передняя панель трансивера имеет незамысловатый внешний вид, но при этом доступны все необходимые разъёмы, а когда ярко светится современный OLED -дисплей – чувствуется новизна.

На передней панели трансивера расположены основные разъёмы:

• Разъём для подключения микрофон.
• Разъём для подключения наушников. Диаметр разъёма 6.3мм, потому при покупке, если на вашей гарнитуре или наушниках разъём диаметром 3.5мм - необходимо будет найти переходник.
• Разъём для подключения телеграфного ключа.

Здесь мы видим, что трансивер имеет полностью законченную структуру со всей обработкой сигналов и управлением внутри трансивера. Т.е. звук в компьютер не поступает, а обрабатывается в трансивере. Формирование телеграфных посылок так же осуществляется на аппаратном уровне.

Новинка от FLEX-ов : графический OLED-дисплей на передней панели. Состояние трансивера отображается на цветном экране. На сегодняшний день на экране отображается не много данных. Только системная и статусная информация во время загрузки, апдейта и выключения трансивера. В ближайшем будущем производитель обещает вывести на экран больше информации. Вероятно, на нём будут отображаться режимы приёма-передачи, выходная мощность, КСВ, уровень громкости, неплохо бы смотрелся на нём S-метр и индикатор выбранной АЧХ эквалайзера. Ну и конечно будет богатое меню.

Рядом с индикатором находится стильная клавиатура доступа к меню и кнопка включения трансивера. Т.к. пока меню не реализовано, кнопки доступа к меню не функционируют. Кнопка меню подсвечивается несколькими цветами и показывает состояние трансивера – находится он в спящем режиме, в режиме обновления или в рабочем режиме.

По бокам трансивера можно видеть отверстия для принудительной вентиляции. Охлаждают трансивер пара мощных, но достаточно тихих вентиляторов.

На задней панели трансивера находится множество разъёмов на все случаи жизни. Опять же, часть разъёмов не активно пока и не участвует в работе трансвиера.

Из них пара разъёмов приёмо-передающих антенн. Пара вход\выход приёмника А и приёмника Б. Разъём вход\выход трансвертера. Этот многофункциональный разъем типа BNC представляет собой общий интерфейс промежуточной частоты (ПЧ) для использования внешнего трансвертера. В модели FLEX-6500 уровень сигнала на разъеме 0дБм (+10дБм максимально) и вход с полноценным динамическим диапазоном. Хотя обычные трансвертеры функционируют в диапазоне 28 МГц, частота ПЧ может находиться в любом участке частот от 30 кГц до 77 МГц по приему и от 100 кГц до 77 МГц по передаче. В модели FLEX-6700 имеется также возможность формирования сигнала ПЧ уровнем 0дБм на частоте 135-165 МГц. Этот вход\выход ПЧ можно использовать для поддержки трансвертеров микроволнового диапазона. Кроме подключения трансвертера, этот разъем может быть использован, как дополнительный антенный вход.

В будущем планируется поддержка нескольких антенн, которые будут коммутироваться разными способами на разные блоки АЦП. В модели FLEX-6500 в качестве трансиверного порта может быть использована антенна либо ANT1, либо ANT2. Кроме этого, антенна ANT1 может быть с коммутирована для передачи, а ANT2 – для приема или наоборот. (Примечание. В таком режиме, скорость коммутации "прием-передача" несколько снижается.) В модели FLEX-6700, обе антенны ANT1 и ANT2 могут быть выбраны в качестве трансиверного порта. Например, АЦП-A подключается к одному трансиверному порту, а АЦП-Б - к другому. Кроме этого, предусмотрен встроенный делитель сигнала, позволяющий любому разъему антенны ANT1 или ANT2 подавать сигналы на вход обоих АЦП.

При использовании трансивера с двумя АЦП, один вход приёмника может быть подключен ко входу ANT1, а другой может быть подключен ко входу ANT2. Виртуальные приёмники с АЦП-Б может принимать сигнал со входа RX IN B, в то же самое время, когда виртуальные приемники АЦП-А могут использовать ANT1 как для приема, так и для передачи. Виртуальные приемники в АЦП-Б могут альтернативно использовать для передачи разъем XVTR.

При использовании двух АЦП и двух одинаковых или наоборот, разных антенн, вы можете использовать режим пространственного приёма сигнала, формирования диаграммы направленности, подавлении мешающих сигналов с помощью фазирования сигналов с помощью специального программного обеспечения. Например, вы может использовать, одну антенну с горизонтальной поляризацией, вторую с вертикальной поляризацией. В результате получается приём практически без замираний. Многие пользователи трансивера FLEX-5000 в конфигурации со вторым приёмником RX2 уже успели оценить все прелести использования подобных функций. Но это только начало…

Если у вас трансивер с двумя АЦП, то вы можете подключить один приёмный модуль к узкополосной направленной антенне, а на втором модуле использовать всенаправленную многодиапазонную антенну. Так вы будете в курсе состояния диапазонов и оперативно сможете отслеживать открытие прохождения на диапазонах.

Модель трансивера FLEX-6700 предусматривает прием в диапазоне частот 135-165 МГц с любым из приёмных модулей АЦП-А\Б. В модели трансивера FLEX-6700 вы сможете контролировать одновременно до семи частот репитеров диапазона 2 метра на одном АЦП и при этом работать в диапазоне 20 метров на втором АЦП. Или же можно контролировать открытие прохождения в диапазоне 10 метров и 6 метров на одном АЦП, работая в это же мое время в диапазоне 2 метра на другом АЦП. Т.е, различных комбинаций приёма может быть огромное количество.

Отдельным блоком расположены 8 разъёмов RCA-типа:

• 4 из них управляют разнообразными внешними коммутациями.

Эти три разъема типа RCA выходы с открытым стоком и уровнем напряжения до 50 V DC при токе 140 mA. Они могут быть использованы для коммутации трех различных усилителей или схем дистанционного управления при включении трансивера на передачу. В настоящий момент они не задействованы.

• Один из них, разъём для подключения педали.
• Один разъём входа опорного сигнала от высокостабильного генератора 10МГц. Вход обратной связи ALC для подключения усилителя. Этот RCA разъем предусматривает подачу ALC напряжения обратной связи в пределах от 0 до –4V для ограничения уровня мощности выходного каскада FLEX-6500 и FLEX-6700.

Примечание. Хотя оборудование линейки FLEX-6000 будет поддерживать обратную связь ALC, многие производители современных усилителей мощности отказываются от использования ALC. Оптимальным решением было бы управлять уровнем мощности трансивера в зависимости от диапазона, что позволит обеспечивать минимальный уровень искажений сигнала на выходе усилителя. Оборудование серии FLEX-6000 будет поддерживать программирование уровня мощности для каждого диапазона независимо. Вам будет необходимо подобрать приемлемый уровень мощности на каждом диапазоне в соответствии с рекомендациями вашего производителя усилителя мощности.

• Один разъём удалённого управления трансивером. Заземление контакта этого RCA разъема приводит к подаче напряжения на основное реле питания FLEX-6000.

Рядом расположен стандартный 15-пиновый разъём для подключения аксессуаров. Это многофункциональный разъем DB-15HD, который будет использован для расширения системы оборудования серии FLEX-6000. В дополнении к сигналам линейных входов и выходов, будут предоставлены сигналы коммутации.

Пин	Сигнал ACC	Направление	Спецификация
1	LINE IN (+)	Вход	Линейный аудио вход на смеситель 1Vpp при 600 Ом
2	LINE1 OUT (+)	Выход	Линейный аудио выход со смесителя 1Vpp при 10 кОм
3	LINE2 OUT (+)	Выход	Линейный аудио выход со смесителя 1Vpp при 10 кОм
4	INT/FSK	Вход	Внешнее прерывание/Внешний FSK вход (открытый сток поднимаемый до +3.3V через резистор 2.7 кОм)
5	GROUND	GND	"Земля"
6	LINE IN (-)	GND	Ответный для линейного входа
7	LINE1 OUT (+)	GND	Ответный для линейного выхода line 1
8	LINE2 OUT (+)	GND	Ответный для линейного выхода line 2
9	+5VDC	Выход	Выход напряжения +5V при 0.5 А с термальным предохранителем и защитой от обратной полярности
10	GROUND	GND	"Земля"
11	TX OUT	Выход	Низкий = передача, высокий= прием. (открытый сток с запасом 50 V DC при 140 mA)
12	SDA	Вход/выход	Последовательные данные I2C 5V TTL уровни (зарезервировано на будущее)
13	TX REQ	Вход	Низкий = запрет ВЧ, высокий= ВЧ сигнал (Поднимаемый до +3.3V через резистор 2.7 кОм)
14	PTT	Вход	Низкий = передача, высокий= прием (Поднимаемый до +3.3V через резистор 2.7 кОм)
15	SCL	Вход/выход	Синхронизация последовательных данных I2C 5V TTL уровни (зарезервировано на будущее)

Ниже, расположен разъём SMA для подключения антенны GPS-приёмника.

Нововведением можно назвать появление на задней панели профессионального 1/4" дюймового аудио – разъёма XLR для подключения высококачественного студийного микрофона с балансным выходом. Актуально будет для любителей высококачественного ESSB вещания.

Тут же расположен линейный стерео разъем типа "джек 3.5мм или 1/8" сюда подается сигнал принимаемого аудио с левого и правого канала смесителя размахом 1Vp-p на нагрузке 10 кОм. Обычно, этот разъем используется для подключения активных колонок, но может быть использован и для другого внешнего аудио оборудования с линейным входом.

С левого края расположен разъём SMA выхода сигнала синхронизации опоры частотой 10МГц. Это 50-омный выход опорного генератора 10 МГц с GPS синхронизацией для подключения трансвертера или другого тестового оборудования на вашей радиостанции. Если GPS синхронизация прошла успешно, то точность сигнала на выходе составляет 5х10^-24 за 24 часа. Этот разъём внутри трансивера подключается к блоку GPS и используется для синхронизации опорного генератора внешних синтезаторов. Это особо актуально, например, для гетеродинных блоков трансвертера на 430МГц, 1300МГц и выше.

Рядом расположена группа универсальных компьютерных разъёмов, куда входят пара USB-разъёмов и сетевой разъём для подключения LAN-кабеля. Что можно будет подключать к USB-разъёмам кроме валкодера FLEX- control, ещё так же не известно, а вот LAN-разъём используется для подключения трансивера к компьютеру. Это стандартный разъем RJ-45 поддерживает автоматическую установку скорости обмена данными 10, 100 и 1000 Мбит/с. Поддерживается автоматический кросс для прямого подключения к клиентскому персональному компьютеру

Ну, и, выше, расположен разъём питания, о котором уже упоминалось раньше.

Разъемы задней панели трансивера FLEX-6500 практически идентичны разъемам задней панели модели FLEX-6700. Исключение составляет лишь отсутствие разъемов приемной антенны для блока АЦП B, поскольку эта модель имеет всего лишь один модуль АЦП. Прочие различия/совпадения были показаны в таблице, выше.

Схемотехника и техническое описание

А теперь, переходим к самому интересному – внутреннему содержанию трансивера. Представляем вам эксклюзивный материал c иллюстрациями, которого вы больше нигде в сети не найдёте!

Историю и основы построения цифровых радио-трактов , мы рассматривали в нашей предыдущей статье. В этой главе мы подробно с технической стороны рассмотрим серию одних из самых совершенных на сегодняшний день цифровых трансиверов – FLEX-6000 Signature series.

В новых трансиверах применены самые передовые достижения в области обработки сигналов. В качестве АЦП применены одни из самых дорогих и самых скоростных АЦП и ПЛИС. И это не случайно…

Разработке конечного продукта предшествовала большая работа компании FLEX- RADIO, связанная с разработкой подобных систем связи по гос. заказам. Как известно, большинство частных предпринимателей США живут за счёт тендеров, размещаемых государством и правительством по разным частным компаниям. Компания FLEX- RADIO является одной из таких компаний, занимающейся частными разработками и заказами от правительства в области радиосвязи. Рядом с офисом компании находится небольшой завод, обладающий высокотехнологичным производством и оборудованием. На нём компания размещает свои заказы по изготовлению печатных плат и корпусов для своих трансиверов.

Несколькими из таких заказов были проекты, связанные с оцифровкой радио-спектра в широкой полосе частот. По началу, использовались комплекты радиоприёмного оборудования, основу которых мы видели в трансиверах SDR FLEX-5000. Всё оборудование объединялось в высокоскоростную компьютерную сеть. Но создать и использовать мощную компьютерную сеть передачи данных для домашнего пользования – задача не из простых, да и не нужных. К примеру, для отображения на экране компьютера спектра, шириной всего 1МГц необходим цифровой поток шириной примерно 80 Мбит\с. А если таких экранов нужно несколько? А если весь поток данных ещё и писать надо на диск? То тут, даже Гигабитная сеть очень быстро исчерпает все свои ресурсы и никаких винчестеров не хватит. Для обычных радиолюбительских нужд писать весь эфир и не требуется в большинстве случаев. Но быть в курсе того, что творится одновременно на нескольких диапазонах или слушать сразу несколько каналов ретрансляторов или всё это делать одновременно, было бы весьма заманчиво. А как насчёт того, что бы писать весь радиотрафик при проведении соревнований?

Всё описанное выше, становится возможным, благодаря применению технологии прямого цифрового преобразования сигналов. В рассматриваемом трансивере, кроме блока предварительного усиления сигнала по приёму и оконечного усилителя мощности, других аналоговых модулей обработки сигнала не применяется – вся обработка сигнала производится в цифровой форме.

Упрощённая структурная схема линейки трансиверов FLEX-6500/6700/6700 R

Что мы имеем? В одном корпусе находится трансивер и компьютер управления. На компьютере крутиться операционная система, управляющая трансивером, но доступа к ней напрямую нет. Операционная система узко заточена на очень скоростную и безошибочную обработку огромного количества данных, а также, управления остальными узлами трансивера. Фильтрование, декодирование сигналов, организация потоков данных для анализатора спектра – всем занимается аппаратная начинка под управлением системы. Конечным итогом всех обработок, является формирование относительно небольшого потока данных, передаваемых по локальной сети на удалённый компьютер посредствам LAN-интерфейса.

В самом трансивере, путь прохождения сигнала по модулям и схемотехника его обработки, существенно отличает от классического построения аналоговых схем. Ну, может быть не на 100%, но на 80% точно, отличия есть. От разнообразных фильтров радиочастоты даже в цифровой технике никуда не деться.

Путь принимаемого сигнала таков: Антенный вход -> Антенная матрица -> Фильтр -> Предварительный усилитель/Аттенюатор -> АЦП -> DDC -> DSP -> Кодек -> Динамик

Основные отличия на пути прохождения сигналов начинаются в радиоприёмном модуле. Для первого приёмного тракта это «Радиоприёмный модуль А», для второго – «Радиоприёмный модуль Б». Напоминаем, что в отличие от трансивера FLEX-6700, в трансивере FLEX-6500 радиоприёмный модуль всего один. В каждом из модулей происходит фильтрование необходимого спектра сигнала и его оцифровка с помощью микросхемы АЦП. Предусмотрено как простейшее фильтрование с помощью ФНЧ, так и очистка спектра хорошими узкополосными фильтрами.

В трансивере предусмотрено расширенное управление антеннами. На входе радиоприёмных модулей стоит релейная матрица, которая позволяет выбирать какую именно антенну нужно подключать или одновременно несколько антенн для заданных условий приёма на разных диапазонах.

Если нам требуется обеспечить широкополосный радиоприём во всей доступной полосе, то достаточно высокий динамический диапазон трансиверов серии FLEX-6000 позволяет напрямую подключать широкополосную антенну ко входу любого из радиоприёмных модулей А или Б. Если у вас в округе живёт несколько друзей-радиолюбителей, то ситуация может сильно осложниться. Появление их в эфире с уровнями, превышающими S9+60дБ, да ещё при включенном предусилителе, может вызвать перегрузку АЦП. Вы увидите на экране панораму спектра с кучей палок, живущую свой жизнью, и весьма вероятно, резкое снижение качества приёма, если ни его полное прекращение. Другим примером такой ситуации может быть ваше проживание недалеко от мощной вещательной станции, например, неподалёку от теле или радио-вышки, а также, участие в соревнованиях в составе станций с несколькими передатчиками. Для сохранения возможности приёма в таких незавидных условиях в трансиверах серии FLEX-6000 предусмотрены узкополосные диапазонные фильтры. Такие фильтры пропускают сигналы только одного любительского диапазона и хорошо подавляют все внеполосные сигналы. Набор таких фильтров, также называют преселектором. Если вы проживаете в сельских условиях или вокруг вас в радиусе 3-5 км радиолюбителей и мощных передатчиков нет, то в большинстве случаев, фильтры могут быть отключены.

После фильтров стоит отключаемый предварительный усилитель и аттенюаторы. В зависимости от состояния прохождения, типа применяемой вами антенны, помеховых условий в вашей местности, вам может понадобиться вытянуть слабый сигнал из помех, или ослабить мощный сигнал соседа, работающего недалеко от вас в пределах одного диапазона. Все три модели из линейки FLEX-6000 Signature series снабжены предусилителями с переменным усилением. Выполнены они на микросхеме от Analog Devices - ADL5201. Это регулируемый широкополосный усилитель с диапазоном регулировки −11,5…+20дБ с шагом 0,5дБ. Трансивер и приёмник FLEX-6700\FLEX-6700R снабжены дополнительно вторым предусилителем (Pre2), который может применяться на диапазоне 6м и 2м диапазонов. Второй предусилитель может снизить коэффициент шума по входу приёмника, до уровня 6…7дБ. Для фанатов УКВ-диапазона - это конечно не очень хорошая цифра, но достаточно хороша для повседневной работы в эфире. Второй предварительный усилитель выполнен на микросхеме от Analog Devices - ADL5534.

Аттенюатор может быть использован в ситуации, когда необходимо понизить общий уровень сигнала для предотвращения перегрузки АЦП приемника. С учётом возможности ослабления сигнала, максимальный уровень, который могут переварить приёмники серии FLEX-6000, составляет примерно +6…+ 9дБм. По шкале S-метра это примерно S9+80дБ.

По поводу необходимости предварительных усилителей и условий перегрузки входных каскадов приёмного тракта, разработчики долго искали понимание, нужно их ставить или нет. Вот что об этом говорит президент компании FLEX- RADIO Геральд Янгблуд, K5SDR.

О возможностях АЦП радиоприёмников будет сказано чуть ниже, но забегая немного вперёд, отметим, что на сегодня, трансиверы серии FLEX-6000, могли бы быть одними из самых широкополосных приёмников с прямой оцифровкой сигнала. Но, в данном вопросе FLEX-ы, руководствуясь какими то своими соображениями, просто жестко впаяли по входу ФНЧ с полосой 77МГц для КВ диапазона и полосовой фильтр УКВ-диапазона 135-165МГц. Даже, отдельного прямого входа не сделали. УКВ диапазон соответственно принимается по второй зоне Найквиста, т.е. зеркально от частоты 127,38МГц.

Надо принять во внимание продуманность и очень высокую технологичность трансивера. FLEX-ы в качестве ФНЧ и ДПФ на УКВ отказались от обычных моточных изделий и применили законченные модули, производимые известным производителем ВЧ компонентов – компанией Mini- Circuit. В качестве ФНЧ применён модуль RLP-70. Это ФНЧ с достаточно хорошими характеристиками. Подавление сигнала вне пределах полосы пропускания фильтра, составляет примерно -60…-70дБ. ДПФ на УКВ диапазон так же применён модульного типа - SXBP-150. Фото на плате и АЧХ передаточных характеристик обоих фильтров приведены ниже. В качестве многочисленных развязывающих элементов применены «минициркульные» трансформаторы ADT-4-6 T и ADT-2-1 T. Их назначение раскрывается в даташите на АЦП.

Оцифровкой спектра в широкой полосе частот занимается пара 16-битных АЦП от Analog Devices – AD9467. Напомним, в трансивере и приёмнике FLEX-6700\ FLEX-6700 R установлены два модуля приёма, а в трансивере FLEX-6500 один модуль приёма, соответственно и АЦП в нём всего один. На сегодняшний день это одни из самых мощных АЦП, которые за вменяемые деньги ещё можно достать для коммерческих разработок. Максимальная частота тактирования этих АЦП примерно 300МГц. Конкретно в трансивере FLEX-6700 и приёмнике FLEX-6700 R тактовая частота составляет 254.76МГц. Это значит, что максимальная полоса оцифровываемых частот составляет 127,38МГц.

АЦП должно оцифровывать ВЧ сигнал, т.е. преобразовывать его в цифровые данные с минимальным уровнем искажений. В абсолютном большинстве случаев модуль АЦП – это наиболее критический компонент во всей системе обработки аналоговых сигналов. Хотя АЦП по сути своей и не является смесителем, но при наличии шумного тактового генератора и шумных входных цепей АЦП, шум проявится на выходе АЦП в виде потока данных в младших разрядах. Если младшие разряды принудительно обнулить – то теряется часть важной информации, снижается разборчивость слабого сигнал, уменьшается динамический диапазон «снизу». Проявляется это как расширение шумового спектра при приёме слабых и высококачественных сигналов на уровнях ниже -80…-100дБм. По этой причине для работы АЦП требуется тактовый генератор с минимально возможным уровнем фазовых шумов. В случае всех трех аппаратов линейки, уровень фазовых шумов тактового генератора составляет – 130дБc/Гц при разносе частот 1 кГц и –147дБc/Гц при разносе частот 10 кГц. Сверхнизкий уровень фазовых шумов генератора обеспечивает наиболее чистый прием даже самых слабых сигналов, низкий уровень шумовой дорожки и чистую работу передатчика. Подробнее о применяемом тактовом генераторе мы поговорим в заключительной части технического описания.

На выходе АЦП получается огромный поток данных, что-то около – 3.4 Гбит/с для каждого из АЦП. Для тех, кто не в курсе масштабов такого потока, сравниваем: это примерно в 40 раз больше пропускной способности обычной LAN сети Ethernet, работающей со скоростью потока 100 Мбит/с. Такие сети используются сейчас в большинстве офисов и домашних сетей. Если вы случайно хакер, то, возможно, у вас очень быстрая сеть Gigabit Ethernet работающая на скорости 1Гбит\с. Но, даже в этом случае, выходной объём данных составляет в 4 раза больше данных. И это только с одного АЦП. А ещё надо понимать, что по всем Ethernet сетям данные передаются последовательным асинхронным потоком, а на выходе АЦП мы имеем параллельный 16-битный синхронный поток данных. Это накладывает невероятно жесткие требования на условия передачи и обработки выходных данных. Несколько потерянных бит – и в наушниках неприятные щелчки, а на панораме «подскоки и тормоза».

Сравнение скорости передачи данных.

Более подробно, о том, как компания FLEX- RADIO пришли к новой архитектуре, описал Стив Хикс,N5AC из отдела разработок в одном из выпусков Flex- Insider . К сожалению, объём истории Хикса и его пояснений выходит за рамки нашего обзора, но вы можете самостоятельно ознакомиться с материалом ТУТ.

Скоростной поток данных с АЦП поступает на программируемую вентильную матрицу (FPGA). Микросхема FPGA, на которой реализовано программное преобразование сигнала «вверх\вниз» - это самый дорогой компонент трансивера. Это микросхема от компании Xilinx SD-150 из семейства VIRTEX-6. Простыми словами, наверное, будет очень трудно описать масштабы её производительности. Более понятной для понимания будет информация о том, что такие вычислительные мощности применяются в современной военной электронике для прокачки, обработки и слежения за огромными потоками данных. Т.с. на основе таких микросхем строятся устройства, с помощью которых сегодня «Большой брат» следит за всем миром.

Зачем такие мощности для радиолюбителей сегодня? Это вопрос, наверное, задают себе многие радиолюбителе, знакомые с современными технологиями и знающие, что собой представляет начинка трансивера. Что говорят на это сами разработчики:

. Надо понимать, что за это нам приходится платить уже сегодня. Следя за развитием электроники в последние 15…20 лет, не удивительно будет, если через 5 лет, ресурсы даже такой мощной по сегодняшним меркам матрицы как VIRTEX-6, FLEX-ы исчерпают на все 100%.

Микросхема матрицы отвечает за цифровое выделение из всего спектра сигналов КВ\УКВ-диапазона кусков спектра, необходимых для формирования отдельных виртуальных приемников и участков спектра для отрисовки графики на экране компьютера (анализатор спектра или водопад). Обработка потока данных с выхода АЦП просто невозможна с использованием традиционных микропроцессоров или DSP, используемых в современных трансиверах.

Для получения картинки на анализаторе спектра в микросхеме FPGA выполняется функция быстрого преобразование Фурье. Формируются данные о изменении уровня сигнала на участке выделенных частот в заданном временном интервале. Дальше данные отправляются на экран удалённого клиента. Радиоприёмные модули серии FLEX-6000 Signature series способны формировать несколько виртуальных приемников, функционирующих одновременно. Когда мы упоминаем фразу «виртуальный приемник», мы подразумеваем полноценный радиоприемник со всеми заявляемыми характеристиками, как если бы это был радиоприёмник на физических компонентах. Эти приёмники создаются виртуально внутри FPGA-матрицы, путем выделения одной или нескольких частей данных от всего потока данных, передаваемых со скоростью 4 Гбит/с. Выделенные данные направляются дальше в обработку на процессор DaVinci.

Основой трансивера является мощный многофункциональный медиа-процессор от фирмы Texas Instruments, DaVinci включающий ядро ARM Cortex- A8 – непосредственно управляющий трансивером, сопроцессор NEON – для быстрых вычислений функций с плавающей запятой и DSP-процессор для конечной обработки принимаемого сигнала. (Подробное описание процессора доступно ТУТ ). На ARM-ядре крутиться Linux-образная система, которая занимается полным автономным управлением трансивера и коммуникацией с внешним миром. Так же, пару хороших статей о процессорах ARM-архитектуры можно почитать ТУТ и ТУТ.

Такая архитектура построения управляющей системы позволяет разгрузить компьютер клиента от большого количества сложных вычислений, т.е. высвободить ресурсы, а так же, избавляет от необходимости переваривания и обработки огромного количества данных из АЦП. На конечной стороне потребителя 95% цифрового потока излишни. В перспективе планируется ужать поток на столько, что бы можно было передавать его не только по локальной сети, но и по Wi-Fi и даже по сотовым сетям. Вероятно, в перспективе, программу SmartSDR можно будет запускать на планшетных компьютерах, и радоваться радиосвязям, лёжа где-нибудь на пляже.

Относительно внешнего мира, внутренняя LINUX – система является сервером. Программа SmartSDR в терминальном режиме подключается к трансиверу посредствам Ethernet-соединения. Из трансивера, полностью сформированный поток сигналов от одного или нескольких радиоприёмников и панорам передаётся в компьютер. Сама программа SmartSDR не занимается обработкой сигналов, а только управляет дистанционно трансивером и разворачивает изображение панорамы. Т.е. по сути своей, является «тонким клиентом» для трансивера. По аналогии, SmartSDR с трансивером работает как интернет-браузер по отношению к интернету.

Обработка сигналов в режим передачи осуществляется так же в цифровой форме, только в обратной последовательности. Микрофон -> Кодек -> DSP -> DUC -> ЦАП -> Усилитель -> Фильтр -> Автоматический тюнер -> Антенный выход.

В режиме передачи, компьютер клиента также принимает участие минимальное – в основном, это управление режимами трансивера. Вся остальная обработка сигнала осуществляется трансивером. Формирование АЧХ сигнала эквалайзером, компрессия, формирование «несущей» в режиме CW, процесс фильтрации нерабочей боковой частоты, подавления несущей и конечное формирования низкочастотного SSB-сигнала в цифровой форме происходит в модуле DSP процессора DaVinci. Обработанный в DSP сигнал поступает в ПЛИС, где преобразуется в цифровой поток спектра высокой частоты (DUC – Digital Up Conversion). АЦП преобразует этот поток в аналоговую форму. Дальше сигнал обрабатывается по классической схеме: усиление, фильтрация, дополнительное согласование по необходимости.

В трансиверах FLEX-6700 и FLEX-6500 используются 16-разрядные цифро-аналоговые преобразователи, производства компании Analog Devices. Это чип AD9122. Тактовая частота цифроаналогового преобразования составляет 491.52 МГц. При такой высокой тактовой частоте, 16-и бит вполне хватает для формирования достаточно чистого SSB сигнала на выходе. На плате мы можем видеть, что используется парафазный выход, чем дополнительно обеспечивается чистота сигнал.

Оконечный усилитель мощности выполнен по классической 2-х тактовой схеме, применяемой практически во всех трансиверах, выпускаемых в последние 30 лет.

Драйвер усилителя выполнен на 2-х широкополосных транзисторах RD15VHF1. Оконечный каскад построен на транзисторах RD100HHF1. Оконечный каскад управляется программой трансивера, которая обеспечивает температурный контроль, интеллектуальное управление напряжением смещения, коммутацией прием-передача, отслеживание уровня мощности/КСВ и импеданса антенны.

Одним из главных параметров любого усилителя мощности является уровень интермодуляционных искажений. Т.н. уровень IMD3 и IMD5. Есть такое выражение – «Дьявол кроется в мелочах». Применительно к схемотехнике оконечных усилителей – это выражение касается качества проработки схемотехники. Так, одна и та же структурная схема усилителя может быть выполнена по принципиальным схемам, отличающихся всего в 2…3-х мелких деталях. Но на выходе может иметь очень разное качество сигнала. Иногда, наличие всего 3…5 деталей включенных правильно в цепи обратной связи позволяют существенно повысить качество сигнала и снизить уровень IMD.

Так же, высоковольтные схемы имеют гораздо меньший уровень IMD, чем низковольтные схемы. Но, при определённом схемотехническом подходе, от низковольтных схем можно добиться показателей IMD весьма близких к высоковольтным схемам.

Параметр IMD особо важен при работе в узкополосных цифровых видах связи, особенно, таких как PSK31. На графиках, представленных ниже, показан 2-х тоновый тест IMD оконечного каскада трансивера FLEX-6700 на разных диапазонах.

Вот как описывает тестирование президент компании FLEX- RADIO Геральд Янгблуд, K5SDR.

Фильтры низкой частоты 11-ого порядка построены по классической П-образной схеме на каждый диапазон.

Автоматический тюнер так же собран по стандартной Г-образной схеме на переключаемых реле емкостях и индуктивностях. 8 звеньев L-цепочек и 8 звеньев C-цепочек обеспечивают 131072 варианта включения и смогут настроить абсолютное большинство применяемых антенн в КСВ=1.

Чем примечателен автоматический тюнер в трансивере FLEX-6700? Вроде бы схема включения стандартная и ждать от неё особых изысков нет возможности, однако….

Посмотрим на схему измерения уровня КСВ. В большинстве схем детекторов КСВ обычно применяются диоды, имеющие, мягко говоря, не очень линейную характеристику, особенно на крайне малых и крайне больших уровнях сигнала. Применяют диоды в основном из-за их копеечной стоимости. Диапазон измеряемых классическим детектором уровней редко превышает 15…20дБ. В новом же трансивере FLEX-ы решили не мелочиться, и раз уж решили заложить максимум в железо, то и детектор они применили не простой, а логарифмический. Схему моста КСВ применили не простую, а хороший направленный ответвитель отраженного сигнала.

Измерение падающей и отраженной мощности осуществляется направленным ответвителем, выполненным по стандартной, но не сильно распространённой схеме на 2-х трансформаторах. Измерением уровней падающей и отраженной мощности занимается микросхема ADL5519 производства компании Analog Devices. Это 2-х канальный логарифмический детектор. Такая схема ответвления позволяет создать высокоточный измерительный модуль с направленностью моста более 30дБ в диапазонах 80 – 6 метров и 21дБ в диапазоне 160 метров. Для понимания масштаба цифр приведём пример. При измерении КСВ во время настройки тюнера обычным диодным детектором, Г-цепочка строиться приблизительно в широком диапазоне импедансов и диапазоне частот. Т.е. при использовании диодного детектора максимум КСВ=3 мы можем привести к 1. КСВ=10 в 1 уже не получиться настроить – разрешающей способности детектора не хватит. В отличие от традиционных диодных детекторов, используемых повсеместно, направленный ответвитель плюс лог. детектор обеспечивают измерение мощности в диапазоне более 50дБ с линейностью +1дБ и в диапазоне более 40дБ с линейностью ±0.25дБ, что существенно расширяет диапазоны настройки автоматического тюнера.

Напоследок, мы решили оставить самый интересный и, несомненно, один из самых важных узлов трансивера – опорный тактовый генератор и систему стабилизации частоты.

При оцифровке сигнала критическую важность получает параметр динамического диапазона по фазовым шумам (PNDR). От этого зависит нижний уровень шумовой дорожки приёмника. Традиционные приемники с несколькими преобразованиями частот должны использовать синтезаторы частоты для настройки, которые могут быть источником высокого уровня фазовых шумов и внеполосных излучений. Все аппараты серии FLEX-6000 Signature series имеют низкое значение фазовых шумов. Тактовый генератор выполнен на основе опорного генератора фирмы VALPEY FISHER 983.04 МГц со сверхнизким уровнем фазового шума. Этот тактовый генератор обеспечивают уровень фазового шума менее чем -130 dBc/Гц при разносе частот 1 кГц, -146 dBc/Гц при разносе частот 10 кГц и -152 dBc/Гц при разносе частот 100 кГц. Это дает возможность не только принимать слабые сигналы, но и обеспечивает идеальный по качеству излучаемый сигнал. Конкретно на генератор VF901268 не удалось найти даташит, но нашелся общий каталог похожих деталей.

По отношению к основному генератору в схеме стабилизации присутствует ещё один тактовый генератор частотой 10МГц. Он обеспечивает долговременную стабильность установки частоты всего трансивера. В трансивере FLEX-6500 установлен термокомпенсированный кварцевый генератор TCXO со стабильностью 0.5ppm, в трансивере FLEX-6700 установлен термостатированный сверхмалошумящий тактовый генератор OCXO с повышенной стабильностью - 0,02ppm.

Применение единого тактового генератора частотой 10МГц стало в последние годы стандартом де-факто, что позволяет синхронизировать несколько устройств посредствам всего одного сигнала. В большинстве случаев, указанной выше стабильности хватает для спокойной работы в эфире даже в самых жестких условиях – работа в цифровых видах связи с повышенной стабильностью частоты. Особенно это актуально при использовании трансвертеров на частоты выше 1ГГц, где уход частоты основного тактового генератора всего на 3..5 Гц скажется на уходе с частоты приёма\передачи на 300…500Гц.

Помимо параметра стабильности частоты во время работы трансивера, существует малоиспользуемый параметр «долговременной стабильности». Наверное, многие из радиолюбителей сталкивались с таким явлением как «расползание характеристик трансивера» со временем, плывущий генератор и т.д. Особенно это актуально после 5…7 лет работы трансивера и дольше. Многие наблюдали «расползшиеся опоры», редко кто обращает внимание, но для тех, кто общается с трансивером «под хирургическим паяльником» должно быть знакомы разваливающиеся АЧХ фильтров основной селекции и многие другие проблемы.

В цифровом трансивере многие из этих проблем решены. Даже через 15…20 лет цифровой трансивер будет работать с параметрами как будто он новый. Однако, в нём тоже есть тактовый генератор, который не вечен. И вот, одним из распространённых сегодня методов достижения долговременной стабильности тактовых генераторов, стал метод синхронизации сигнала с помощью GPS-приёмника. На протяжении долгих лет, стабильность такого метода синхронизации устройства будет составлять 5*10^-12.

Вот что говорит о необходимости применения GPS-модуля Стив Хикс, N5AC из отдела разработок:

Вся линейка аппаратов FLEX-6000 может опционально комплектоваться блоком GPS-приёмника. Это небольшой модуль, монтируемый вовнутрь трансивера. В комплекте поставляется GPS-антенна, которая может крепиться на окно.

Краткий обзор программного обеспечения SmartSDR.

Программное обеспечение для трансиверов серии FLEX-6000 – SmartSDR существенно отличается от предыдущей программы PowerSDR. Связано это с принципиально иным алгоритмом работы программы и методом взаимодействия с трансивером. Плюс учтены все ошибки предыдущих лет работы. FLEX-ы долго тянули с выпуском программы управления трансивером, уповая на то, что, даже первая версия программы должна быть функционально законченным продуктом и позволять полноценно работать в эфире.

Напомним, что первая версия программы вышла совсем недавно. В ней отсутствуют множество мелких функций, но основа для работы в эфире уже полностью присутствует. Включить трансивер и начать комфортную работу в эфире – уже можно. Наблюдать сразу за несколькими диапазонами – это тоже можно. О перспективах развития программы можно судить по приведённому ниже графику

Главным фактором удобства подключения и работы программы является отсутствие разнообразных драйверов и автоматическое определение трансивера.

ВАЖНОЕ ПРИМЕЧАНИЕ: Первые владельцы трансиверов столкнулись с некоторыми проблемами при запуске трансивера и обновления его прошивки. Принцип «включай и работай» возможен только в том случае, если на компьютере установлены все последние модули. NET Framework, отключены брандмауэры и настройки сети выставлены на автоматическое получение IP и DNS адресов.

При запуске трансивера придётся подождать примерно секунд 30, пока происходит калибровка, а потом вы увидите вот такое окно.

Если трансивер новый или вы скачали последнюю версию программного обеспечения, то скорее всего, понадобиться обновление микропрограммного обеспечения. Не пугайтесь, этот процесс обязателен и без него программа не запустится. Обновление будет продолжаться где-то 15…20 минут. В это время на OLED-экране трансивера будет выведено сообщение, что трансивер обновляется, а подсветка на кнопке питания трансивера будет моргать; трансивер в это время может сам несколько раз перезагрузиться.

После обновления микропрошивки, запускается сама программа трансивера.

Доступны сразу настройки микрофона, эквалайзера, VOX-а и несколько основных функций. Помните, что это всё настройки трансивера, и к компьютеру эти параметры отношения никакого не имеют.

Максимальная полоса обзора на момент написания статьи составила 15МГц.

Возможно как одновременное прослушивания разных приёмников на одной панораме, так и на разных диапазонах-панорамах.

Возможно просто наблюдение за разными панорамами в различных комбинациях расположения.

Все оперативные настройки трансивера доступны из выпадающих меню слева и на «скользящем фильтре». Более подробно о программном обеспечении вы можете ознакомиться, скачав инструкцию с сайта FLEX-RADIO.com

Заключение

Традиционный фото коллаж.

Radioexpert.ru