Статья 'SDR Flex-1500 изнутри'

В прошлой статье мы рассмотрели SDR трансивер Flex-1500 со всех сторон внешне. Теперь заглянем внутрь аппарата. Посмотрим, какие схемотехнические решения применила фирма Flex-radio, и попробуем понять, что можно ждать от нашего трансивера в данном исполнении.

Сразу отмечу! Если вы совершенно случайно попутаете полярность при подключении шнура питания, и трансивер перестанет включаться, то вам придется раскрыть трансивер и лезть вовнутрь, что бы поменять предохранитель.

Итак, отвертки в руки, заземление на запястье и вперёд, препарировать зверька.
Первым делом необходимо открутить 4 самореза по углам и винты крепления разъёма Flex-ware. Сначала, двигая за нижнюю часть пластины, а затем за верхнюю, снимаем торцевую крышку.

Дальше нужно с нижней стороны корпуса открутить 4 винта, держащие резиновые ножки. Эти же винты внутри корпуса держат пластину радиатор.

Что бы все винтики остались в сохранности, после раскручивания обязательно складывайте их в коробочку или небольшую ёмкость, где нибудь на столе и подальше от края стола.

Смотрим, что находится внутри…

Пластина радиатора имеет непосредственный контакт с корпусом. Это сделано для того, что бы во время долгой работы трансивера на передачу, излишек тепла с пластины уходил на корпус. Корпус сделан из качественного алюминиевого сплава. Наличие ребер внутри предполагает, что это типовой корпус, который используется не только в данном конструктиве, но, и, вероятно, в других конструкциях.

Аккуратно взявшись за обе платы, вытягиваем их из корпуса. Разъединяем их и раскладываем. Получаем 2 вот таких платы.

Плата TRX, управления и преселекции

Плата PA и ФНЧ

Для тех, кому нужно будет сменить предохранитель, смотрим сюда:

Предохранитель можно отремонтировать, припаяв тонкую волосинку провода. Предварительно нужно посчитать толщину проводника и желательно проверить его на перегорание при токе 3-5А. Лучшим решением будет поменять предохранитель на такой же. Если, конечно, будет где его взять. Родной предохранитель рассчитан на ток – 3А.

Прогуляемся по платам и посмотрим, чем же они богаты.

Трансивер выполнен на 2-х печатных платах. На нижней плате расположен выходной усилитель передатчика и фильтр нижних частот. На верхней сделаны все цепи интерфейса, управление, приёмник, гетеродин и цепи предварительной селекции.
Начнём, пожалуй, с сердца любого трансивера – это гетеродин.

Вот он родимый!

Стандартом де-факто с недавнего времени в структуре построения гетеродинов стало применение DDS-синтезаторов.

DDS-синтезатор (Direct Digital Synthesis) – это новый тип синтезаторов частоты. Выполнен он на принципе математического построения синусоиды. В отличии от синтезаторов классического типа, выполненного с применением петли фазовой автоподстройки частоты (Синтезатор с ФАПЧ, он же PLL), в синтезаторе DDS отсутствуют частотозадающие LC цепочки. Тем самым мы имеем потрясающую стабильность частоты, определяемую внешним высокоточным тактовым генератором. И возможность перестройки синтезатора с шагом в доли Герца. Современная технология высокой интеграции цифровых схем позволяет выполнить синтезатор DDS на одной микросхеме с минимум внешних элементов. Стоимость таких синтезаторов на сегодняшний день получается низкой и их можно применять даже в самодельных конструкциях.

В трансивере Flex-1500 применен распространённый синтезатор фирмы Analog Devices AD9951. Тактируется DDS-синтезатор с помощью высоко-точного кварцевого генератора частотою 38.400кГц. Стабильность его составляет +\-2.5ppm, что составляет уход частоты всего 2.5Гц на 1МГц.

Для тех, кому интересно посмотреть потроха микросхемы синтеза, идём на сайт Аналоговых девайсов вот сюда:

Одним из важных параметров DDS-синтезаторов является его спектральная чистота. Смотрим картинки спектров взятых с фирменного даташита на микросхему. А для сравнения посмотрим на спектры DDS-синтезатора AD9854, применяемого в трансивере Flex SDR -1000.

Как видим, новый синтезатор даёт меньше грязи в спектре. В эфире это будет проявляться меньшим количеством пораженных частот и «свистулек». Стоит так же сказать, что AD9951- это не самый лучший синтезатор по чистоте спектра. Но он достаточно дёшев и экономичен по сравнению с другими микросхемами синтезаторов применяемых в старших моделях SDR-трансиверов.

Так же есть одна интересная особенность применяемого синтезатора в данном трансивере. Известно, что для получения квадратурного сигнала на выходе смесителя (2 сигнала, сдвинутых по частоте на 90 град.), необходимо также иметь квадратурный сигнал гетеродина. В трансивере Flex SDR-1000 применили микросхему AD9854, которая уже имеет квадратурный выход 2х сигналов. Из-за особенностей её работы она достаточно сильно греется и потребляет большой ток. Т.е. морально она уже очень старая. Экономичная, AD9951 квадратурного выхода не имеет, потому инженеры Flex-radio применили высокоскоростной фазоращепитель на триггере 74LVC74. Тут некоторые грамотные люди могут сказать, мол решение не самое лучшее. От тут то Флексы и на партачили! А вот нет! Если хорошо присмотреться к схеме, то видно, что стоит перед счетчиком дифференциальный усилитель и сами счетчики включены как делители частоты на 2. Данное включение позволило избежать набегающих ошибок в широкой полосе частот, какие присутствуют в широко известном кольцевом делителе Джонсона на 4. Тем самым в широкой полосе соблюдается точность сдвига фаз в 90 градусов.

Схемное решение достаточно интересное и мудрое в приложении к уменьшению стоимости и повышению экономичности трансивера в целом.

Смесители приёма, передачи и МШУ

Тут Флексы решили особо не мудрствовать, и пошли уже проторенным путём, применив проверенную схемотехнику на основе аналоговых мультиплексоров FST3253. Собственно, ничего нового. Такой смеситель обеспечивает наилучший КПД преобразования. То же самое применено в Flex SDR-1000. Схема 1:1. Изменения коснулись применяемого МШУ. Применены новые микросхемы от Texas Instruments - THS4520. По параметрам они схожи с INA163, применяемые в SDR-1000. Схемотехника так же практически одинакова с F1k. Кому интересно - смотрим даташит тут:

Вот они, две маленьких блохи.

Предусилитель выполнен на высоко динамичной и малошумящей микросхеме ADL5531. Она имеет фиксированное усиление +20дБ.

А теперь самое вкусное!

Это то, чем знаменит наш трансивер Flex-1500. Встроенный кодек звука! Микросхема, благодаря которой больше нет надобности заморачиваться вопросом, какую звуковую карту применить для SDR-трансивера, или где взять туже Delta-44?
В трансивере Flex-1500 применён стерео кодек звука TLV320AIC33. Благодаря этому встроенному кодеку звуковая карта больше не нужна!

Для жаждущих «мяса» - ходим сюда:

Из вкусностей:

Если коротко, тут написано, что микросхема имеет стерео АЦП и ЦАП полосою до 96кГц разрядностью от 16 до 32 бит, программное регулирование усиления, отдельный выход для наушников и отдельный вход для микрофона. Всё что описано в даташите используется в трансивере. Микрофонный вход, аудио вход и выход Flex-ware напрямую подключается к кодеку. Помним об этом, когда что-то паяем самодельное к микрофонному входу. А также как можно лучше защищаем входы/выходы от ВЧ-наводок. Выход НЧ подключен через буферный мостовой усилитель. Для прослушивания удобно использовать внешние активные колонки, которые стоят всего пару сотен рублей в любом компьютерном магазине. Или наушники.

Перед смесителем на передачу отсутствуют усилители-формирователи DRV135. И сигнал с кодека через RC-фильтры сразу подаётся на смеситель.
Применяя этот кодек, Флексы сделали стратегический шаг – полностью избавились от звуковой карты, теперь трансивер полностью отвязан от оцифровки сигнала в компьютере. Один USB-шнурок применяется для управления трансивером. По нему так же гонится звуковой поток из трансивера и в трансивер. Соответственно теперь отсутствуют проблемы со стыковкой звука, проблемы с качеством НЧ-разъёмов, проблемы с настройками звуковых карт. Отсутствуют наводки помех на провода. И на мой вкус самым важным преимуществом стало отсутствие теперь целого вороха проводов с ферритовыми кольцами и защелками.

Так же, важным отличием Flex-1500 от других SDR-трансиверов, стало управление трансивером по одному USB-шнурку. Это значит, что трансивер можно легко подключить не только к большому компьютеру, но, и, к любому ноутбуку, нетбуку и даже планшетному компьютеру, на котором стоит операционная система Windows XP или Windows 7. Благодаря наличию единственного USB-шнурка, на сегодняшний день мы получаем огромное поле для экспериментов и возможных конфигураций использования. Например, теперь легко взять SDR-трансивер на дачу или в полевой выезд.
В следующей статье я покажу варианты стыковок трансивера с разными компьютерами.

USB-интерфейс выполнен на микросхеме TAS1020b. Это USB аудио контроллер с 8-битным процессорным ядром 8052, шинами I2C и контроллерами нескольких кодеков звука, включая AIC- кодек. Эта микросхема управляет по шине I2C декодерами диапазонов, синтезатором, АРУ и другими управляющими ключами в схеме.

Оконечный усилитель

Усилитель передатчика расположен на отдельной плате. Сделано это для обеспечения хорошей развязки ВЧ трактов приёма и передачи. Выполнен усилитель по простой однотактной схеме. Работает в режиме А-АБ. В оконечном каскаде усилителя применён полевой транзистор RD16HHF1. Этот транзистор специально разработан для маломощных оконечных каскадов линейных усилителей в полосе частот 1-60МГц. В пред-оконечном каскаде стоит полевой транзистор RD00HHS1. Это маломощный полевой транзистор, также предназначенный для линейного усилителя. Каждый транзистор имеет свои цепи смещения на затворы. Выходной трансформатор усилителя выполнен на двух больших ферритовых трубках. Надо думать Флексы не поскупились на качественный феррит. Г-н Тарасов UT2FW еще лет так 5 назад на эту тему проводил исследования при проектировании своих усилителей и отметил хороший КПД этих ферритов и малые потери энергии в них.

Преселекция и ФНЧ

Вся предварительная селекция сигнала выполнена на высококачественных высокодобротных катушках фирмы CoilCraft. Предварительная селекция осуществляется 11 диапазонными фильтрами, выполненными примерно вот по такой схеме:

ФНЧ, так же выполнены на высокодобротных СМД элементах. Применяется 7 штук 2-звенных П-фильтров 7-ого порядка. Подавление 2-ой гармоники таким ФНЧ составляет лучше 40дБ и лучше 60дБ подавление высших гармоник.

Следует отметить, что вся коммутации осуществляется высококачественными реле японского производства. Это вам не китайские Tanbo, JRC или, что ещё хуже NO NAME. Словом – настоящий Американец!

Вся внешние выходы выполнены с применением высококачественных BNC разъёмов с нормированными характеристиками.

Важная доработка!

Перед тем как вы начнёте собирать аппарат обратно, хочу отметить некоторые особенности конструктива.
Плата усилителя крепится к алюминиевой пластине винтами через 2-сторонние гайки. С нижней стороны в эти же гайки вкручиваются винты, которые крепят корпус и резиновые ножки.

Длинна верхнего крепёжного винта составляет всего 2-3 мм, и вместе с шайбами длинна зацепа резьбы получается ещё меньше. Т.е. крепится это дело КРАЙНЕ ОТВРАТНО!!! Собирая плату, очень аккуратно закручивайте эти винты, дабы не порвать резьбу. Как вариант, можно выкинуть контргайки, если трансивер не планируется часто возить или держать на вибрирующих поверхностях.

Однажды на форуме СКР один человек жаловался, что у него в трансивере что то гремит. Он отправлял трансивер по гарантии ремонтировать. Гремел вероятнее всего именно этот отваливший винт. Когда я открыл свой трансивер, у меня все винты находились на грани выпадения из пазов. Я по выкидывал у себя все контры и закрутил все по новой. Винты с контрами у меня просто не доставали до резьбы гаек.
В следующей статье мы рассмотрим примеры подключения трансивера к компьютерам, и я постараюсь осветить главные моменты, касаемые того, как компьютер выбрать для нашего трансивера, а так же развеем некоторые широко распространённые мифы, касаемые компьютера и стыковки трансивера с ним.

radioexpert.ru,

Технология SDR в общих чертах >>>
SDR Flex-1500 бюджетный кв трансивер >>>
Вопросы и мифы об SDR Flex-1500 >>>