DDC/DUC трансивер с интерфейсом Ethernet из модулей с Али

[EU1SW]

EU1SW
В этой теме предлагается конструкция SDR трансивера из готовых модулей на основе исходных кодов OpenHPSDR & Hermes-Lite, протокол обмена совместим с Hermes, управляющая программа PowerSDR mRX PS, проект предоставляет функционал "один приемник с обзором 192 кГц + один передатчик" в полном дуплексе, совместим с программой HermesVNA с функционалом векторного анализатора.

Скрытый текст

Основные компоненты: демоплата Altera Cyclone IV EP4CE10, демоплата AD6645 14 бит АЦП, ЦАП - 14 битный DAC904e, модуль PHY Ethernet на чипе LAN8720, из необязательных компонентов - УВЧ на BFG591, ДПФ.
Для тактирования применен внешний CMOS КГ 96 МГц, который непосредственно распаян на плате АЦП и питается от собственного стабилизатора 3,3 В. FPGA PLL используется для внутреннего тактирования. Плата АЦП модифицирована, установлен антиалиас LC фильтр 35 МГц и трансформатор 1:2. Кш приемника без преампа порядка 30 дБ, с преампом на BFG591 - лучше 8 дБ.
С нонейм КГ 96 МГц RMDR в 10 кГц порядка -120 дБ, IMD3 на выходе ЦАП лучше -70 дБ dBc на всех КВ диапазонах, спуры и прочий мусор - лучше -80 dBc, выход ЦАП - +5 дБм.
Предусмотрен вывод демодулированного аудио непосредственно из железа, для минимизации задержек, реализация дельтасигма ЦАП, внешний кодек не нужен, наушники непосредственно с пинов ПЛИС через цепочку из ВЧ дросселя + электролит, отсечь постоянку.
Распиновку лучше сразу смотреть в архиве проекта, там же и готовые файлы .sof для текущей распиновки, для постоянной прошивки нужно конвертировать в .jic
Единственный нюанс с пинами, так как входом PLL могут быть только специально предназначенные для этого пины, один из них - 23-й уже занят тактовым генератором 50 МГц, но формально он не нужен, поэтому можно либо отпаять генератор и подать DRY с АЦП на этот 23-й пин, скорректировав проект, либо подать на 24-й, на обратной стороне моей платы есть площадка для второго генератора, именно на ней и выведен 24-й пин.

Возможен вариант использования как 2 независимых приемника с полосой 96 кГц, с одним либо 2-мя АЦП.

UPDATE 02.01.18

Скрытый текст

Добавлен код формирования огибающей CW непосредственно в FPGA
Самоконтроль CW в наушниках, подключенных к FPGA
Управление реле преампа от значения аттенюатора Гермес, аттенюация больше -20 выключает реле
З.Ы. пины по умолчанию изменены для совместимости с платой, перепаяной на 22к ПЛИС, измените под свою распиновку

• Hermes_Lite_96_RXTX_ CW_sidetone_10k.zip
• Hermes_Lite_22k_CW_s idetone.zip

Обновление от 10.02.2018
Hermes_Lite_22k_CW_s idetone_fix192_cwkey _input_tune_out_powe r_control.zip

Скрытый текст

Обновление для 22k
Расширеные кордики RX/TX (low spurs)
Фиксированный выходной рейт 192 кгц
2RX+ 1TX
cwkey input - вход для вертикального ключа или датчиков CW, semi break, время задержки ptt выставляется в powersdr
активное состояние - пин на массу, поэтому сразу рекомендую в целях сохранности входов ПЛИС цеплять транзисторный оптрон, а светодиод либо подтягивать к плюсу, если у вас ключ, либо выход датчика с ОК, либо соответственно на массу, если ваш датчик выдает логический уровень.
Аналогично поступить и со входом ptt_in.
tune output - выход индикации режима tune, в powersdr необходимо включить опцию apollo (tnx rolin)
регулировка выходной мощности в режиме Гермес, будет работать как регулировка с передней панели софта, так и калибровка в сетапе по диапазонам.
DAC_ALC - шимированный выход 0-3,3 вольта
На выходном пине ПЛИС монтируем делитель, например 4,7 и 3 кОм, что бы привести верхнюю границу к опорному ЦАП 1,25 вольта, и фильтрующую емкость.
Изменения в обвесе DAC: пин INT/EXT (16) поднять с массы и подключить к аналоговому плюсу DAC, сигнал с выхода делителя подать на референсный вход REFIN (17), вход высокоомный, дополнительная блокировка по ВЧ будет не лишняя.
Не забудьте пожалуйста расставить пины согласно своего хардверного дизайна.
todo: аудиокодек, медленный АЦП

Обновление от 11.02.2018
Hermes_Lite_22k_CW_s idetone_fix192_cwkey _input_tune_out_powe r_control_WM8731_OK. zip

Скрытый текст

Обновление для 22k (Tnx Василий UR5KIM! за тестирование и багфикс )
Теперь микрофон и наушники на борту
аппаратный I2S кодек Wolfson WM8731, использовалась платка с Али наподобие такой https://ru.aliexpress.com/item/FREE-...674210328.html
требует доработки, нужно поднять 2 ножки, для перевода контрольного интерфейса в режим SPI
Для совместимости параллельно оставлен текущий код дельтасигма модуляторов для наушников из предыдущих версий
О доработке немного позже
Пожалуйста не забывайте выставлять распиновку в соответствие со своей хардверной конфигурацией.

Обновление от 16.04.2018, полный фарш от Сергея

Вложения

• Hermes_Lite_10k_96_M Hz_full.zip (199.6 Кб, Просмотров: 34)
• Hermes_Lite_22k_96_M Hz.zip (221.2 Кб, Просмотров: 26)

Скрытый текст

Апдейты для обоих плат,
в версию 10К включены все последние обновления, увеличена раскачка в телеграфе, вместо отдельного выхода на наушники теперь там живет кодек, ШИМ выход на наушники пришлось убрать, ибо не компилировалось, и больше туда все... )
в обоих прошивках MCP3202 активен, название сигналов согласно схеме, проверяйте распиновку всех сигналов согласно вашему монтажу, компилируйте и наслаждайтесь отличным приемом )

Добавлено через 12 минут(ы):

для того, что бы поправить, в файле hermes_lite_core.v ищем кусок текста, и соответственно убираем палки // где надо, и добавляем где не надо
Код:

//// w/o slowADC 
//assign AIN1 = 0; 
//assign AIN2 = 0; 
//assign AIN3 = 0; 
//assign AIN4 = 0; 
//assign AIN5 =  200; 
//assign AIN6 = 1000; 
//// end      

//// ADC78H90CIMT 
//Hermes_ADC ADC_SPI(.clock(pll_12288), .SCLK(ADCCLK), .nCS(nADCCS), .MISO(ADCMISO), .MOSI(ADCMOSI), 
//                   .AIN1(AIN1), .AIN2(AIN2), .AIN3(AIN3), .AIN4(AIN4), .AIN5(AIN5), .AIN6(AIN6));   
//// end     

//// MCP3202 tnx N7DDC 
Angelia_ADC ADC_SPI(.clock(IF_CLRCLK), .SCLK(ADCCLK), .nCS(nADCCS), .MISO(ADCMISO), .MOSI(ADCMOSI),                    
.AIN1(AIN1), .AIN2(AIN2)); 
assign AIN3 = 0; 
assign AIN4 = 0; 
assign AIN5 =  200; 
assign AIN6 = 1000; 
//// end   

//// MCP3204 
//Angelia_AD4 ADC_SPI(.clock(IF_CLRCLK), .SCLK(ADCCLK), .nCS(nADCCS), .MISO(ADCMISO), .MOSI(ADCMOSI), 
//                   .AIN1(AIN1), .AIN2(AIN2));
 //assign AIN3 = 0;
 //assign AIN4 = 0; //assign AIN5 =  200; 
//assign AIN6 = 1000; 
//// end

---

Информация от RX3QFM
Добавлен хелп по работе с Quartus (версия 15.0 Web Edition) и программированию FPGA

• Пост УВЧ

---

Информация от UR5KIM
Схемы и рисунки печатных плат модуля усилителя ВЧ приемника и модуля ЦАП передатчика.

Скрытый текст

Файлы корректировались мною после изготовления плат для устранения замеченных недостатков, так что возможно чего-то не учел. Но, надеюсь, что все нормально.
Схемы в spl, а печатные платы в lay6 форматах. На всякий случай прикладываю файлы схем в графическом виде, а рисунки печаток в pdf файлах. За масштаб при их распечатке не ручаюсь.
В схеме DAC модуля нарисовано два варианта подключения питания аналоговых узлов микросхемы DAC904E - 3,3 Вольта или 5 Вольт. Эти цепи нарисованы штриховой линией. На печатной плате это подключение нужно сделать, запаяв соответствующую ферритовую бусину. Одновременно должна быть запаяна только одна бусина из двух, помеченных красной точкой на рисунке платы в файле формата lay6!
Печатки довольно простые, но для облегчения монтажа при наведении указателя мышки на любой элемент в программе SprintLayout подсвечивается номинал этого элемента.
Платы двухсторонние. Нижняя сторона сплошная фольга, которая используется как общий провод. Она зенкуется в нужных местах под выводы разъемов и перемычки, которая есть на плате усилителя. Подключение элементов к нижнему слою фольги производится короткими отрезками провода или монтажными пистонами, которые пропаиваются с двух сторон платы.
При изготовлении плат способом ЛУТ рисунки нужно печатать зеркально.
Подключение микросхемы ЦАП к выводам Альтеры должно соответствовать вашему варианту компиляции программы. Я указал на схеме свой.
Что непонятно - спрашивайте, постараюсь ответить.

• DAC_Preamp_spl_lay.z ip (162.5 Кб, Просмотров: 16)
• DAC_Preamp_graf.zip (94.5 Кб, Просмотров: 24)
• Готовый для повторения вариант от UR5KIM
• HL-LAN - подключение к компьютеру для начинающих.
• Обновление от 11.02.2018 - доработка аудиокодека
• Полная схема соединений малосигнальной части готового варианта и описание от 14.02.18
• Модификация кода для использования аудиокодека по протоколу I2C от 4.11.18

---

От RA4UKL. Update 02.01.18
Желающим собрать плату ADC самостоятельно, пост. Схема даташитная, плата обновлена.

• 6654new.zip

Комментарий модератора

1. UN7RX:
2. Всех предупреждаю - авторские ветки на CQHAM будут модерироваться предельно жестко. Если вам что-то не нравится, вы в них просто не заходите, а за наезды на авторов будут баны вплоть до пожизненных. Никаких шуток!

[Livas60]

Вопрос alex_m о номинале конденсатора на входе АЦП подтолкнул к измерению характеристик входной части АЦП AD6645.
Решил поделиться полученными результатами.
Схема исследуемой цепи:

Конденсатор 12пФ был выпаян и на его место установлен конденсатор 20пф. После этого измерены входные параметры вышеприведенной схемы:


Потом был установлен конденсатор 5пФ и снята полученная с ним характеристика:


И, наконец, удаление этого конденсатора дало наилучший результат:

Получается, что в моем случае конденсатор устанавливать нет необходимости? У себя в модуле АЦП я применил самодельный согласующий трансформатор. Возможно с трансформатором иного конструктива результаты будут отличаться.

Немного озадачил завышенный КСВ в центре рабочего диапазона частот. Даже без конденсатора он в районе 1.7. Проверка в симуляторе подтвердила предположение, что виновником является входной фильтр низких частот. В самом худшем случае симулятор показывает обратное ослабление меньше 13дБ, что дает КСВ около 1.6:


Был рассчитан новый фильтр 5-го порядка:


Схема входа АЦП стала такой:

Согласно этой схемы был переделан модуль АЦП и измерены его входные параметры. Вот результат измерений:

[UN7RX]

Серьезный подход, Василий, спасибо. Я уже упоминал что емкость конденсатора (если он вообще нужен, что и показал Ваш случай) привязана к конкретному типу трансформатора, то есть к индуктивности его обмотки. Насчет ФНЧ вовремя, я как раз еще не начинал печатку новую рисовать.

[alex_m]

Livas60, спасибо за измерения, так и предполагал, значит конденсатор ставить не буду.
Было бы интересно посмотреть на изменение чувствительности с конденсатором и без. По идее без конденсатора чувствительность на ВЧ диапазонах должна заметно увеличиться, а АЧХ во всей полосе стать более ровной.

А трансформатор у вас 1:2? Не пробовали резистор на 249 Ом ставить (вместо 220), как в книгах и мануалах Analog Devices рекомендуется?

[UT4LW]

удаление этого конденсатора дало наилучший результат:

Этот конденсатор влияет на шумы АЦП. Поэтому нужно следить за состоянием шумовой дорожки во всем диапазоне рабочих частот. Изменение емкости на единицы пФ могут привести к подъему шума до 10 и более дБ с соответствующей потерей динамики на это же значение. Не факт, что минимум шума совпадет с наилучшим согласованием.

[Livas60]

Да, Юрий, проверка шумовой полки в рабочем диапазоне частот и влияние на нее этой емкости будет следующим этапом измерений.

А трансформатор у вас 1:2?

По отношению числа витков, да.

[EU1SW]

Согласно этой схемы был переделан модуль АЦП и измерены его входные параметры. Вот результат измерений:

Василий, коль уж занялись оптимизацией, в даташите еще и последовательные резисторы есть, отделяющие входы АЦП от трансформатора, то бишь последовательные резисторы 25 ом, а уж потом емкость, что бы не случилось, как писал Роберт, "емкость конденсатора (если он вообще нужен, что и показал Ваш случай) привязана к конкретному типу трансформатора".

Добавлено через 9 минут(ы):

Я уже упоминал что емкость конденсатора (если он вообще нужен, что и показал Ваш случай)

на самом деле эксперимент Василия всего лишь продемонстрировал, что трансформатор трансформирует и реактивности, в том числе )
можно было оставить емкость на вторичке, но уменьшить последнюю емкость в ФНЧ с тем самым результатом )
а можно ввести резисторы, как написал выше

[Livas60]

Сергей, резисторы между трансформатором и входами АЦП я не поставил только потому, что у меня нет в наличии подходящего типоразмера нужного номинала, а 0805 монтировать, рискуя повредить плату я не стал. Заказал резисторы, получу, проверю и этот вариант.
Фото фрагмента платы АЦП с новым фильтром:

Входной конденсатор установлен с обратной стороны платы.

[Livas60]

Прошу прощения, что пишу в теме.
Сергей (EU1SW), папку "Входящие" почистите, пожалуйста. Не могу отправить Вам сообщение.

[EU1SW]

Грохнул папку входящие, получилось целиком... )

[Livas60]

Продолжил исследование вариантов согласования входных цепей АЦП AD6645, результаты которых приводил в сообщении 1306.
Сначала были проверены варианты с резисторами 25 Ом между выходом трансформатора и входами АЦП.

Вариант 1 (v1), согласование по выходу трансформатора резистором 178 Ом:

КСВ без установки конденсатора параллельно входам АЦП:

и скрин PowerSDR:

Уровень шума составил в среднем -117дБм во всем проверяемом интервале входных частот от 1.5 до 30 МГц.
КСВ с конденсатором 12 пФ:

Установка конденсатора ухудшила согласование в верхней части рабочего диапазона. Шумовая полка по всему диапазону осталась на уровне -117дБм.

Вариант 2 (v2), согласование по входу трансформатора резистором 60.4 Ом:

КСВ без конденсатора параллельно входам АЦП:

полученный уровень шума -119дБм:

и соответственно с конденсатором 12 пФ:


Установка конденсатора ухудшила согласование и немного (до 1 дБм) подняла шумовую полку.

Дальше было решено довести до конца проверку вариантов согласования без последовательных резисторов между трансформатором и АЦП, начатую раньше и описанную в сообщении 1306.
Поскольку проведенные измерения показали, что установка конденсатора не дает никакого улучшения, было решено не устанавливать его в последующих экспериментах.

Вариант 3 (v3), согласование по выходу трансформатора резистором 249 Ом:

КСВ:

шум (-119дБм):


Вариант 4 (v4), согласование по входу трансформатора резистором 62 Ома:

Согласование:

уровень шума получен такой же, как и в предыдущем случае (-119дБм).

Как видим варианты 2 (без конденсатора), 3 и 4 дали одинаковый результат по уровню шумовой полки (-119дБм), но вариант 3 обеспечил наилучшее согласование по входу АЦП. Именно поэтому для себя я выбрал вариант 3.
Визуальный контроль зависимости уровня шума от частоты осуществлялся программой CuSDR. Скрин из нее для этого варианта:

Видим плоскую характеристику от диапазона 160м до диапазона 10м.

С учетом всего выше изложенного окончательная схема входа AD6645 у меня сейчас выглядит так: