Od wielu lat klasyczne transceivery z przemianą częstotliwosci były wyposażane przez producentów w cyfrową obróbkę sygnałów audio określaną w skrócie DSP. Obecna dostępność różnego rodzaju elementów z techniki audio - cyfrowego przetwarzania dźwięku daje nam możliwość wykonania tanich układów DSP bez konieczności wykorzystywania wyspecjalizowanych procesorów. Możemy wzbogacić starsze transceivery lub obecnie wykonywane konstrukcje home-made o nowe funkcje obróbki cyfrowej dźwięku poprawiając ich walory użytkowe.
By sprostać potrzebom konstrukcji amatorskich opracowaliśmy tani, uniwersalny układ nazwany "COMBO DSP".
Zespół cyfrowej obróbki sygnału COMBO DSP składa się z trzech tanich modułów. Głównym modułem jest płytka dwurdzeniowego procesora. Dwoma podporządkowanymi są: przetwornik ADC i przetwornik DAC.
Moduły przetworników można kupić w cenach złączek UC1, zaś koszt modułu procesora to cena 10m przewodu RG58. Projekt wybitnie niskobudżetowy, co było głównym zamysłem autorów. Moduły można tanio nabyć na znanym portalu zagranicznym.
Autorski program obróbki cyfrowej, koncepcję układu COMBO DSP i adaptację do transceivera B-L-U opracowaliśmy w małym zespole konstruktorów Damian SP9DK i Piotr SP9LVZ.
Budowa COMBO DSP
Płytka TTGO T-Display-S3 to moduł łączący w sobie mikrokontroler ESP32-S3 i wyświetlacz LCD. ESP32-S3 to dwurdzeniowy procesor z rodziny Xtensa LX7 taktowany częstotliwością 240 MHz.
Wyświetlacz ma rozmiar 1,9 cala i rozdzielczość 320x170 pikseli, pracuje na sterowniku ST7789.
Przetwornik ADC to układ PCM1808 firmy Texas Instruments, jako DAC użyty został układ UDA1334A firmy NXP Semiconductors.
Całość została tak zaprojektowana, by w warunkach amatorskich tanie płytki modułów procesora i przetworników przyspieszyły i uprościły proces uruchomienia całości - nie trzeba lutować drobnicy SMD, a zawłaszcza układów scalonych. Nie trzeba kupować pojedynczych elementów smd co bardzo upraszcza realizację układu i obniża koszty. Projekt został zaplanowany do prostej realizacji w warunkach home-made.
Projekt modułu COMBO DSP powstał podczas opracowywania własnego oprogramowania i konstrukcji nowego nisko budżetowego transceicera HF SDR SSB/CW opartego o ten sam zestaw modułów z wykorzystaniem ESP32-S3T i przetworników ADC/DAC.
Opis działania
Wejściem dźwięku audio podawanego z demodulatora SSB/CW transceivera jest przetwornik ADC. Sygnał próbkowany z prędkością 96kHz i głębią 24 bitów trafia do procesora magistralą I2S - protokołem komunikacyjnym zaprojektowanym przez firmę Philips, przeznaczonym do przesyłania cyfrowych danych audio.
Znamiennym jest to, że w procesorze dane dźwiękowe zostają równolegle obrabiane przez dwa rdzenie dwoma niezależnymi ścieżkami przeznaczenia. Pierwszy rdzeń zajmuje się wyłącznie przetwarzaniem dźwięku w dziedzinie czasu i nakładaniem filtrów cyfrowych.
Drugi rdzeń przekształca dane do dziedziny częstotliwości, skąd pobierane są informacje do wyświetlenia obrazu ścieżki audio na wodospadzie (waterfall).
Liczba próbek bloku audio to 4096, co daje rozdzielczość sygnału na widmie wodospadu z dokładnością 24Hz/piksel (96 kHz/4096).
Obsługą ekranu, enkodera i przycisków zajmuje się drugi rdzeń, dając pierwszemu wystarczający czas na przygotowanie oraz wysłanie dźwięku do przetwornika DAC. W efekcie jakość dźwięku jest bardzo wysoka bez charakterystycznych naleciałości przetwarzania cyfrowego. Moduł DAC posiada gniazdo słuchawkowe, na którym możemy słuchać sygnałów audio poddanych procesowi digitalizacji w ESP32-S3 po przetworzeniu do postaci analogowej. DAC posiada też drugie wyście audio, które możemy podłączyć do dodatkowego wzmacniacza głośnikowego. Daje nam to możliwość odsłuchu porównawczego na dwóch głośnikach pomiędzy sygnałem z samego transceivera i po obróbce DSP.
Funkcje COMBO DSP
1. Wskaźnik s-metr. Układ został tak zaprojektowany by współpracować z sygnałem ARW transceivera ze wzmacniaczem pośredniej częstotliwości na mosfetach, w tym transceiver B-L-U. Przy regulacji wzmocnienia na mosfetach w bramce drugiej napięcie ARW zmienia się od ok. 6V (brak sygnałów RF) do ok. 1,7 V (maksymalne sygnały RF). To napięcie analizuje moduł COMBO i przetwarza go na wskazania s-metra na wyświetlaczu. W przypadku stosowania tego rozwiązania z innymi układami ARW należy odpowiednio przekonwertować sygnał pojedynczym tranzystorem przed podaniem go do modułu.
2. Układ filtrów DSP SSB/CW. Moduł posiada możliwość pracy direct - bez filtrów DSP, wtedy sygnał wyjściowy odpowiada sygnałowi wejściowemu. Głównym zadaniem DSP jest wykorzystanie filtrów DSP - mamy możliwość wyboru filtrów do emisji SSB i CW o różnych szerokościach w zależności od potrzeb.
3. Układ NOTCH. Moduł COMBO posiada bardzo dobrze pracujący układ NOTCH z regulacją częstotliwości pracy NOTCH zmienianą enkoderem. Częstotliwość pracy - tłumienia NOTCH jest obrazowana na ekranie, widoczna na waterfall jako czerwona linia. Ułatwia to szybkie ustawienie NOTCH na pożądanej częstotliwości.
4.Waterfall sygnału odbieranego audio. Mamy możliwość podglądania widma sygnału odbieranego w przedziale częstotliwości DC do 4 kHz. W związku z tym, że COMBO został zaprojektowany do transceiverów z filtrami kwarcowymi lub EM SSB/CW w torze p.cz. większa szerokość waterfall nie jest potrzebna - brak obrazowania sygnałów poza szerokością pasma przepuszczania filtrów kwarcowych. Główną zaletą układu waterfall jest zobrazowanie pracy układu NOTCH i sprawne dostrojenie NOTCH do widocznego na waterfall zakłócającego sygnału.
5. Regulacja wzmocnienia audio AF-gain, która umożliwia płynną regulację poziomu sygnału audio do odbioru na słuchawki bezpośrednio z DAC lub przez zewnętrzny wzmacniacz głośnikowy. Nie ma potrzeby by przed wzmacniaczem głośnikowym stosować dodatkowego potencjometru do regulacji poziomów sygnałów w głośniku.
Cechą charakterystyczną modułu COMBO DSP jest to, że można go zastosować z dowolnym klasycznym transciverem lub odbiornikiem jako zewnętrzna przystawka. Nie jest on ograniczony do projektu B-L-U.
Program COMBO DSP jest udostępniony nieodpłatnie w postaci pliku .bin
Instrukcja wgrania programu COMBO DSP do ESP32-S3.
1. Pobieramy ESP-Flasher.exe z
https://github.com/Jason2866/ESP_Flasher...tag/v3.0.5
2. Podłączamy płytkę ESP-32 S3 złączem USB do komputera.
3. Uruchamiamy program ESP-Flasher, wybieramy port COM pod którym zgłosi się nam płytka ESP32-S3 podłączona złączem USB, wskazujemy ścieżkę do pliku BIN pobranego na swój komputer.
4. Naciskamy Flash ESP. Na konsoli widzimy postęp wgrywania programu. Wgranie kończy się komunikatem wgrania programu i zamknięcia portu COM.
5. Uruchomiamy program do normalnej pracy.
Widok konsoli po wgraniu programu.
Uwagi uruchomieniowe.
Zamieszczony poniżej schemat obrazuje połączenia pomiędzy poszczególnymi płytkami. Dla celów uruchomienia wykonaliśmy płytki bazowe metodą domową, które łączyły płytki. Ze względu na prosty układ połączeń można w dowolny sposób zaplanować konstrukcję, pamiętając o jak najkrótszych połączeniach magistrali sygnałowej I2S. Zaleca się wykonanie jednej płytki bazowej lub układu na "kanapkę" modułu ESP32-S3 z płytką przetworników analogowo-cyfrowych.
Widok modułu ESP32-S3
Moduł sprzedawany jest bez wlutowanych gold-pinów, może zajść konieczność by do wlutowania gold-pinów do płytki ESP32-S3 odchylić wyświetlacz przyklejony do płytki.
Link do filmu na youtube prezentującego COMBO DSP:
https://youtu.be/I4JSQ3Ig8Og
Schemat połączeń poszczególnych płytek, modułów COMBO DSP, przycisków i enkodera.
Program COMBO_DSP.bin jest w formie spakowanej .zip
COMBO DSP do transceiverów i odbiorników SSB-CW
