Joker SDR - dyskusja do wątku

[SP9FYS]

Z dużym zainteresowaniem obserwuję postępy projektu "Joker" i skóra mi cierpnie ze mógłby podzielić losy "Husara"  którego idea rozmyła się w dyskusyjnym piekiełku. Pozwólmy autorom zrobić swoje do końca. Pracują pro bono ii choćby to trzeba docenić. 
Na dyskusje o mało istotnych szczegółach będzie czas później.

[SP9LVZ]

By uspokoić nastroje i potwierdzić iż Joker ma się dobrze, krótka migawka z pierwszej łączności DX-owej z Brazylią.
Moc QRP 10W, antena FD3, pasmo 10m, 19 luty 2026. 
Odwrotu już nie ma. W zasadzie mógłbym prowadzić już regularne łączności na Jokerze, 
ale przed nami jeszcze sporo pracy do zaplanowanej wersji.
Aktualnie, do testów nadajnika nadal wykorzystuję zewnętrzny wzmacniacz na 2xRD16HHF.

https://youtu.be/-rvQoofH5kY

W opracowaniu szerszy materiał: "Joker przyjazny telegrafistom".

[SP6AUO]

   
Zakupiłem taką obudowę do Jokera.
Wym.230x180x100mm

[SP9DK]

Fajne obudowy namierzyłeś, nie wiedziałem nawet, że takie istnieją. Ja na razie nie myślałem jeszcze nad pudełkiem.
Przy głębokości 190mm może brakować swobody w prowadzeniu przewodów z wtykami SMA, ale powinno się udać.
Czekając na moduły RF, kupiłem ostatnio na OLX z drugiej ręki zestaw głośników aktywnych 2+1 od Logitech, fajnie grają.
Wprowadziłem dodatkowo drobne zmiany w konfiguracji I2S przez co dźwięk stał się teraz trochę bardziej dynamiczny.
Niektóre stacje na 80m dobrze poruszają głośnik nisko tonowy, dodając do tego redukcję szumu, audio jest świetne.
Mamy też wprowadzoną dwukierunkową funkcję pitch dla CW, będąc na środku filtra można zmieniać odbierany ton.
Wersja z tymi zmianami otrzyma numer 0.6 i zostanie udostępniona przy przedłużającej się publikacji płytki RF.

[SP5MBM]

Fajne obudowy namierzyłeś, nie wiedziałem nawet, że takie istnieją. Ja na razie nie myślałem jeszcze nad pudełkiem.
Przy głębokości 190mm może brakować swobody w prowadzeniu przewodów z wtykami SMA, ale powinno się udać.

Czy głębokość 210mm wg Ciebie będzie dobra?

[SP9DK]

Myślę, że zmieścimy się w obudowach o głębokości około 200mm, ale na pewno każdy dodatkowy centymetr 
pozwoli na bardziej wygodny i estetyczny montaż, a później na łatwiejsze ewentualne zmiany, modyfikacje.
Dziś dotarły do mnie poprawione moduły RF, przez weekend zajmę się lutowaniem tradycyjnie dwóch sztuk,
żebym mógł przekazać jedną płytkę Piotrowi na końcowe sprawdzenie poprawności działania.
Dołączam jedno zdjęcie, na którym widać płytki i dolną płytę o rozmiarze 230x230mm. Przy takich wymiarach
jest wystarczająca ilość miejsca na gniazda tylnej ścianki i elementy przedniego panela wchodzące do wewnątrz.
Podczas lutowania towarzyszyć będą mi przygotowane napoje Joker kupione w sklepie Netto.
   

[SP9LVZ]

Front-end  SDR JOKER w oparciu o wzmacniacz instrumentalny AD8421

Trwają przygotowania do końcowych testów i publikacji nowej wersji płytki RF z układem hybrydowym toru nadajnika. 
Obecna wersja będzie miała również niewielkie, ale ważne zmiany w torze odbiornika.
Tor RF odbiornika przygotowywany jest w dwóch wersjach: w oparciu o wzmacniacz instrumentalny AD8421 oraz OPA1652 i OPA1662.
Zdjęcia płytek przygotowanych do testów z AD8421 i układem hybrydowym toru nadajnika.

   

W ramach budowy Jokera zdecydowaliśmy się podjąć próbę odejścia od powszechnie stosowanych wzmacniaczy operacyjnych Op-Amp w stopniu I/Q na rzecz wzmacniaczy instrumentalnych In-Amp (pomiarowych). Rozwiązanie to jest rzadko spotykane w konstrukcjach amatorskich.
 
Kluczowe aspekty techniczne wynikające z zastosowania In-Amp.:

CMRR Common-Mode Rejection Ratio - współczynnik tłumienia sygnału współbieżnego.
W klasycznym układzie różnicowym na Op-Amp, CMRR zależy od precyzji parowania rezystorów zewnętrznych. 
Nawet przy rezystorach 0,1% trudno uzyskać stabilne tłumienie powyżej 60 dB.
AD8421 posiada wewnętrzne, laserowo trymowane rezystory, co pozwala na uzyskanie CMRR na poziomie 94dB. 
W praktyce przekłada się to na wytłumienie przydźwięku sieciowego oraz zakłóceń impulsowych „wstrzykiwanych” przez zegar kluczy CBT3253.

Slew Rate  - szybkość narastania sygnału.

AD8421 charakteryzuje się bardzo wysoką szybkością narastania sygnału 80 V/s. W detektorze Tayloe, gdzie sygnał wyjściowy z kluczy ma charakter dyskretnych próbek (impulsowy), klasyczne op-ampy audio często nie „nadążają” za zboczami, co generuje zniekształcenia nieliniowe i pogarsza parametry IP3. 
AD8421 zapewnia idealną odpowiedź impulsową.

Ultra-niski poziom szumów napięciowych.

Przy gęstości szumu 3nV/√ Hz, układ ten pozwala na uzyskanie podłogi szumowej na poziomie -132dBm (filtr 500Hz).

Stała, wysoka impedancja wejściowa.

W przeciwieństwie do wzmacniaczy operacyjnych w układzie różnicowym, gdzie impedancja wejściowa zależy od wartości rezystorów w pętli sprzężenia, In-Amp oferuje stałą, bardzo dużą impedancję wejściową (rzędu GΩ), nie zależną od wzmocnienia ustawionego rezystorem.
Dzięki temu detektor Tayloe pracuje w warunkach idealnego braku obciążenia, co poprawia bilans fazowy i amplitudowy kanałów I oraz Q.

Rozwiązanie kwestii polaryzacji bias kluczy.

Jako bias kluczy wykorzystujemy wewnętrzny układ odpowiedzialny za tworzenie prądów polaryzacji wejść AD8421. In-amp oraz klucze „od tyłu” pracują na tym samym napięciu bias.

W omawianej konfiguracji ograniczeniem parametrów dynamicznych odbiornika, nie bywa IMD3 - odporność na przesterowanie silnymi sygnałami, a szumy fazowe generatora i szumy migotania 1/f wzmacniaczy Op-Amp / In-Amp oraz wejść analogowych przetwornika ADC. IP3 demodulatora podwójnie zrównoważonego Tayloe  osiąga poziom +30dBm.

Zakres dynamiczny mieszania zwrotnego.

Niepożądane produkty mogą powstać na wskutek mieszania się silnych sygnałów  z szumem fazowym generatora Si5351, który nie ciszy się dobrą opinią wśród konstruktorów. Skutkiem jest podniesienie się podłogi szumowej w odbiorniku, utrata czułości w obecności silnych sygnałów.
By zminimalizować te negatywne efekty zastosowaliśmy przesunięcie audio odbiornika na 9kHz (offset audio). Wartość przesunięcia nie jest przypadkowa.

Pomiary

Przeprowadziłem testy odbiornika z filtrem CW 500Hz próbą trzy decybelową (3dB) wg procedury RMDR pomiaru mieszania się szumów lokalnego oscylatora z silnym sygnałem bocznym. Test polegał na pomiarze podniesienia się szumu od podłogi szumowej odbiornika o 3dB w odległości 2 kHz od sygnału zakłócającego, w wyniku zwiększania mocy tego sygnału i pomiarze jego poziomu.
By pomiar obrazował problem szumu fazowego Si5351 jako generator testowy został użyty generator kwarcowy 3,579 MHz, z filtrem dolnoprzepustowym.
Generator Si5351 w Jokerze wytwarza dwa sygnały I/Q, 9 kHz poniżej częstotliwości pracy.
Podłoga szumowa odbiornika bez sygnału zakłócającego wynosi -132dBm.

   

Odczyt podniesionego poziomu szumu o 3 dB, na wskutek zsumowania się mocy szumu zewnętrznego z podłogą szumową odbiornika.
W momencie gdy szum zewnętrzny zrównuje się z szumem odbiornika następuje podniesienie się odczytu o 3 dB. Wzrost do poziomu -129dBm.
Po lewej stronie w odległości 2 kHz widać testowy sygnał zakłócający.

   

Odczyt mocy sygnału zakłócającego: -30dBm, jest to poziom S9+43dB.

   

Dla zweryfikowania tego poziomu porównałem odczyt na SDR Play RSPduo, który również pokazał -30dBm.
Warto zwrócić uwagę, na odczyt SNR w SDR Play...

   

Wyliczony odstęp sygnału zakłócającego do podłogi szumowej odbiornika.

-30dBm – (-132dBm) = 102dB

Obraz odbioru sygnałów w obecności silnego sygnału zakłócającego.

   

Na koniec zdjęcia z sygnałem testowym na zboczu filtra CW 500Hz i poza filtrem.

Sygnał wchodzący na zbocze filtra, jeszcze mocno odbierany.

   

Sygnał testowy przesunięty 500Hz dalej.

   

Sygnał testowy 500Hz poniżej filtra.

   

[SP9DK]

Dziś otrzymałem zamówiony na próbę ekran pasujący do płytki małego Jokera.
Gdy zamawiałem kosztował 9zł, teraz sprawdziłem i cena podskoczyła do 10zł.
Udało mi się cierpliwie oddzielić ekran od płytki nośnej, do której był przyklejony,
ale przyznam, że nie jest to łatwe zadanie. Najważniejsze, że jest zgodny i działa.
Wydaje mi się, że ma inne odcienie kolorów i kontrast, ale widać na nim dobrze.
https://pl.aliexpress.com/item/1005008295027783.html

   

   

   

[SP9LVZ]

Tor nadajnika SDR Joker w wersji hybrydowej (SSB) – pomiary.

Uruchomiliśmy pełny tor nadajnika z układem pośredniej częstotliwości 10,7 MHz z filtrem kwarcowym AM szerokości 7,5 kHz.
Sygnał SSB formujemy bez zmian metodą fazową w modulatorze Tayloe.
Tor nadajnika pracuje z offset, co oznacza że sygnał  użyteczny znajduje się w odległości 18 kHz od LO, a druga niepożądana wstęga boczna po przeciwnej stronie, czyli odległość między wstęgami wynosi 36 kHz.
Dzięki zastosowaniu offset, filtr kwarcowy oprócz swojego podstawowego celu tłumienia drugiej i trzeciej harmonicznej LO przyczynia się do dodatkowego wytłumiania nośnej i niepożądanej wstęgi bocznej.
Co ważne, koncepcja hybrydy daje nam identyczny efekt tłumienia nośnej i drugiej wstęgi na każdym paśmie.
Wstępne pomiary tłumienia nośnej i drugiej wstęgi bocznej wykonane na wyjściu modulatora Tayloe zostały opisane w #92.
Obecnie przedstawiam pełne pomiary całego toru RF z filtrem 10,7 MHz, mieszaczem, BPF.
Układ pomiarowy: SDR Joker przełączony na nadawanie SSB, sygnał testowy (ton m.cz. z generatora sinus stanowiący poziom odniesienia) dostarczamy na tor mikrofonowy, sygnał przechodzi przez tor RF (modulator, filtr p.cz., mieszacz), po torze RF sygnał podany jest na BPF.
Sygnał z BPF uformowany już na konkretnym paśmie podawany jest na odbiornik SDR Play, który służy jako układ pomiarowy.


Obraz pomiaru sygnału testowego poziom -16,7 dBm (90 mV p-p) na wyjściu z BPF w paśmie 80m.

   

Podłoga szumowa pomiaru wynosi -91dBm,  to znaczy że odstęp S/N wynosi 74dB. W przypadku transceiverów fabrycznych odstęp sygnału od produktów niepożądanych podawany jest jako minimum 70dB. Brak sygnałów wytłumionej nośnej i niepożądanej wstęgi bocznej, co oznacza że ostęp od sygnału jest powyżej 74dB.

Obraz pomiaru sygnału testowego poziom -18,6 dBm (74 mV p-p) na wyjściu z BPF w paśmie 10m.

   

Podłoga szumowa pomiaru wynosi -94dBm,  to znaczy że odstęp S/N wynosi 75dB.
Brak sygnałów wytłumionej nośnej i niepożądanej wstęgi bocznej, co oznacza że ostęp od sygnału jest powyżej 75dB.

Pomiary pokazują, że nie zależnie od pasma wyniki tłumienia nośnej i wstęgi bocznej są identyczne.
Ze względu na wysoki poziom podłogi szumowej podczas pomiarów wykonywanych za pomocą SDR Play przy zadaniu silnego sygnału (ponad S9 +50dB),  rzeczywisty poziom wytłumienia nośnej możemy zweryfikować jedynie bez sygnału testowego, wtedy podłoga szumowa będzie niższa.

Obraz pomiaru poziomu częściowo wytłumionej nośnej przed korektą końcową, po włączeniu TX bez zadania sygnału testowego.
Wzmocnienie toru RF nie ulega zmianie w stosunku do pomiarów z sygnałem testowym.

   

Przed końcową korektą poziom nośnej wynosił -112dBm. Nośna jest widoczna podczas pomiaru.
Końcową korekcję tłumienia robimy prostym układem dwóch potencjometrów montażowych wieloobrotowych. Regulacja polega na pomiarze siły śladu sygnału nośnej odbiornikiem KF lub analizatorem w dowolnym paśmie.  Należy mieć na uwadze, że ślad nośnej jest oddalony 18 kHz od częstotliwości roboczej. Zrównoważenia dokonujemy bardzo powolnymi regulacjami naprzemiennie raz jednym, raz drugim potencjometrem montażowym.

   

Obraz pomiaru wytłumionej nośnej po korektach końcowych.

   

Poziom wytłumionej nośnej nie mierzalny, ginie w podłodze szumowej -123dBm.
Tak duże wytłumienie nośnej zawdzięczamy dokładnemu zrównoważeniu modulatora Tayloe oraz dodatkowemu tłumieniu przez filtr kwarcowy. 
Przy sygnale użytecznym jaki możemy uzyskać w paśmie 20m na poziomie -18dBm wytłumienie nośnej w stosunku do sygnału wynosi 105dB.

Wytłumienie niepożądanej wstęgi bocznej.

Zgodnie z wyżej przedstawionymi pomiarami tłumienie niepożądanej wstęgi bocznej w stosunku do sygnału wynosi na pewno ponad 74dB. Pomiar ten ograniczony jest podłogą szumową, w rzeczywistości jest ono wyższe. W modulatorze Tayloe możemy uzyskać tłumienie na poziomie ponad 60 dB (pomiar pokazany w #92), a dodatkowe tłumienie ok 50 dB wnosi filtr kwarcowy (pomierzona charakterystyka filtru przedstawiona poniżej), łącznie daje to wartość ponad 110dB.

Obraz pomierzonej charakterystyki tłumienia filtru kwarcowego AM 10,7 MHz w miejscu gdzie znajduje się niepożądana wstęga boczna.
Offset 18kHz, dający odległość 36 kHz między wstęgami bocznymi idealnie wpisuje się w charakterystykę zastosowanego filtru AM. 

   

Odwrócenie się się sygnałów z toru p.cz. w stosunku do zobrazowanych sygnałów na pasmach wynika z zastosowanego mieszania.

Podsumowanie.

Takie efekty możliwe są do uzyskania tylko dzięki połączeniu dwóch technologii: SDR z klasycznym układem toru pośredniej częstotliwości. Zastosowałem technikę tłumienia kaskadowego.
W części SDR wykorzystujemy offset dzięki czemu szeroki filtr AM spełnia doskonale swoje zadanie jako uzupełniający filtr SSB w torze p.cz.
Tak wysokich poziomów tłumienia nośnej i drugiej wstęgi bocznej nie da się uzyskać w układach klasycznych SDR i transceiverach analogowych z uzyskiwaniem sygnału ssb metodą filtrową jak i homodynowo-fazową. 

Uwaga dla konstruktorów SDR.

W dostępnych publikacjach na temat możliwości poprawy tłumienia nośnej, w tym w znanym opracowaniu IZ6MAF (dotyczy McHf/Eagle) brakuje opisu jak wpływa zmiana obciążenia transformatora wyjściowego modulatora Tayloe na tłumienie nośnej.
Jeśli transformator jest nie równo obciążany podczas zmiany pasm przez różnice w impedancji wejściowej kolejnego stopnia to powoduje, że nośna nie znosi się idealnie w porcie wyjściowym transformatora. Może to mieć miejsce w przypadku gdy modulator Tayloe podłączamy wprost do BPF, a za nim wzmacniacz nadajnika. BPF dla poszczególnych pasm może wprowadzać różne dopasowania, odbicia sygnałów.
By uniknąć takiej sytuacji, kolejnym stopniem za modulatorem Tayloe powinien być układ separujący od dalszych stopni o stałej rezystancji wejściowej. 
W przypadku Jokera w układzie hybrydowym takim stopniem jest tranzystor J310 – pierwszy wzmacniacz toru p.cz. dopasowujący niską impedancję wyjściową modulatora do wysokiej filtru kwarcowego.

[SP6LTP]

Walczę z przetwornicami MP1484. Przyszły mi z ali moduły z MP1484 zamiast zamówionych MP1584. Moduły 5V mieszczą się w tolerancji, ale 3.3V i 9V już nie.
Po zapoznaniu się z datasheetem sprawdziłem i przeliczyłem wartości rezystorów jakie zastosował producent . Przetwornica na 3.3V jest ustawiona fabrycznie na 3.6V a 9V na 13.8V.
Liczymy to R2+R3/R2 x0,925
R2 to 01B czyli zawsze 1K na tych płytkach.  R3 to ten co zmieniamy po obliczeniach. Dla napięcia 3.3V to jest 2,6K , ja tu daję najbliższy z szeregu 2.7K- wychodzi zależnie od egzemplarza 2,27 do 3,4V. (w oryginale jest 3K).
Dla 9V producent dał 15C to jest 14k. Z obliczeń wychodzi 8,8k, ale najbliższy jaki mam to 9.1K. Dało to to w moim egzemplarzu 9,36V.
Oznaczenia rezystorów odnoszą się do modułów jakie otrzymałem z aliexpress.