Alexiares filter for home made SDR

Publié: 12 novembre 2017 dans Filter mobo, Project, SDR

The original OpenHPSDR Alexiares filter (aka “Alex”)  is particularly well suited for most short wave DDC/DUC software defined radio. This complex front-end is a mix of HPF and  LPF filters. The LPF "cleans” the transmited signals and is always “on”, the HPF is only active when receiving and makes a nice “medium width” and adjustable bandpass filter when combined with the LPF. As narrow bpf are not mandatory for DDC-base SDRs –they even could impair the MDS of the receiver-, this architecture is probably the best of breed  in term of filtering

Choosing the righ LPF/HPF combo is simply made by software, via a serial I2S protocol. This protocol also commands and controls many other gadgets : a low noise amplifier for the 6 meter band, a bypass circuit –filtering could be a handicap when dealing with spread spectrum transmissions for example-, a permanent 60 MHz LPF used as an antialiasing filter, and many antenna and receiver switching to select a set of antennas, use a specific external BPF, amplifier or transverter, , select the first or second ADC for receiving, or use the second ADC when transmitting and using the pre-distorsion (aka “pure signal”) function.

But… oh, wait !… Alex is not sold anymore by the TAPR! The bare pcb is almost impossible to find. And anyway, Alexiares cannot be used with certain configurations. Most ham using a Red Pitaya, for example, are looking for a filter board with an I2C protocol. Guys wishing to build a Hermes Lite prefer to use a simple “parallel” protocole that mimic the “J16” 7 bits output (also known as Hermes/Penelope in PowerSDR’s config screen). And people playing with some “kilowatt SSPA” frankly don’t care about the LPF section of Alex : they only need a way to control le kW-class lpf they intend to use, without compromizing the “Hermes/Alex way of combining LPF and HPF filters”

That the reason why I decided to build a new set of board, fully compatible with Alexiares… but with some differences. The two main boards remains the HPF and LPF filters, both of them beeing built on a 10×10 piece of pcb, both of them needing a simple “positive common/ground switched” logic. Depending on the kind of SDR you intend to build, you can drive these two filter with a “plain old” I2S serial interface, an I2C interface, add an antenna selector, add a preamp/transverter/specific filter crowbar, choose to integrate a Solid State Power Amplifier control unit, and adapt you own antialiasing filter depending on you sampling rate (60 MHz for the Red Pitaya or Hermes/Angelia/Orion board, or 31 MHz for the Hermes Lite V1.0 or V2.0).

In the near future, a multi-purpose Tandem-match 33dB coupler will be added to this set of pcbs (for pure signal and vswr control)

Warning : this project is not yet fully tested. It could include a certain number of errors. As long as a full set of prototype boards haven’t been assembled and tested, use these files with caution (and at your own risk).

All these files are open source (CERN Licence) unless specified by it’s respective authors. All schematics from the OpenHPSDR are protected by the OpenHardware licence. The Mentor board intellectual property belongs to ON7EQ. The whole project has been completed with Kicad EDA, an open source CAD software developped by CERN.

– Alexiares_LPF : 

LPF_bottomLPF_Top

A LPF board, stritly using the very same set of filters as the original LPF, and able to widstand 80 to 100 W PEP. Toroids are T68, relays are able to widstand a 3 amp current. This board is based on a 4 layer pcb. All caps are 500 V ATC-like components. This board can be shielded in a 10×10 cm metal box.The Kicad schematic, pcb and gerber could be found on github on this link.

– Alexiares_HPF : 

HPF bottomHPF up

A HPF board with a integrated 6m LNA and a bypass (passall) filter section and a low noise amp (MMIC). It’s a simple 2 layer pcb using small signal relays and T50 toroids.This board can be shielded in a 10×10 cm metal box. The Kicad schematic, pcb and gerber could be found on github on this link.

– Alexandrie :

Alexandrie dwnAlexandrie up

A full featured SPI interface fully compatible with the Hermes serial protocol (J6 connector). This board has the same 10×10 form factor than the HPF an LPF pcb’s.The Kicad schematic, pcb and gerber could be found on github on this link.

– Alexi2C :

Alexi2C dwnAlexi2C up

A fork of the DC2PD interface that converts the I2C protocol used by the Red Pitaya (Pavel Denim’s firmware). This board can directly drive the LPF/HPF set of filter as it includes a pair of ULN2803 drivers. This board could also be used without any I2C decoder. In this case, the parallel bus of the SDR is directly plugged on the board and the pair of ULN2803 could be used in “J16” mode. This board is using a ”half size” format (5x10cm) The Kicad schematic, pcb and gerber could be found on github on this link.

– Alexiares_LPF_RX_In :

Alexiares_LPF_RX_In bottomAlexiares_LPF_RX_In

A specific 60 MHz lpf with a 88/108 notch filter and a TX/RX relay. This board is in fact a sub-section of the RX High-pass filter that couldn’t fit on the HPF board. I decided to enhance the characteristics of the original filter, with a 7th order “M-Modified” LPF. The LPF section acts as a strong antialiasing 60MHz filter and the two elliptic rejection frequencies are centered on each side of the FM broadcast band. This way, one could not be disturbed by FM signals located in the 4th Nyquist zone heard on the 21, 24 or 28MHz band. One side of this filter –the output- goes directly to the HPF input, the other side is ended with a relay that isolate this filter from the RX path when transmitting. During TX, a small amount of the transmited signal is so redirected to the second ADC and used by the pre-distorsion (pure signal) control software. This board has a small footprint (5x5cm). The whole board or only the filter itself could be shielded. The first option is highly recommended; The Kicad schematic, pcb and gerber could be found on github on this link.

– Alexiares_Coax_Out :

RX_Ant dwnRX_Ant_up

A set of two 5×10 boards for the RX and the TX path, used to switch antennas (3 max), external filters or low noise amplifiers, transverters, and select the current ADC. Both board can receive a peripheral shielding. The Kicad schematic, pcb and gerber could be found on github on this link.

– Mentor :

Mentor dwnMentor up

A Deluxe Arduino-based control board for SSPA designed by ON7EQ. This board handles information comming from the linear amplifier (voltage, current, temperature, vswr, direct power….) and takes action in case of difficulties (drives the cooling fan, shuts the amp down, and alerts the Hermes main board). The Kicad schematic, pcb and gerber could be found on github on this link.

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Compaq 386 & SDR retrofit (4)

Publié: 27 octobre 2017 dans Project, SDR

SoC, alimentation et interfaces

Cet article est la suite du billet publié le 12 mai dernier

Afin de réserver l’espace disque à la partie émission -près de 4,5 décimètre cube-, l’intégralité de la section informatique est logée dans le boitier d’alimentation. Le SoC (system on a chip), son alimentation ac/dc, ses interfaces USB, ethernet et vidéo.

Le capotage alu protègera en partie la radio de tout rayonnement électromagnétique direct (je ne me fais pas d’illusion, les câbles de liaison vont bien véhiculer quelques parasites, les ferrites devront faire leur office). Il offrira au SDR un bloc numérique « modulaire », extractible ne nécessitant pas la moindre soudure ou dessoudure : chaque liaison transite par un connecteur spécifique : sorties Ethernet vers le SDR et le monde extérieur, prises d’alimentation 5V pour la partie filtrage et l’alimentation du SDR lui-même, sortie vidéo vers l’écran escamotable, sortie USB vers le clavier, la souris, la console de contrôle et de pilotage… probablement même l’alimentation d’un éventuel amplificateur de puissance et/ou batterie 12V interne (lesquels seront logés dans le boitier d’extension)

Ce qui ne gâche rien, le boitier d’alimentation intègre d’origine un filtre secteur exceptionnel. Les constructions Compaq des années 80 étaient à la hauteur de leur réputation… et de leur prix (9000 dollars la machine, la plus puissance du marché à l’époque)

Après alimentationectomie de l’électronique d’origine, la première modification a consisté à fileter en M4 Iso les 4 points d’ancrage situés dans le boitier.

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C’est sur ces points d’ancrage que son vissés 3 tiges filetées et un tube d’alu servant d’entretoise, lesquelles supporteront une plaque de fixation. Le premier prototype de cette plaque a été réalisé en FR4, la plaque définitive étant en aluminium.

D’un côté de la plaque, dans l’alignement du ventilateur, la carte CPU UP Squared, et à proximité du filtre secteur et de l’entrée 220V, une petite alimentation « open frame medical» de fabrication Taïwanaise, et capable de fournir 10 ampères sous air forcé. Ce qui ne sera jamais le cas, la carte cpu ne consommant que 6 Ampères, et le reste de l’électronique radio moins de 2 ampères. Au pire, un ventilateur 5V peut être ajouté sur le fond de caisse.

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Sur le coté pile de la plaque, également dans l’axe du ventilateur, un commutateur « semi-intelligent » Zyxel 5 ports gigabits, et, sur le côté opposé, un hub USB3.0 4 ports.

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Le Zyxel est un commutateur “non administrable”, mais capable d’offrir un semblant de QoS “matérielle” selon le connecteur utilisé. Le port full speed est situé sur la gauche –en vert-, les deux ports suivants sont considérés comme prioritaires, les deux autres sont réservés au trafic non critique. En toute logique, la carte SoC est reliée au connecteur vert, et le premier brin prioritaire sert à relier le SDR et les quelques 120 MSPS  de flux dans les moments les plus intensifs.

le troisième câble est également branché sur un port jaune à haute priorité, puisqu’outre le travail “internet” lent –synchro ntp, mise à jour du noyau et autres contingences logicielles- il servira également à piloter le SDR depuis n’importe quel poste client situé sur le réseau local ou en remote.

La carcasse du boitier lui-même supporte

– Les 6 sorties 5V (alimentation du Red Pitaya ou de l’Hermes Lite 2.0, de l’écran TFT 10 pouces, de sa carte interface, et des filtres LPF et HPF de sortie). Ces sorties sont reliées à un connecteur hermaphrodite Anderson

– Une sortie vidéo HDMI

– 4 fenêtres découpées à la hâte pour accéder aux connecteurs femelle du hub USB

– Le ventilateur -sous-watté et alimenté en 5 V pour la durée des essais

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Sur la seconde demi-coque du boitier d’alimentation se trouve :

– L’entrée 220V et sa sortie filtrée

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– Une carte audio USB fixée sur la face externe

– Un récepteur SDR 30/1700 MHz

Sur une cornière spéciale attenante au boitier d’alimentation, elle-même située à l’aplomb d’une fenêtre pratiquée sur l’arrière du boitier sont fixé

– Une prise et pigtail Ethernet Cat 6E pour raccordement externe du couple SDR/ordinateur

– Une entrée et une sortie audio (casque/HP externes et micro/entrée ligne). Ces deux jack sont des prises femelles « jack stéréo » pour câble de fabrication Rean/Neutrik… les prises jack châssis 3.5mm que l’on trouve tant dans le commerce Européen que chez les revendeurs Chinois (eBay, Alibaba) ne sont pas assez solides.

– Une sortie SMA femelle destinée à recevoir une antenne large bande VHF (entrée du récepteur SDR)

Trois câbles sortent directement du boitier d’alimentation. Il s’agit

– D’un tronçon de 30 cm de câble Ethernet Cat 6 destiné à relier l’ordinateur et le SDR principal (protocole Metis),

– Du « pigtail » Ethernet provenant de la cornière de support des connecteur externe et allant directement se brancher sur le commutateur Ethernet interne.

– D’un câble USB reliant le SoC et la carte son externe

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Le boitier d’alimentation fermé et câblé. Tel que, il suffit de lui brancher un écran hdmi, un câble ethernet, un clavier et une souris pour qu’il soit exploitable en station de travail.

L’ajout d’une “carte son” externe n’est pas anodin. La section “audio” du Soc “Up Squared” utilise par défaut le port hdmi, et aucune sortie ou entrée BF n’est prévue sur la carte. Il faut donc ajouter une carte audio indépendante, reliée par bus USB.

Si les temps de latence gênent l’opérateur radio, il est alors très facile de remplacer cette carte par un boitier ASIO

beaucoup d’utilisateurs de SDR qui n’ont pas complètement compris ce qu’était une radio logicielle rêvent d’un transceiver “sans ordinateur” (nonobstant le fait qu’ils ne peuvent se passer d’un ordinateur relié à leur émetteur pour remplir leurs logs, consulter leur “cluster”, envoyer leurs “eQSL”, décoder les émissions numériques)

Cette quête du SDR sans ordinateur aboutit généralement à l’intégration d’un codec branché directement sur le SDR… oh, joie : cet ajout n’a que des avantages : il interdit tout usage du port I2S  -généralement exploité par le protocole Alexiares de l’OpenHPSDR- et fait parcourir le signal démodulé deux fois de plus entre l’ordinateur et le transceiver. Accessoirement, ce genre d’accessoire ne sert qu’aux modes de transmission analogique/audio, et non aux communications numériques et large bande.

En toute logique, l’usage d’un codec est donc une hérésie. L’audio, qu’elle soit analogique ou numérique (freeDV par exemple) doit être traitée par l’ordinateur et en rester à ce stade.

Mais revenons à nos prises, fils, câblages et boîtiers.

Une prise de sortie 220 V sur connecteur Molex 4 points de contact sera ajoutée par la suite pour alimenter le coffret d’extension (ampli HF de puissance et couple batterie au plomb gélifié et son chargeur)

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Ci-dessus, l’alimentation glissé dans son logement, est maintenue par deux rails de guidage puis fixée par 4 vis en fond de boitier. La couche de peinture couleur minium qui tapisse l’intérieur est en fait un traitement de surface cuivré déposée par galvanoplastie.

cal bolo

Cet article fait suite à la description du milliwattmètre de DL2SBA à base d’Arduino et d’un détecteur log d’Analog Device

The calibration procedure  given by DL2SBA Dietmar on his website is a little bit Spartan.

For those who had some hard time following this operation, here is a kind of “how to” or “callibration for dummies”

First of all, put the milliwattmeter in “Raw” value reading (pressing twice on the “mode” button located on the screen).

Switch an already calibrated RF genererator “on” and let it warm up during at least one or two hours. Theorically, your generator, in term of output power, must be 10 times more accurate than the level of accuracy you intend to reach with your milliwattmeter. That means your RF generator must have been calibrated by a specialized lab within the last 2 years.

Keep in mind that the calibration figures (or more exactly the correction table) will be loaded in memory, and that this memory is not infinite. You ‘ll only be able to store around 30 x 11 calibration points (in other words, a set of 11 power level going from 0 to –60 dBm over 30 different frequencies ). It’s up to you to decide the distribution of each calibration set all over the measuring range of your milliwattmeter. The detector itself is able to cover 8000 MHz… or one calibration every 250 MHz approximately.

The procedure is really straighforward :

  • Plug the RF gen. output to the milliwattmeter input,
  • Set a frequency,
  • Set the output power to 0 dB,
  • Read the “Raw” value and write it down in a spreadsheet
  • Lower the  output power by 5 dB
  • Read the “Raw” value and write it down in a spreadsheet
  • … etc
  • Once –60 db is reached, change the frequency to the next step and start again from the beginning

For each chosen frequency, a measure should be done at 0, –5, –10, –15, –20, –25, –30, –35, –40, –50, –60 dB

You can decrease the number of steps, but the accuracy will be impaired.

Increasing the steps between –40 and –60 dB will decrease the number of  possible frequency calibration points (remember the 30×11 limit)

The following screen capture gives an idea of what such a procedure will looks like

tableau puissance 1

Beware : the “raw” power level must be the first column, and the “dB” power level must be the second one.

Once your 330 calibration points (max) have been saved, go to the the Regression Tool page, select “3” in the polynomial  degrees pull-down menu, cut and past your first “frequency bloc” in the yellow window.

regression 1

Press the “calculate” button, cut and past the result in a word processor

regression 2

Why a word processor ? because it’s still the simplest and best tool to play with characters and chains (unless you are a Python Pundit)… if you know how to “search and replace” things, the following will be easy as pie

Repeat this operation for each “frequency calibration bloc”, cuting and pasting each results on a separate line. At the end of this operation, you’ll have 30 lines (or less), one by calibration frequency.

Now, you’ll have to “clean” and format your series of regressions to an “Arduino compatible array”. That means :

  • Separate each figure by a coma
  • Invert each figure in the line (in our example, 58.52195853 must be located first, followed by – 8.271047501·10-2 etc.
  • Erase all “+” signs (do NOT touch the “minus” one). By default, all numbers are positive in C language unless specified.
  • Erase all “Y =”, “x3”, “x2” and “x”
  • Add the frequency of each bloc after a "comment” double-slash sign (ex :    // 1 MHz). This is not mandatory but helps a lot when sorting the different calibration datas
  • Normalize the math formulation of each figure. All numbers expressed to the power of 10 should be noted “xxxE-6” or “xxxE+20” (note : no space between the end of the real number and it’s exponential, take care of the sign of the exponential). Example : – 8.271047501·10-2  will be written – 8.271047501E-2
  • Note that the first number shoud be divided by 10 (5.852195853 instead of 58.52195853)

The final result should looks like this :

regression 3

Cut and past this spreasheet at line 84 of the data.cpp file of your Arduino sketch

regression 4

Line 62, add the frequency list you have chosen for your calibration scope

(this line begins with “uint16_t calFreqSteps[CALFREQ_NUM] = {1, 2, 5,….

regression 5

Save your data.cpp file  and put it in a backup repository (who knows) . Breathe, you’re almost done !

Edit your data.h file, seek for the string “CALFREQ_NUM” (line 71)

change the CALFREQ_NUM variable with the number of calibrated frequencies (in our example, 29)

regression 6

Save your data.h file, plug your Arduino, compile and transfert your code

Your milliwattmeter is fully calibrated !

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De haut en bas : le milliwattmètre DL2SBA, le VFO-DO de W3PM, une version “améliorée” du fréquencemètre de Pongrance, plus de 15 ans de loyaux services. Un power splitter 6 dB précédé d’un atténuateur pas à pas (20 dB) expédie le signal 20 MHz du générateur vers le milliwattmètre et le fréquencemètre. Sur la droite, l’antenne de réception GPS 

Dans le numéro juillet-août 2015 de QEX, W3PM décrivait un générateur HF piloté GPS couvrant de quelques kHz à 116 MHz et d’une stabilité irréprochable. De manière très schématique, son montage repose sur trois modules du commerce : un Arduino nano, un bloc GPS et un oscillateur à triple sortie à base de Si5351. L’arduino pilote l’oscillateur en comparant un signal prélevé sur l’une des sortie du Si5351 avec une référence de 1pps délivré par le gps. La boucle d’asservissement est excessivement rapide et l’on peut être certain qu’une fois le gps verrouillé, la fréquence de sortie du VFO-DO est stable à 0,1Hz. Les trames NMEA du GPS peuvent également servir à afficher l’heure, la position géographique du VFO en coordonnées “locator” ou lat-long, le nombre de satellites reçus etc.

Jamais un tel montage ne viendra concurrencer un standard de fréquence genre OCXO/VCXO asservi par GPS, particulièrement en termes de bruit de phase. Mais un tel VFO stabilisé suffira amplement à tout OM n’ayant pas les moyens de s’offrir un “vrai” GPS-DO ou ne souhaitant pas voyager avec un équipement de laboratoire aussi coûteux que fragile.

La réalisation est du même genre que celle du milliwattmètre de DL2SBA. Les sources sont à télécharger sur le site de l’auteur, et l’on peut s’inspirer, pour ce qui concerne l’électronique, des variations sur ce même thème interprétées par F2DC ou enore par F6IDT. Comme pour le montage précédent, le pcb est disponible sur Github au format Kicad. Il me reste quelques cartes sur les bras si des OM sont intéressés.

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Ce cuivre est quasiment vide : une diode de protection évite tout danger lié à une inversion de polarité. Un premier régulateur fait chuter la tension d’alimentation aux environs de 7 V, et trois LDO 7805 alimentent respectivement l’oscillateur, le module GPS et l’ensemble Arduino/afficheur (le régulateur intégré à l’Arduino me semblant un peu léger s’il doit prendre en charge un gros LCD rétroéclairé 2×10)

L’assemblage électronique prends moins d’une heure, pause syndicale comprise, et il faut compter près d’une autre heure sinon deux pour l’aspect mécanique de la chose.

Le seul point délicat de ce projet est la récupération du 1pps. Tous les modules GPS vendus sur eBay communiquent en liaison série à 9600 bps (4800 pour les “récup” les plus anciennes). Seul le fil “TXd” du GPS –relié au port “RXd” de l’’Arduino bien entendu- est surveillé par le firmware. La broche du port RX du module GPS peut donc être utilisée à d’autres fins, notamment relier le fameux signal 1PPS.

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Un coup de cutter sur la piste RX

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brasure d’un connecteur Molex KK et repiquage d’un fil sur la broche anciennement destinée au port RX

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… et repiquage sur la résistance de la diode LED d’activité (coté module). Le câble coaxial situé sur la droite de la photo est celui allant vers l’antenne patch amplifiée/filtrée du module GPS.

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L’autre extrémité du câble est soudée sur l’entrée de l’antenne après démontage du capot de blindage.

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Il ne reste plus qu’à buriner le silicium de l’Arduino, mettre le feu aux poudres numériques et vérifier le bon fonctionnement de l’ensemble. L’affichage du locator confirme la bonne réception des trames NMEA transmises en mode sériel du GPS vers l’Arduino, et celui de l’heure la bonne gestion de l’interruption qui survient toutes les secondes.

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Coté face, le pcb arduino et son blindage périphérique au centre, le module oscillateur sur la gauche… et plein de place réservée. Rien n’interdit de paramétrer une des sortie de l’oscillateur sur une fréquence fixe… à tout hasard 10 MHz. Un 10 MHz “signal carré”, donc riche en harmoniques. Si l’on souhaite travailler avec une référence propre, tant d’un point de vue fréquence qu’énergie mesurée en sortie, il est souhaitable que le signal en question passe par un filtre à quartz qui éliminera tous les produits indésirables.

Le niveau de sortie est plutôt généreux, aux environs de 26 dBm. Pour ceux qui ne lisent pas le dBm dans le texte, ça fait tout de même 400 mW en anciens francs. Un atténuateur 3 dB en sortie, qu’il y ait ou non un filtre à quartz, ne fera pas trop de mal au signal et stabilisera l’impédance.

IMG_20170720_083605Le même coté pile, avant de percer la face arrière et y loger les prises d’alimentation et coax de sortie (VFO, 10 MHz fixe et entrée antenne gps). D’autres bouton-poussoirs peuvent être ajoutés, soit en façade, soir sur l’arrière selon l’usage que l’on souhaite faire de cet appareil : changement de bande, changement de pas  de balayage, reset, eau chaude, eau froide etc.

Coût de l’opération ? 3 euros de clone Arduino, 8 euros de gps, 8 euros d’oscillateur 8 euros encore et toujours pour un confortable LCD 20×2, soit 27 euros d’électronique. Le reste provenant de fonds de tiroirs (encodeur, boitier, chute de FR4  en fond de boite, filasse, SMA “made in China”  et lot de connecteurs kk achetés par boites de 100 sur eBay) ne doit pas excéder 5 ou 6 euros

milliwattmeter on

En attendant de recevoir quelques pièces nécessaires à l’achèvement de la station d’accueil SDR “Retrofit Compaq”, ces quelques lignes à propos d’une très belle réalisation de DL2SBA Dietmar.

Il s’agit d’un milliwattmètre à écran tactile couvrant en théorie de quelques kHz à 8 GHz –ses performances sont garanties au moins jusqu’à 6 GHz- et dont le seuil de détection est proche de –65 dBm, soit 5 dB de mieux que l’AD8307. Une portion de l’écran joue le rôle de “mini oscilloscope” indiquant, le cas échéant, la présence d’un signal de modulation. La photo en tête de page montre cet appareil en fonction, mesurant un signal de –36 dBm avec une modulation sinus de 1000 Hz

Le mérite en revient à son détecteur logarithmique AD8318. Et c’est avec ce détecteur HF que Makis SV1AFN a eu l’idée de concevoir une sonde de mesure complète, intégrant le 8318 en question, un convertisseur analogique/numérique 12 bits 125 kSPS, une référence de tension et la circuiterie d’alimentation 5V faible bruit.

https://www.sv1afn.com/ad8318.html

… et pour moins de 50 euros port compris, difficile de résister.

C’est en analysant les performances de cette tête de détection que Dietmar DL2SBA a eu l’idée de perfectionner un peu plus l’embryon de milliwattmètre proposé par Makis et d’en faire un appareil plus ergonomique qu’un OZ2CPU modernisé.

Et au nombre de ces améliorations ergonomique, DL2SBA a décidé d’utiliser un écran tactile couleur très simple à piloter par liaison série, et dont l’interface graphique se programme en quasi Wysiwyg : le Nextion d’Itead.

Dernier détail, le traitement des données. Il est assuré par une carte Arduino d’entrée de gamme, soit un Uno, soit un Nano. Ces modules “tout faits” sont bien plus pratiques à utiliser que des microcontroleurs livrés nus. Les circuits d’alimentation, d’interface, ports Jtag, bouton de reset, diodes Led d’état, il y a tout sur une carte Arduino pour que l’on ait à ne se soucier que du code. Et encore… un code simplifié à l’extrême.

Depuis, plusieurs versions de firmware ont été publiée.

Comme mon précédent milliwattmètre accusait déjà plus de 6 ans de loyaux services, il lui fallait trouver un remplaçant plus moderne. Et comme beaucoup de confrères radioamateurs sont assez mal à l’aise dès qu’il s’agit de câbler des montages de ce genre, j’ai dessiné un petit circuit imprimé regroupant à la fois les alimentations, tous les connecteurs nécessaires et le support pour un Arduino Nano.

PWMeter_Up

Coté face…

PWMeter_Dwn

… et coté pile, le masque de soie donnant toutes les informations nécessaires aux branchements vers l’afficheur, la tête HF et l’alimentation. Les fichiers Gerber sont également disponible, pour une carte de 5x10cm, soit un demi-panneau standard chez Seeed Studio, Dirt Cheap PCB, Itead et consorts. Le tout –fichiers Kicad, schéma, images, Gerber- est à télécharger sur Github.

milliwattmeter

Mon premier montage n’utilise pas le Kicad en question. Il repose sur une platine cannibalisée destinée à un tout autre montage, dont l’architecture est très proche de celle du milliwattmètre de Dietmar

Nota Bene : Si l’on utilise le projet Kicad susmentionné, l’assemblage prend moins de 5 minutes, la confection des câbles de raccordement “connecteur KK vers connecteur AMP” environ un heure (travail fastidieux au possible) et entre une à 3 heures pour la partie mécanique : boitier, découpe de façade, peinture éventuelle. Mon prototype a trouvé refuge dans la boite d’un ancien commutateur de port imprimante.

On notera que la tête HF de Makis prévoie l’installation d’un blindage en clinquant sur le dessus de son pcb. En outre, une réserve dans la couche de vernis-épargne a été pratiquée sur le pourtour de la carte principale. De cette manière, un blindage périphérique peut être ajouté pour éviter toute interférence entre la partie numérique et la section HF du montage.

L’étape suivante consiste à étalonner l’appareil à l’aide d’une source précise… et de quelques opérations mathématiques intermédiaires décrites dans un  chapitre suivant

Système, Sofware, les S de SDR

Cet article est la suite du billet publié le 10 mai dernier

Le choix suivant concerne le noyau à adopter. Coupons court au suspens, ce sera Windows, les raisons sont multiples.

En premier lieu, c’est l’environnement pour lequel a été développé le plus grand nombre de logiciels clients pour SDR. Les outils natifs sous OS/X se comptent sur les doigts d’une main en étant optimiste, et les applications sous Linux généralement conçues pour piloter des radios logicielles de type “I/Q audio” ou utilisant un port USB. A moins de s’engager dans un développement GRC sous GNU Radio –la plateforme utilisée n’est pas franchement adaptée à ce genre de sport- ou souhaiter installer un serveur GHPSDR3-Alex, il n’existe quasiment pas, Linrad mis à part, de client compatible Ethernet/protocole Metis.

Sous W10, en revanche, on peut utiliser

  • GRC (avec des fortunes diverses)
  • OpenHPSDR
  • KissConsole
  • HDSSDR
  • CuSDR
  • SDR#
  • QtRadio
  • SparkSDR
  • Quisk + wxPython
  • Hermes VNA
  • HamVNA …

Outre cette richesse potentielle de logiciels clients, Windows est également la plateforme de prédilection des outils de modulation. le nombre de Codec et modem en environnement Microsoft ne se comptent plus : FreeDV, FlDigi, MultiPSK, JT65  et ses multiples avatars, DSD ou les avalanches de décodeurs SSTV, RTTTY, PSK31…Lire à ce sujet la rapide présentation de FreeDV.

Windows est lourd ? les logiciels tels qu’OpenHPSDR le sont tout autant. Le choix d’une carte à base de processeur Intel n’est pas un hasard. Courant juillet 2017, une “UP Squared” nouvelle génération –quad core pentium 2,5 GHz 8 Go/128 Go flash- fera sauter les dernières limitations de ressources des SOC actuels.

Car il faut bien avouer que l’actuelle configuration est “limite utilisation” avec OpenHPSDR (Atom x5-Z8350 ,32Go eMMC, 2Go RAM). Elle fonctionne en revanche très bien avec Spark, KissConsole, QtRadio et autres clients légers, supporte sans broncher Virtual Cable et… boote en 9 secondes. Ajoutons que ces cartes sont équipées d’au moins un port USB 3.0, nécessaire pour pouvoir jouer avec des récepteurs genre AirSpy ou des transceivers tel que HackRF

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L’installation de Windows, des pilotes spécifiques Up Board et des applications ne nécessitent pas d’explication particulière. Tout au plus faut-il préciser de configurer le système en donnant la priorité aux applications, en désactivant le plus possible des “gadgets” graphiques inutiles et les services non essentiels, notamment “expérience client” ou “indexation”. Si la machine n’est appelée qu’à jouer le rôle de station radio, les services serveur peuvent également être immolés. Dans l’absolu, plutôt qu’un noyau Station, il serait préférable d’’utiliser une version Serveur de Windows, plus sobre et plus facile à configurer –et fort heureusement sans Cortana !)

Après une petite heure de gymnastique et d’échanges de clefs USB, le transceiver est opérationnel. Ci-dessus, le Compaq “rétrofité”, et relié à un Hermes Lite (version 1.0) affichant un spectre de plus de 300 kHz “plein écran”.

ET hop, prochaine étape,  retrofit du clavier et ajout d’un Airspy. Il faudra attendre quelques expéditions de Cipango, notamment un hub USB et un switch Ethernet Gigabit, lesquels seront intégrés, toujours dans ce même boitier. Le week-end sera mécanique.

Le chapitre suivant abordera l’intégration de la partie informatique –SoC, alimentation et interfaces

Alimentation générale, ouverte à toutes heures

   

Cet article est la suite du billet publié le 10 mai dernier

Beaucoup de méca et de sertissage de prise, de tergiversations sur les connecteurs à employer, les tensions nécessaires et méthodes de régulation futures prévue… mais promis, le Compaq prend vie à la fin de ce chapitre.

Pour l’heure, les alimentations seront “à découpage”, “open frame” et indépendantes selon la nature de l’élément alimenté

  • Un bloc 5V 4 Ampères pour alimenter le SOC Up board et l’écran TFT
  • Un bloc 8V 2 ou 4 ampères destiné au SDR lui-même. Ce 8 V précèdera un régulateur série qui fera retomber la tension à 5V en éliminant au passage les bruits de hachage. Technique switch/linear
  • Un bloc 13V 5 ampères pour fournir l’énergie nécessaire à l’ampli de puissance 20W. La régulation est moins critique sur les sections de “gros bourrin”, mais une attention particulière doit être apportée à la réjection en mode commun, car HF et découpage font parfois très mauvais ménage. Une alimentation qui perd les pédales, et on a vite fait  de se retrouver avec 100V en sortie… le temps –toujours trop long- que les sécurité se déclenchent.

Tous ces modules open frame sont blindé et intégrés dans le boitier de l’ancienne ailmentation. Seul le bloc 5V est installé ce jour, afin de vérifier le bon fonctionnement de l’écran et du SOC.

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L’alimentation est tellement petite qu’elle peut tenir verticalement dans le capotage d’origine.

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une plaque de polycarbonate est découpée pour servir de support aux deux autres alimentation 8 et 13 V. Compte tenu du volume d’une “5Ampères”, il serait tout à fait possible d’y loger également la carte “ordinateur”. Solution abandonnée car posant de gros problèmes de routage de câbles (notamment 1 ethernet, 1 HDMI, 5 USB)

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Un imposant filtre secteur occupe près de 10% du volume “énergies”… indispensable lorsque l’on joue avec des hautes fréquences.

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le bloc alimentation est à nouveau glissé dans le boitier principal du Compaq… quelques soudures sauvages sur l’alimentation, branchement du SOC 5V et HDMI…

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… et le bios UEFI s’affiche sur un écran couleur HD… le précédent afficheur offrait une définition phénoménale de 640×400 en émulation CGA (16 niveaux de gris) (pardon, d’orange).

Les prochaines étapes prendront un peu plus de temps :

  • Retrofit du clavier aux normes USB (inconnues à l’époque). Il est impossible d’utiliser un autre clavier pour deux raisons : sa frappe est très agréable, et il sert à protéger l’écran en position de transport… coque “custom design”
  • Ajout d’un swiitch Ethernet
  • Ajout d’un hub  USB 4 ports pour les périphériques extérieurs (clavier, souris, console DJ de pilotage du SDR).
  • Intégration d’une unité de stockage (SSD ou carte flash)
  • Intégration d’un Airspy en attendant la disponibilité des cartes Hermes Lite V2.0
  • fixation mécanique de l’amplificateur linéaire 20W
  • Ajout des deux dernières alimentation, fixation du bloc de régulation série
Le chapitre suivant abordera les choix et contraintes techniques : type de SoC, type de système d’exploitation

    Cela faisait plus de 15 ans qu’un antique Compaq386 portable, dit “lunchbox” ou “machine à coudre”, trainait dans les combles de la maison, servant de refuge tantôt aux souris, tantôt aux nids de guêpes. Triste fin pour une des machines “pro” les plus puissantes de son époque, et surtout construite avec un sérieux et une débauche de moyen sans rapport avec ce que l’on retrouve sur les Compaq/HP contemporains.

    L’utiliser pour un “retrofit” à base de Raspberry “mediacenter & retrogaming” ? pas assez overkill. En revanche,le transformer en “Autonomic Software Defined Radio” à base de Hermes Lite 2.0 l’aventure était tentante. Ce sera donc un émetteur-récepteur multimodes, capable d’être utilisée en fixe ou en station portable en situation d’urgence, offrant autant de possibilités en termes de transmissions (analogique ou numérique voix/données) que n’importe quel appareil tactique (et non, ne comptez pas sur moi pour le bomber avec des couleurs “camo”)

    Car mécaniquement, le Compaq “machine à coudre” à des arguments

    • – Ecran 10,1 pouces (tiens donc, le facteur de forme des tablettes), facilement démontable, éventuellement tactile dans un second temps
    • – Boîtier d’une solidité à toute épreuve en plastique chargé verre –des années de reportage, une bonne trentaine de tours du monde, des voyages en soute et des tests parfois limite destructifs
    • Blindé comme une coquette bâtisse de la ligne Maginot : les risques de “spurious” entre la partie numérique et radio seront limités le plus possibles
    • offrant quasiment une contenance interne de 8 litres, idéal pour y loger un SOC, un SDR et un amplificateur linéaire de 20W
    • intégrant en un seul bloc écran escamotable, clavier –un véritable clavier, pas un élevage de limaces pour adeptes de la frappe-gendarme- et unité centrale
    • Et surtout, machine possédant encore son fameux “boitier-d’extension-externe-pour-cartes-longues-format-ISA” qui, débarrassé de son fond de panier, fera un excellent bloc d’alimentation sur batteries au plomb gélifié de 12V/7Ah. C’est que ça consomme, un ampli de 20 W…

    Passons les détails : élimination de la carte mère, pulvérisation de l’électronique de l’alimentation –n’est conservé que son boîtier en alu, le ventilateur et un filtre secteur monstrueux-, atomisation du lecteur de disquettes 5,25 pouces et d’un disque dur MFM que même les moins de 30 ans ne peuvent pas connaître, et affichagectomie d’une dalle plasma norme Hercules en 800×600, fierté de son époque et vendue au prix du platine en lingot.

    Modification de l’écran

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    Tout de même, 35 mm d’espace entre le fond du boitier et la protection de dalle. Largement de quoi loger un TFT de 10,1 pouces déniché sur eBay ainsi que la carte de pilotage. Peut-être même par la suite pourrais-je même y ajouter un “dongle” SDR genre Airspy avec ou sans upconverter.

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    Les fixations de l’écran plasma d’origine sont utilisées pour maintenir une plaque de polycarbonate, laquelle supporte, d’un coté, la dalle TFT à grand renfort d’adhésif double face (les fabricants de tablettes ne font pas autrement) et de l’autre l’électronique de pilotage d’écran, maintenue par 4 entretoises filetées en 3 ISO. Une lumière de 6x60mm a été pratiquée pour que la nappe kapton sortant de l’afficheur puisse tomber dans l’axe du connecteur de la carte contrôleur.

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    L’interface de commande de l’écran est vissée sur le bord supérieur du boitier… le plus difficile dans l’histoire étant de bien mesurer l’entre-axe de chaque bouton

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    Après 3 jours de travail (dont deux passés à usiner plusieurs types de support avant de tomber sur la bonne plaque de plexi, la bonne position de l’interface, le bon câble hdmi etc- le TFT est positionné et prêt à être monté de façon permanente

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    Le bloc CPU est prêt à recevoir l’écran, qui  est fixé par un cantilever associé à deux guides latéraux

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    Et hop, retrofit de l’écran quasiment achevé. Il ne reste plus qu’à visser la façade…

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    Prochaine étape, le retrofit du clavier, ancienne matrice au standard IBM PC AT “grosse prise DIN”

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    Une fois l’écran rabattu et le clavier en position transport, la “machine à coudre est prête pour le voyage. (oui, la poignée est sympa)

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    Prochain épisode : intégration de la partie “ordinateur-alimentations, hub USB, Switch Ethernet” dans le coffret de l’alimentation. Un SOC “UP board” et un ampli 0/30 MHz 20 W (ventilos et radiateur compris) ont été posés sur les blindages internes pour donner une idée du volume utile du boitier. Et ne n’ai pas encore parlé du boitier d’extension pour batteries !

    Le chapitre suivant abordera les tests préliminaires d’intégration

    Il existe, dans le domaine des communications de loisir, bon nombre de formes d’ondes propriétaires soumises à licence et généralement liées, pour pouvoir fonctionner, à des réseaux d’opérateurs. PMR, DPMR, D-Star, System Fusion ne sont que quelques uns de ces protocoles captifs

    Les radioamateurs –qui ne souhaitent inféoder leurs communications ni aux services d’un TelCo ni à une quelconque autorité de certification autoproclamée- ont développé leur propre standard de modulation “voix numérique”, FreeDV. Et ce notamment grâce au talent de David Rowe VK5DGR, le soutiens d’un des pères de l’Open Source et de Debian Bruce Perens K6BP, aux encouragements de Phil Karn KA9Q (père du premier TCP/IP Open Source et CTO de Qualcomm), Brady O’Brien KC9TPA… et quelques dizaines d’autres bonnes volontés.

    Sans entrer dans les détails techniques, FreeDV peut être considéré comme une “boite noire” intercalée entre le micro de l’émetteur et l’émetteur lui-même. Boite noire dont le rôle est de numériser la voix, et fournir un signal acceptable par la chaine d’émission, qu’elle soit en bande latérale unique ou en FM. Le correspondant, quant à lui, doit posséder un décodeur similaire fonctionnant en réception, et capable de traiter le signal pour reconstituer le message vocale de la station émettrice. Précisons au passage qu’il n’existe pas une seule forme d’onde FreeDV, mais une collection de types de modulation, exploitant des largeurs de bande variables, des taux d’échantillonnage également variables (de 700, 800, 1600 et 2400 bits/s), et adaptés tantôt à la SSB, tantôt à la modulation de fréquence bande étroite.

    La cuisine logicielle

    La réception d’un signal FreeDV ne demande pas énormément de moyens. Une clef RTL-SDR associée à un convertisseur “déca” –ou pas, car FreeDV se développe également dans la bande VHF-, un logiciel de décodage

     

    FreeDV client

    et un câble audio virtuel capable de “brancher” la sortie audio du logiciel de réception sur l’entrée du décodeur

    vb cable config

    …. reste à trouver une station émettant en mode numérique pour décoder le flux.

    Ci-dessous, une réception en FreeDV 800XA sous Windows, avec une clef Airspy, un downconverter bricolé maison et le logiciel SDR-Sharp

    success 800XA

    Un examen attentif du spectre du signal facilite la reconnaissance du type de modulation adopté. Le décamétrique, est le royaume des émissions en FreeDV 700 B et C, 800 XA et 1600 b/s. Ci-après, respectivement, la réception d’une émission en 1600 bits par seconde –l’on voit clairement une densité d’information plus importante sur le spectre…..

    success 1600

    … et une communication en mode 700B, nettement moins surchargée.

    success3 700B

    A l’émission, la méthode de configuration est sensiblement identique –le signal du microphone est aiguillé vers le logiciel encodeur FreeDV, lequel envoie le signal numérisé vers l’’entrée “modulation numérique” du transceiver. Il faut avouer que l’opération est considérablement plus simple avec une radio logicielle telle qu’OpenHPSDR (ci-dessous) ou HDSDR.

    La seule et principale difficulté est de ne pas confondre les canaux d’entrée et de sortie… le fil rouge sur la borne bleu, le fil noir sur la borne verte…. ou l’inverse.

    config freedv tx annotate

    La cuisine matérielle

    Si l’on ne possède qu’un transceiver “old school”, il existe deux possibilités

    – Soit l’on construit –ou l’on achète “tout fait” un boitier qui se branche sur les prises micro et sortie audio de l’émetteur-récepteur

    sm1000e

    Pour l’heure, un seul modèle est disponible, le SM1000 de Rowetel. Un modèle 2000 devrait sortir courant 2017. Le prix d’une telle extension gravite aux environs de 200 euros

    – Soit l’on possède un ordinateur qui sera relié à l’émetteur… selon l’inspiration du moment. Par un câble entre l’entrée ligne de la machine et la sortie “digital audio” du TX-RX, ou bien via le connecteur USB qui délivre un signal I/Q –de plus en plus de XMTR sont ainsi équipés. L’on peut également modifier le transceiver avec une clef SDR (réception uniquement) ou un SDR “de fréquence intermédiaire” genre Softrock (émission-réception). Ces modules doivent être branchés sur la plus haute des F.I. afin de convertir les signaux analogiques reçus en signaux I/Q et lycée de Versailles. De cette modification l’on extrait des signaux I/Q récupérés soit via une liaison USB soit via des câbles audio branchés sur la carte “son” de l’ordinateur. Le reste de la chaine de traitement est purement logicielle, –HDSDR, PowerSDR, Rocky, SDR-Sharp, Quisk, GnuRadio, QTradio, Linrad, GQRX… on a l’embarras du choix, d’autant plus que les binaires FreeDV sont disponibles sous noyau Windows, Linux et OSX.

    Principales ressources

    FreeDV se télécharge (binaires, sources, spécifications) depuis le site FreeDV (http://freedv.org/tiki-index.php)

    Les évolutions et informations relatives à de nouvelles intégrations –ainsi le 2400 b/s pour transmissions FM- sont diffusées généralement via le site de David Rowe (http://www.rowetel.com/)

    La recherche d’un correspondant peut être grandement facilitée en utilisant le “qso finder”, un “cluster pour expérimentateurs” hébergé par K7VE (http://qso.freedv.org/)

    I

    I gat the music in me…

    Publié: 13 mars 2017 dans SDR

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    PowerSDR mRX, aka “openhpsdr”, version “ouverte” de PowerSDR, possède depuis un peu moins d’un an une extension logicielle destinée à interfacer n’importe quel périphérique Midi avec les commandes CAT du logiciel. A l’origine de cette idée, un radioamateur Allemand,  Tobias, DH1TW, idée reprise par les développeurs du projet HPSDR. Désormais, le tableau de paramétrage établissant la correspondance des ordres Midi et CAT se trouve sous l’onglet Setup/CAT Control/Configure Midi

    .. et précisément, le site de vente PàP “Le Bon Coin” regorge de consoles Midi pour Disk Jockey Hercules, dont les prix varient entre 10 et 40 euros. Ca ne fait pas cher au bouton  de contrôle. Les amateurs les plus exigeants peuvent brancher une table professionnelle… simple question de moyen

    Seule ombre au tableau, le fastidieux travail qui consiste à imprimer et découper des étiquettes autocollantes (ici, un film vinyle Oracal réalisé à l’imprimante laser)… et de choisir la disposition la plus ergonomique selon les goûts de chacun.