Compaq 386 & SDR retrofit (4)

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.

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.

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.

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

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

– L’entrée 220V et sa sortie filtrée

– 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

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)

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.

Au final

…. on se retrouve avec un Hermes Lite (qui aurait très bien pu être une carte Red Pitaya d’ailleurs) piloté par un Pentium quad core, affichant l’interface de Power SDR sur un écran 11 pouces (le système est dual boot, on peut également jouer avec GNU Radio, Quisk, LinHPSDR etc). L’extension “carte longue” abritera un amplificateur à LDMOS 400 W max à base de MRF 300 en push-pull. Tout en conservant la possibilité de désactiver le système internet et exploiter le SDR en station distante via réseau.

Paradoxalement, la partie la plus ennuyeuse a été de réécrire le mapping clavier, car les antiques AZERTY de la période IBM XT sont loin d’être compatibles avec les standards USB actuels (et je tenais à conserver l’extérieur du Compaq “dans son jus”)

Alexiares Retrofit : All boards are Up and Running

(French version below this text)

A short note concerning the Alexiares frontend retrofit : all boards have been built, tested, and are working “as advertized”

This set of board is a kind of “segmented” version of the original Alexiares board. Size of all pcb can fit in a 10×10 or 5×10 form factor, which is the “de facto standard” used by Chinese pcb manufactures (JLCPCB, SeeedStudio, Dirt Cheap pcb etc)

Everything has been designed to stay compatible with the “old school SPI J15/J16” Alexiares switching schema, and the “less old school” and quite universal I2C control bus. In other words, you can drive this frontend with an OpenHPSDR board (Hermes, Angelia, Orion main board), but also with a Red Pitaya programmed with Pavel Denim’s firmware , or a Hermes Lite V2 rig as designed by Steve KF7O, and, in degraded mode, Odyssey transceiver.  You can even use this set of board with a direct “decimal” control bus or a rotary switch, if you prefer the efficiency and simplicity of last century’s techniques.

Murphy’s law stroke again, as most of the first batch of boards had numerous silkmask errors. One of the “coax output” board had to be redesigned, and almost all pcb’s are now available in a bug-free (hope so) V2.0 version

All pictures and assembly instructions could be found on the Electrolab’s wiki .

The Electrolab can sell these boards at a very low price (depending on the demand), but people wishing tu run their own pcb batch can download the kicad files and generate their own Gerber files. You’ll just have to find 10 hams wishing to participate to a group-buy, and ready to spread our SDRmania all over the world for less than 2 USD per board.

The design of all PCBs are under the Open Hardware CERN licencing model (https://github.com/hughski/colorhug2-hardware/blob/master/COPYING). The electronic design itself is protected by the TAPR Open Hardware Licence (https://www.tapr.org/ohl.html).

The only exception is the Mentor board, designed by ON7EQ. The Intellectual Property belongs to ON7EQ, even if the description of the circuit and the software are offered to the Ham community.

Hope you will enjoy

Alexiares Retrofit : Toutes les cartes sont opérationnelles

Bonjour à toutes et tous

Une note rapide pour annoncer l’achèvement de la première phase du projet “Alexiares Retrofit”. Toutes les cartes ont été montées, testées, et se sont avérées opérationnelles et aisément reproductibles.

Rappelons qu’il s’agit d’une version redessinée de l’étage frontal –présélecteur, LNA, commutation d’antennes, atténuateurs etc) du projet OpenHPSDR Alexiares. A quelques différences près cependant :

Plutôt que de tenir sur deux cartes particulièrement concentrées, Alex Retrofit nécessite le montage de 7 PCB. Ce découpage permet d’utiliser le filtrage et les commutations antennes quel que soit la base matérielle utilisée : bus SPI traditionnellement utilisé sur les architectures OpenHPSDR (hermes, Angelia, Orion, HPSDR, Red Pitaya, Odyssey), bus I2C (CDG2000, Picastar, Rec Pitaya via I2C, Hermes Live V2) ou commandes directes “ancienne école” (Commutateur à galette et changement de bande manuel, bus J16 mode “penny” de l’OpenHPSDR etc)

La totalité des informations techniques et instructions de montage sont accessibles sur le Wiki de l’Electrolab. Lequel Electrolab est en mesure, dans la limite de ses stocks, de fournir les jeux de pcb du projet (hpf, lpf, carte de commande, cartes de commutation antenne, carte de réflectomètrie). Ce jeu est vendu aux environs de 30 euros, prix de revient moyenné de l’amortissement des coûts de prototypage. Le but de l’Electrolab n’est pas de faire des bénéfices sur le dos des radioamateurs “bidouilleurs”.

Cependant, si les personnes souhaitant construire ce projet parviennent à créer des petits groupes de montage, il sera plus rentables pour eux de directement récupérer les fichiers Kicad des cuivres et de les faire graver en Chine. Une série de 10 cartes identiques coûte environ 16 euros, le projet complet (sans Télémaque, sans la carte OCXO et sans Mentor) peut être concentré en 5 Gerger de 10×10 (HPF, LPF, commande SPI, réflectomètre et commande I2C, commutation coax), pour un coût totale d’environ 130 à 150 euros à partager entre 10 participants, soit 15 euros par personne. (et non 8 euros, car l’une des cartes, le LPF, est en technique 4 couches, plus coûteuse)

Je rappelle que l’ensemble du design de ces pcb est placé sous licence CERN Open Hardware, que la conception électronique originelle est sous licence TAPR Open Hardware, à l’exception de la carte de contrôle SSPA (Mentor) dont la propriété intellectuelle appartient à ON7EQ.

Tout a été fait dans ce projet pour qu’il soit accessible à des débutants radio. La seule difficulté réside dans le bobinage des tores. Pour atteindre des performances acceptables, il est nécessaire d’avoir accès à un analyseur de spectre, analyseur scalaire ou analyseur vectoriel (que n’importe quel radioclub digne de ce titre doit nécessairement posséder)

Les questions techniques et demandes d’aides peuvent être émise sur le forum de l’Electrolab, dans la section “Angelia/Hermes Lite V2.0”

Alexi2C, I2C for Red Pitaya & Hermes lite

This board is probably the simpliest of the Alexiares series. It’s an I2C interface followed by a pair of darlington drivers (ULN2803), as the PCA9555 itself cannot drive a bunch of medium power relays.

This way, people using Pavel’s firmware could cascade 2  boards with different addresses to drive 20 to 40 peripherals (lpf/hpf/bpf filters, attenuators, low noise amp, multiple antennas…) depending on the  two main “frontend protocols” Penelope (Penny) and Alexiares (Alex). Each mode is selected via an on-board jumper HE10 connector.

As usual, the pcb files and Gerbers could be found on Github 

Building the board takes less than 10 minutes if one’s have all the components ready.

A 5V 7805 Dpak regulator (optional) could be added for people wishing to use a “3 wire-ttl level” I2C bus. Red Pitaya users should NOT add this component. Theys should use instead the +3V rail located on connector E1. The PCA9555 cannot run if the 5V rail on connector E2 is used : I2C signals coming from the Red Pitaya are based on a a 3.3V logical level, and the PCA9555 datasheet specifies that SDA and SCL should be at least 70% of the Vcc value. Do the math : 3V is below 70% of 5 volts.

A +12V (+20V max) connector is reserved for powering the “common” positive input of each ULN2803 and external loads (relays most of the time)

All outputs are commented on the silkmast : Penny mode on the upper side, Alex mode on the other side of the pcb.

Boards dimensions are 5×10 cm

Any Chinese manufacturer will produce a set of 20 boards for less than 16 euros, S&H cost included

Alexandrie premier test

La toute première carte de décodage SPI Alexandrie (https://github.com/F6ITU/Alexandrie) destinée à piloter une série de filtres compatibles OpenHPSDR Alexiares (aka Alex) est fonctionnelle et sans bug majeur

Les masques de soie sont à revoir mais, coté électronique, les relais chantent au rythme des changements de bande ou d’antenne.

Prochaine étape : l’interface I2C en mode Penelope et la construction des filtres du front-end.

This board, named Alexandrie, –the green one- is an SPI interface fully compliant with the OpenHPSSDsdr Alexiares protocol. It’s a strict fork of the work done by Graham Haddock, KE9H and Phil Harman, VK6PH.

On the right hand side, the blue pcb is the TX antenna switching board (200W rated).

Not shown on this picture, several other boards could be connected and driven by Alexandrie : a RX switching board, an antialiasing filter with it’s RX/TX relay, a LPF and a HPF (1 board each) and an RF amplifier controler (voltage, current, vswr/pwr, bias control and temperature).

A second interface for people wishing to use an I2C control bus is right now under test

As Alexiares is not sold anymore and many ham are playing with HPSDR compatible systems –Red Pitaya, Hermes Lite or even home build Hermes and Angelia board built from component level-, I’ve decided to launch an “up to date” design with modern component, easy to find relays based on a more modular design.

THIS IS NOT a commercial fork. Files and gerber could be found on Github and I don’t intend to sell any of these boards. If we have some spare boards, they will be given away to any ham wishing to have one (we’ll just ask a small amount of money for the pcb and shipping cost)

Alexiares filter for home made 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 : 

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 : 

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 :

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 :

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 :

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 :

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 :

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.

Compaq 386 & SDR retrofit (4)

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.

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.

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.

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

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

– L’entrée 220V et sa sortie filtrée

– 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

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)

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.

DL2SBA’s milliwattmeter calibration

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

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.

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

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 :

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

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,….

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)

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

Your milliwattmeter is fully calibrated !

VFO-DO de W3PM…. précis et pas cher (oh, not again !)

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.

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.

Un coup de cutter sur la piste RX

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

… 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.

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

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.

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.

Le 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

MilliWattmètre 0/8 GHZ–65/0dBm pas cher

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.

Coté face…

… 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.

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

Compaq 386 & SDR retrofit (3)

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

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

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