AFEDRi SDR-Net (russian) - описание на русском - Структурная Диаграмма AFEDRI SDR-Net

 

 

Основа приемника AFEDRI SDR-Net это интегральная микросхемаAFEDRI8201 (таже самая как и использована в предыдущей версии приемника - AFEDRI SDR).Данная микросхема представляет собой так называемый Analog Front End (AFE), производится компанией Texas Instrument Company (эта деталь объявлена как NRND - не рекомендованная для новых разработок, но пока еще вполне доступна на рынке комплектующих). Мне известны две конструкции SDR использующие данную микросхему и были опубликованы на старницах интернет, они послужили стартовой точкой для начала моего проекта:

Первый проект OH2NLT, стал указателем, который направил мена на этот интересный Фронт-Энд – AFEDRI8201. С моей точки зрения это интересное решение, но это так называемая "Все в одном" конструкция, которая использует для цифровой обработки довольно слабый процессор ("DSP like") dsPIC30F6014A от Microchip Company. Этот проект малопрактичен, в основном по слеующим причинам:

1. Декодированный аудио сигнал выводится на динамики с использованием встроенного в AFEDRI8201 ЦАП который имеет разрядность всего 12 бит.

2. Слабый DSP с тактовой частотой всего 40-MHz.

3. Отсутствует возможность широкополосного приема.

Второй проект, имеет намного больше возможностей так как позволяет использовать персональный компьютер (ПК) для цифровой обработки сигнала, но для передачи потока данных от приемника к ПК использует плату для отладки FPGA (evaluation board), в данной архитектуре, как мне кажется использование FPGA чрезмерно - это как стрельба из пушки по воробьям.

В начале проекта были поставлены следующие цели:

1 Использование микросхемы AFEDRI8201 как основы приемника с прямой выборкой ВЧ сигнала

2. Приемник должен подключаться к персональному компьютреу через USB интерфейс.

3. С точки зрения операционной системы, приемник должен определятся, как обыкновенное аудио устройство (USB Audio Device), которое не нуждается ни в каких дополнительных драйверах, а только тех, что имеются сегодня в любой Операционной Системе

4. Вместе с тем приемник должет передавать на ПК поток комплексных данных разрядностью 16-бит (I и Qканалы) с частотой выборки до 250кГц.

5. Новый SDR сможет использовать существующее програмное обеспечение для цифровой обработки сигнала, такое как Linrad, Winrad, HDSDR, под управлением как Windows так и Linux ОС.

6. Минимальная цена.

Результат дальнейшей разработки проекта под названием AFEDRI SDR - это описываемый здесь приемник  AFEDRI SDR-Net который имеет следующие дополнительные функции (по отношению к первоначальному варианту):

1. Добавлен 100мбит/с сетевой интерфейс (LAN)

2. Использован новый ARM микроконтроллер - STM32F107VC

3. Использован новый предусилитель с программируемум усилением VGA - AD8369

4. Использована новая микросхема CPLD (в 2 раза большей енкости).

5. Добавлен дополнительный, опциональный импульсный стабилизатор  питания (DC/DC converter), для опционального подключения приемника к внешнему источнику постоянного напряжения 12.6V.

Структурная схема приемника AFEDRI SDR-Net приводится ниже:

Краткое описание структурной схемы приемника:

LPF - (ФНЧ) Фильтр Низких Частот, используется как антиалиасинг (anti-aliasing) фильтр с полосой пропускания от 0 до ~30MHz (или любое другое значение меньше частоты Найквиста).

Может быть заменен на полосовой фильтр (BPF) для желаемой частоты приема , для приема alias частот , для случая когда частота приема расположена вышечастоты Найквиста (например example 50MHz, 70MHz, 108MHz). Например AFEDRI SDR-Net может быть использован для приема вещательных WFM  станций диапазона (88-108MHz), естественно, с некоторым ухудшением чувствительности приемника.

VGA - Variable Gain Amplifier (усилитель с регилируемым усилением), он построен с использованием микросхемы AD8369 от Analog Devices, в данном проекте он настроен на следующий диапазон усиления/ослабления  -10dB up to 35dB.

RF Switch - переключатель используемый в версии с поддержкой VHF/SHF SDR используется для переключения аналогового ВЧ сигнала для приема КВ диапазонов (VGA) или VHF  диапазона (R820T2).

VHF/SHF Front End - Аналоговый Font End чип для приема в диапазоне VHF/SHF , основан на микросхеме R820T2  (как в RTL "свистке")

HPF - Фильтр Высокой частоты необходимый для приема в VHF/SHF диапазоне.

TCXO - Температурно компенсированный Кварцевый  +/- 0.5ppm генератор, исшпользуется как опорный генератор для микросхемы  R820T2.

VHF/SHF Power Switch - ключ питания 3.3V для запитки микросхемы R820T2  (когда ведется прием в VHF/SHF диапазонах)

DDC Front End - т.е. Analog Front End выполнен на микросхеме AFEDRI8201PBF, это "сердце" SDR, обеспечивает выборку входного (RF) сигнала с частотой 80МГц, цифровое преобразование сигнала и фильтрацию, выходной поток данных передается с помощью специализированного последовательного интерфейса, который схож со стандартным I2S но не 100% совместим, для примера используемый в проекте процессор (CPU), нуждается в помощи внешней микросхемы CPLD для успешного приема потока данных. Более подробная информация может быть найдена в описании микросхемы.

FPGA - программируемая логическая матрица, основная функция этой микросхемы преобразование специфического, последовательного потока данных передаваемых микросхемой Фронт-Энд в поток данны имеющий формат, который может быть принят микропроцессором (CPU).

CPU - микропроцессор архитектуры ARM Cortex-M3 - STM32F207VC (or STM32F207VC), from ST Microelectronics, осуществляет контроль над микросхемой Фронт-энд (AFEDRI8201) используя дополнительную последовательную (SPI) контрольную шину, а также принимает поток данных от микросхемы Фронт-Энд и перенаправляет его в персональный компьютер используя сетевое или USB соединение.

Ethernet (RMII PHY) - Ethernet трансивер физического уровня, служит в качестве интерфейса между локальной сетью (LAN)  и микропороцессором (CPU)

Power Supply - В целом приемник получает питание напряжением 5В от USB интерфейса, также имеется три дополнительных линейных стабилизатора напряжения +1.8В, 3.3В - цифровое and 3.3В аналоговое, которые вырабатывают необходимые напряжения от общей шины напряжения 4.5В-5В.

External Power Supply - используется как альтернативный импульсный стабилизатор питания при подключении к внешним источникам постоянного напряжения (DC source). Дополнительными источниками являются, например, аккумуляторная батарея или блок питания трансивера. Диапазон напряжений внешнего источника питания - 7.5V..15V.

Power Switch - автоматически переключает питание между USB и внешним источником.

Полная принципиальная схема приеника AFEDRI SDR-Net может быть найдена на страничке Download.