Pred kratkim sem prejel svojo novo Pi Pico 2 ploščo in jo vključil v SDR z minimalnimi spremembami kode. Kljub začetnim pričakovanjem, da bodo izboljšave le obrobne, je bilo povečanje zmogljivosti impresivno.
Ključni izboljšavi računalnika Pi Pico 2 sta enota s plavajočo vejico (FPU) in DSP koprocesor. Čeprav je koda za SDR sprejemnik napisana v aritmetiki s fiksno vejico, hitrejša taktna frekvenca Pica 2 omogoča znatno zmanjšanje obremenitve procesorja – s približno 80 % pri prvotnem Picu na približno 40 % pri Picu 2, slika 1.
Pico 2 ponuja izbiro procesorjev: ARM Cortex M33 ali RISC-V Hazard 3. Preizkusil sem oba in ugotovil, da je njuna zmogljivost v tej aplikaciji s fiksno vejico podobna. Uspeh procesorja RISC-V nakazuje, da bomo v prihodnjih projektih morda videli več teh procesorjev, slika 2.
Ta vsebina je samo za naročnike
Zanimalo me je, ali bo odpravljanje znane napake ADC v Picu vplivalo na zmogljivost SDR. Po preizkušanju praga šuma v različnih pasovih nisem ugotovil nobene merljive ali opazne razlike. Glede na to, da SDR povpreči na stotine vzorcev, se morebitni občasni slabi odčitki ADC verjetno izgubijo v šumu, slika 3.
Povečana frekvenca takta pri Pi Pico 2 omogoča tudi boljšo ločljivost lokalnega oscilatorja, kar izboljša zmogljivost SDR, zlasti v višjih frekvenčnih pasovih. Čeprav je izboljšava skromna – le nekaj kHz – prispeva k bolj predvidljivemu delovanju na višjih frekvenčnih pasovih.
Sprejemanje Weather FAX
Prejel sem komentar z vprašanjem, ali je mogoče SDR uporabiti za sprejemanje vremenskih faksov. Čeprav tega še nisem poskusil, sem poskusil z zvočno kartico in programom Fldigi na osebnem računalniku. Nastavitev je delovala brez težav in uspešno prenašala vremenske zemljevide. To je res zanimiva tehnična rešitev, saj je precej impresivno, da se lahko ozkopasovni visokofrekvenčni kanal uporablja za prenos FAX podatkov, hkrati pa je tudi dokaz spretnosti ljudi, ki lahko berejo in razlagajo te zemljevide, slika 4.
Alternative za operacijske ojačevalnike
Dodatna težava pri gradnji je bila razpoložljivost komponent, zlasti operacijskih ojačevalnikov. Na srečo operacijski ojačevalniki, uporabljeni v tem projektu, niso posebej specifični in ustrezni nadomestki so široko dostopni. Tukaj so ključne specifikacije, ki jih je treba iskati pri operacijskih ojačevalnikih za ta SDR.
Delovna napetost
Projekt uporablja 3,3 V izhod iz pico modula za krmiljenje Tayloejevega detektorja. To je predvsem zato, da napetost ostane konstantna ne glede na raven napolnjenosti baterije. To tudi pomeni, da nam ni treba skrbeti, da bi prekomerno napajali ADC, ki deluje le pri napetosti do 3,3 V. Začetna točka je izbira dvojnega izhoda z minimalno napajalno napetostjo 3 V ali manj.
Produkt pasovne širine in ojačenja
Glede na zmanjšano pasovno širino detektorja (12 kHz) in ojačenje 600 zadostuje produkt pasovne širine približno 10 MHz.
Šum operacijskega ojačevalnika
Dan Tayloe v svojem članku [1] navaja nekaj smernic o specifikaciji šuma ojačevalnika in predstavlja formulo za izračun minimalnega zaznavnega signala na podlagi zmogljivosti operacijskega ojačevalnika, tabela 1.
Šum naprav v okolju
Tabela 2, graf primerja pričakovano zmogljivost sprejemnika z ravnmi šuma v pasu. Vidimo, da bi moral ojačevalnik z šumnim številom 9 nV/√Hz zagotavljati primerljivo zmogljivost s tipičnim sprejemnikom in v večini okoliščin ne bi omejeval zmogljivosti sprejemnika, slika 5.
Izbral sem nekaj najcenejših operacijskih ojačevalnikov, ki izpolnjujejo to specifikacijo, in jih preizkusil v sprejemniku, slika 6.
GBP (MHz) Šumno število (nV/√Hz) Cena (GBP) DIP ohišje
MCP6292 10 8.7 0.82 Da
MCP6022 10 8.7 1.44 Da
MCP662 60 6.8 1.25 Ne
OPA2607 50 3.8 1.26 Ne
OPA1662 22 3.3 1.44 Ne
LT6231 215 1.1 6.25 Ne
LTC6227 420 1 7.53 Ne
Vsi te ojačevalniki so bili preizkušeni in so delovali brez težav. Pri delovanju ni bilo opaznih razlik, zato pri tej zasnovi ni vredno uporabljati dragih ojačevalnikov. Če težko najdete pravi ojačevalnik, razmislite o prilagoditvi zasnove za delovanje s 5V napravami, kar razširi nabor razpoložljivih komponent.
Dodatne izboljšave
Raziskoval sem tudi možnost, da bi SDR dodal zunanji ojačevalnik in zvočnik. Čeprav se poceni računalniški zvočniki dobro obnesejo, bi bil lahko vgrajen zvočnik priročnejši, zlasti za prenosno uporabo. Na voljo so različne možnosti ojačevalnikov nizke moči, s katerimi lahko nastavitev prilagodite svojim posebnim potrebam in proračunu, slika 7.
Odločil sem se za uporabo poceni modula PAM8403 [3]. Te je mogoče dobiti poceni in lahko zagotovijo do 3 W izhodne moči v 4 ohmsko breme. Deluje v D razredu, ki omogoča učinkovitost do 90 %, zaradi česar je idealen za prenosne aplikacije. Modul, kot je bil dobavljen, uporablja vhodne upore 10k Ohmov, kar pomeni, da je ojačenje za to aplikacijo previsoko, zato sem jih zamenjal z upori 100k Ohmov, da je ojačenje približno 2-kratno, slika 8.
Vključil sem preprosto stikalo za izolacijo ojačevalnika, kadar zvočnik ni potreben, vendar bi to lahko dosegli tudi s stikalom v vtiču za slušalke.
Na voljo so številni majhni zvočniki, njihova kakovost pa se lahko razlikuje. V vsakem primeru lahko zatesnjeno ohišje izboljša kakovost zvoka. Zvočniki v tem cenovnem razredu nimajo podrobnih specifikacij, običajno sta navedeni le impedanca in nazivna moč, zato ni mogoče narediti ničesar prefinjenega. Na tej strani [4] je navedenih nekaj preprostih pravil.
Na zadnji strani ohišja sem uporabil nekaj samolepilnega filca, ki pomaga absorbirati odmeve, slika 9.
Zaključek
Projekt SDR se še naprej razvija, v prihodnosti pa so načrtovane številne nadgradnje in izboljšave.
Viri:
1: https://www.norcalqrp.org/files/Tayloe_mixer_x3a.pdf
2: https://www.itu.int/dms_pubrec/itu-r/rec/p/R-REC-P.372-7-200102-S!!PDF-E.pdf
3: https://tinyurl.com/yzrsuykt
4: https://www.digikey.pl/pl/articles/best-practices-for-designing-micro-speaker-enclosures
Povzeto po:
https://101-things.readthedocs.io/en/latest/breadboard_radio.html
