SoftRock v6 RxTx
Техника SDR 22:46 / 03.07.2008 31 685
Bevor auf die Sendesignalaufbereitung speziell eingegangen wird, soll hier noch einmal das Grundprinzip des SoftRock dargestellt werden. Aufgrund vieler e-Mails und Telefonanrufe mit grundlegenden Fragen soll dies etwas ausführlicher geschehen. Zunächst wird der Empfänger betrachtet. Von der Antenne kommend liegen Signale im ganzen hier betrachteten Kurzwellenbereich am Eingang des SoftRock-Empfängers an. Im Eingang befindet sich zwar ein Bandpassfilter, bei seiner Bandbreite von einigen MHz wird es aber hier nicht weiter betrachtet. Dieses breitbandige Signal wird einem ?Quadrature Sampling Detector? QSD zugeführt. Hier wird ein Ausschnitt des anliegenden Frequenzspektrums um die Frequenz fLO in das Basisband um 0 Hz umgesetzt. Der eingesetzte QSD nach Dan Tayloe N7VE benötigt zur Ansteuerung vier um jeweils 90° phasenverschobene Signale mit der Frequenz fLO. Diese Signale werden von einem Quarzoszillator mit der vierfachen Frequenz abgeleitet. Am Ausgang des QSD stehen die beiden I-(In-Phase) und Q-(Quadratur-Phase) Basisbandsignale an. Zur Anpassung an die Eingangspegel und den Dynamikbereich einer Soundkarte werden diese Signale noch mit je einem rauscharmen Operationsverstärker verstärkt. Über die Sampling-Kondensatoren des QSD und die Gegenkopplung der Operationsverstärker wird die Bandbreite der I/Q-Signale passend zur oberen Grenzfrequenz der Soundkarte von fab/2 begrenzt, wobei fab die Abtastfrequenz der Soundkarte ist.
Die beiden analogen I- und Q-Signale werden anschließend über den ?Line-In? Stereo-Eingang der Soundkarte digitalisiert und im PC dann weiterverarbeitet. Der Empfänger wird nun softwaremäßig im gesamten NF Frequenzbereich des Basisbandes von fLO ? fab/2 bis fLO + fab/2 abgestimmt. In der digitalen Signalverarbeitung (DSP) wird ein Frequenzbereich entsprechend der gewählten Betriebsart herausgefiltert und zur Demodulation genutzt. Über den Soundkartenausgang steht dann wie gewohnt das NF-Signal für den Lautsprecher zur Verfügung.
Für den Sendezweig gilt nun die umgekehrte Reihenfolge. Das Mikrofonsignal wird über die Soundkarte digitalisiert. Mittels der DSP im PC werden daraus die I- und Q-Signale auf dem virtuellen Träger fSNF = fENF = fE - fLO berechnet. Diese stehen dann nach DA-Wandlung am Ausgang der Soundkarte an und werden in den Modulatoreingang des SoftRock-Sendezweiges eingespeist. Bei Telegrafiebetrieb wird im PC ein Ton anstelle des Mikrofonsignals berechnet, gleich bei frequenz entsprechend dem virtuellen Träger und der eingestellten CW-Tonlage (Pitch).
In Umkehrung des QSD wird nun im ?Quadrature Sampling Exciter? (QSE) das eigentliche Sendesignal bei der Frequenz fS = fE erzeugt. Die Unterdrückung des unerwünschten Seitenbandes, also das Signal symmetrisch zur Trägerfrequenz fLO wird bestimmt durch die Gleichheit der Amplituden und die Genauigkeit in den Phasenlagen der I/Q-Signale. Die Trägerunterdrückung wird bestimmt durch die Symmetrie der Schalter im QSE. Im Anschluss an den QSE folgt die übliche Verstärkung des Sendesignals.
Die 3 Platinen des Empfängers SoftRock v.6.1, der Sendesignalerzeugung (QSE Board) und der kleinen PA hat Tony, KB9YIG auf einer Platine zum 'SoftRock v6 RxTx' integriert. Eine kleine Serie von Beta Kits hat aufgrund der zahlreichen Rückmeldungen inzwischen zu dem endgültigen Schaltungs- und Platinenentwurf geführt. Als letztes wurde die kleine PA komplett überarbeitet. Für diese PA hat Tony 'Daughter Board' entworfen, das auf die entsprechenden Teile der SR6 RXTX Platine ersetzt. Hier zunächst die Schaltung Beta-Version des RXTX-Kits:
Zwei ganz wesentliche Г„nderungen wurden notwendig.
1. Die Operationsverstärker U1 und U2 vom Typ TLC2262 sind zu schwach für angeschlossene Last und sind damit Grund für Verzerrungen der NF-Signale am Schaltermischer. Sie werden durch die Typen TLV2462 ersetzt.
2. Zur Linearisierung des Schalters FST3253 werden 100 Ohm Widerstände vor dem Trafo T1 eingefügt. So wird eine sichere Trägerunterdrückung von >50 dB erreicht.
3. Die Ausgangsleistung der PA mit dem 2N3866 ist zu gering und insbesondere gibt es Probleme mit der Linearität. Diese PA wird daher komplett ersetzt. Für die Beta-Kits gibt es das 'PA Daughter Board'als Kit. Ich konnte mit dieser Baugruppe 1,3 Watt im linearen Betrieb an Ausgangsleistung erzeilen können. Es folgen hier die Schaltung und ein Foto der SR6 RXTX Platine mit dem 'PA Daughter Board'.
Jan, G0BBP hat einen ausfГјhrlichen Bericht zum RxTxv.6.1 auf der Basis des Beta-Kits mit dem Daughter Board zur VerfГјgung gestellt. Er kann auch hier heruntergeladen werden: Testbericht SoftRock RXTXv.6.1 (mit der rechten Maustaste anklicken, dann 'Speichern unter...')
Weiter steht ein sehr informativer Bericht von Tom, DG8SAQ zur neuen PA auf seiner Webseite bereit. Interessant ist auch der Hinweis auf seinen Vector Network Analyzer, der zur Veröffentlichung in der QEX (ARRL) und cqDL angekündigt ist.
Hier nun die endgültige Schaltung des SoftRock-Transceivers, jetzt die Version RxTxv6.1. Bausätze werden voraussichtlich ab Mitte Januar 2007 zur Verfügung stehen. Um Soundkarten mit nur einem 'Line-Out' Ausgang nutzen können, ist der Kopfhörerausgang nun abschaltbar mit dem PTT-Signal. Das 'Line-Out'-Signal gelangt dann zum QSE.
Hier stehen die aktuellen Unterlagen vom 12. Februar 2007 zum Download bereit. Es wird empfohlen dies mit der rechten Maustaste und dann 'Speichern unter ...' zu starten. Die letzte Г„nderung betrifft einen 100nF SMD Kondensator am Gate des Schalttransistors Q6 (2N7000).
.... The schematic update shows an added bypass capacitor at the gate of Q6 to circuit ground to take care of a problem where Q6 was conducting improperly during TX.....
Dadurch wurde der Stromverbrauch im Sendebetrieb deutlich reduziert.
Die Schaltungsunterlagen Teil 3 enthalten nun auch die Bauteileangaben fГјr die Versionen '40m/30m' und '160m'.
In den Aufbauhinweisen (Builder's Notes) verweist Tony auf einen IQ-Signalgenerator von DL6IAK. Ich empfehle einen aus meiner Sicht noch besser bedienbaren Software-Signalgenerator IQOUT von M0KGK, auf seiner Webseite unter den Tools zu finden.
Der Transceiver Bausatz wird in der Grundversion als 40m/80m Gerät angeboten. Die Bandpassfilter sind so ausgelegt, dass der Empfangs- und Sendebetrieb grundsätzlich für beide Bänder klappt. Das Ausgangsfilter der PA ist für 40m abgestimmt, d.h. für den 80m Sendebetrieb wird ein zusätzliches externes Tiefpassfilter notwendig. Ich haben vor, eine Platine speziell für den 80m Betrieb mit Filtern auszustatten. Für den 80m Betrieb sind die Quarze zwischen 14 MHz und 15 MHz einsetzbar, wie es im Bereich des SoftRockv.6.0 beschrieben wird.
Ich bin mit Tony, KB9YIG im Gespräch, noch weitere Quarzfrequenzen für das 80m Band anbieten zu können. Geht man von der Standard-Soundkarte mit 48 kHz Abtastrate aus, so sind Quarze für Mittenfrequenzen mit einem Abstand von 40kHz sinnvoll. Mit den vorhandenen preiswerten Computerquarzen ist dies derzeit nicht ereichbar. Tony wird mir in der nächsten Zeit einige Muster mit anderen Frequenzen zusenden, bei genügend Interesse können dann auch noch andere Frequenzen kostengünstig gefertigt werden, Einzelheiten dazu folgen. Damit wird dieser SDR Transceiver speziell auch für die Einsteigerlizenzen (DO) interessant.
Hier nun zwei Fotos meiner bestückten und auch schon getesteten Platinen. Ein 'Klick' auf die Fotos zeigt sie in höherer Auflösung.
Software fГјr den Transceiverbetrieb
Als Software fГјr den Transceiverbetrieb stehen inzwischen die folgenden Programme zur VerfГјgung:
Duncan, M0KGK eine erweiterte Version seines bewährten Programms KGKSDR an. Mit KGKSDR 1.1 sind alle Betriebsarten möglich. Bemerkenswert ist der I/Q-Abgleich für den Sendebetrieb. In einem Schritt zusammen mit einem getrennten Empfänger oder Spektrumanalyzer werden Tabellen für den Abgleich im Sendebetrieb generiert. Zusammen mit KGKSDR 1.1 ist der Betrieb von WinPSK und MultiPSK möglich, ohne ein weitere Soundkarte einsetzen zu müssen. Damit sind alle fast alle digitalen Betriebsarten möglich. Cesco, HB9TLK stellt diese Ergänzung zur Verfügung: Digimodes mit dem SoftRock Transceiver
Alex, VE3NEA bietet mit Rocky 3.0 ein ausgezeichnetes CW Transceiverprogramm an, zur Zeit nur für CW-Betrieb, aber da mit integriertem Keyer (Software). SSB-Betrieb kommt später hinzu: Rocky 3.0
Eine angepasste Version von PowerSDR stellt Guido,PE1NNZ bereit. Einzelheiten sind hier zu finden: angepasste Version von PowerSDR. Das Handbuch zu dieser Software liegt hier: angepasste Version von PowerSDR.
Hier zwei Fotos meines Testaufbaus des Transceivers, der auch schon den ersten Praxistest auf dem 40m Band bestanden hat. Um die Fotos mit höherer Auflösung betrachten zu können, bitte auf die Fotos 'klicken'.
Inzwischen habe ich auch meine 80m Version des Transceivers fertig aufgebaut. Ich habe die Filter für 80m neu dimensioniert, speziell das Tiefpassfilter für die PA direkt auf der Platine. Ebenso wurde der OpAmp U8 TLV2462 ersetzt durch einen OPA2228. Die Verstärkung von 100 mit dem TLV2462 füherte zu einer aus meiner Sicht für den QRP CW Betrieb zu geringen Empfindlichkeit (ein MDS von ungefähr -111dBm). Da der TLV2462 nur ein 'Gain-Bandwidth-Product' GBW von 6,4 MHz besitzt, hier aber eine Verstärkung von 499 bei einer NF-Bandbreite größer 48 kHz realisiert werden soll. Dies entspricht einem geforderten GBW >24 MHz. Der OPA2228 besitzt ein GBW von 33 MHz. Es wurden die Widerstände R49/R50 durch 4.99k und die Kondensatoren C46/C47 durch 220pF ersetzt. Für diese Ausführung habe ich ein MDS von -125dBm gemessen. Mit den folgenden 8 umschaltbaren Quarzen decke ich nun fast 90% des 80m Bandes ab.
nominelle Abstimmbereich gemessene
Quarzfrequenz -20 kHz bis +20 kHz Mittenfrequenz
1. 14.0600 MHz 3.495 -> 3.515 -> 3.535 3.513697 MHz
2. 14.2000 MHz 3.530 -> 3.550 -> 3.570
3. 14.3180 MHz 3.560 -> 3.580 -> 3.600 3.578547 MHz
4. 14.5000 MHz 3.605 -> 3.625 -> 3.645 3.624444 MHz
5. 14.6900 MHz 3.653 -> 3.673 -> 3.693 3.672837 MHz
6. 14.7460 MHz 3.667 -> 3.687 -> 3.707 3.685251 MHz
7. 14.8500 MHz 3.693 -> 3.713 -> 3.733 3.711677 MHz
8. 15.0000 MHz 3.730 -> 3.750 -> 3.770 3.748755 MHz
Der Abstimmbereich wurde hier mit nur +/-20 kHz angenommen, man kann aber
von mehr ausgehen, mindestens +/-22 kHz.
Hier nun 2 Fotos des mechanisch auch fast fertigen Aufbaus.
Die beiden analogen I- und Q-Signale werden anschließend über den ?Line-In? Stereo-Eingang der Soundkarte digitalisiert und im PC dann weiterverarbeitet. Der Empfänger wird nun softwaremäßig im gesamten NF Frequenzbereich des Basisbandes von fLO ? fab/2 bis fLO + fab/2 abgestimmt. In der digitalen Signalverarbeitung (DSP) wird ein Frequenzbereich entsprechend der gewählten Betriebsart herausgefiltert und zur Demodulation genutzt. Über den Soundkartenausgang steht dann wie gewohnt das NF-Signal für den Lautsprecher zur Verfügung.
Für den Sendezweig gilt nun die umgekehrte Reihenfolge. Das Mikrofonsignal wird über die Soundkarte digitalisiert. Mittels der DSP im PC werden daraus die I- und Q-Signale auf dem virtuellen Träger fSNF = fENF = fE - fLO berechnet. Diese stehen dann nach DA-Wandlung am Ausgang der Soundkarte an und werden in den Modulatoreingang des SoftRock-Sendezweiges eingespeist. Bei Telegrafiebetrieb wird im PC ein Ton anstelle des Mikrofonsignals berechnet, gleich bei frequenz entsprechend dem virtuellen Träger und der eingestellten CW-Tonlage (Pitch).
In Umkehrung des QSD wird nun im ?Quadrature Sampling Exciter? (QSE) das eigentliche Sendesignal bei der Frequenz fS = fE erzeugt. Die Unterdrückung des unerwünschten Seitenbandes, also das Signal symmetrisch zur Trägerfrequenz fLO wird bestimmt durch die Gleichheit der Amplituden und die Genauigkeit in den Phasenlagen der I/Q-Signale. Die Trägerunterdrückung wird bestimmt durch die Symmetrie der Schalter im QSE. Im Anschluss an den QSE folgt die übliche Verstärkung des Sendesignals.
Die 3 Platinen des Empfängers SoftRock v.6.1, der Sendesignalerzeugung (QSE Board) und der kleinen PA hat Tony, KB9YIG auf einer Platine zum 'SoftRock v6 RxTx' integriert. Eine kleine Serie von Beta Kits hat aufgrund der zahlreichen Rückmeldungen inzwischen zu dem endgültigen Schaltungs- und Platinenentwurf geführt. Als letztes wurde die kleine PA komplett überarbeitet. Für diese PA hat Tony 'Daughter Board' entworfen, das auf die entsprechenden Teile der SR6 RXTX Platine ersetzt. Hier zunächst die Schaltung Beta-Version des RXTX-Kits:
Zwei ganz wesentliche Г„nderungen wurden notwendig.
1. Die Operationsverstärker U1 und U2 vom Typ TLC2262 sind zu schwach für angeschlossene Last und sind damit Grund für Verzerrungen der NF-Signale am Schaltermischer. Sie werden durch die Typen TLV2462 ersetzt.
2. Zur Linearisierung des Schalters FST3253 werden 100 Ohm Widerstände vor dem Trafo T1 eingefügt. So wird eine sichere Trägerunterdrückung von >50 dB erreicht.
3. Die Ausgangsleistung der PA mit dem 2N3866 ist zu gering und insbesondere gibt es Probleme mit der Linearität. Diese PA wird daher komplett ersetzt. Für die Beta-Kits gibt es das 'PA Daughter Board'als Kit. Ich konnte mit dieser Baugruppe 1,3 Watt im linearen Betrieb an Ausgangsleistung erzeilen können. Es folgen hier die Schaltung und ein Foto der SR6 RXTX Platine mit dem 'PA Daughter Board'.
Jan, G0BBP hat einen ausfГјhrlichen Bericht zum RxTxv.6.1 auf der Basis des Beta-Kits mit dem Daughter Board zur VerfГјgung gestellt. Er kann auch hier heruntergeladen werden: Testbericht SoftRock RXTXv.6.1 (mit der rechten Maustaste anklicken, dann 'Speichern unter...')
Weiter steht ein sehr informativer Bericht von Tom, DG8SAQ zur neuen PA auf seiner Webseite bereit. Interessant ist auch der Hinweis auf seinen Vector Network Analyzer, der zur Veröffentlichung in der QEX (ARRL) und cqDL angekündigt ist.
Hier nun die endgültige Schaltung des SoftRock-Transceivers, jetzt die Version RxTxv6.1. Bausätze werden voraussichtlich ab Mitte Januar 2007 zur Verfügung stehen. Um Soundkarten mit nur einem 'Line-Out' Ausgang nutzen können, ist der Kopfhörerausgang nun abschaltbar mit dem PTT-Signal. Das 'Line-Out'-Signal gelangt dann zum QSE.
Hier stehen die aktuellen Unterlagen vom 12. Februar 2007 zum Download bereit. Es wird empfohlen dies mit der rechten Maustaste und dann 'Speichern unter ...' zu starten. Die letzte Г„nderung betrifft einen 100nF SMD Kondensator am Gate des Schalttransistors Q6 (2N7000).
.... The schematic update shows an added bypass capacitor at the gate of Q6 to circuit ground to take care of a problem where Q6 was conducting improperly during TX.....
Dadurch wurde der Stromverbrauch im Sendebetrieb deutlich reduziert.
Die Schaltungsunterlagen Teil 3 enthalten nun auch die Bauteileangaben fГјr die Versionen '40m/30m' und '160m'.
In den Aufbauhinweisen (Builder's Notes) verweist Tony auf einen IQ-Signalgenerator von DL6IAK. Ich empfehle einen aus meiner Sicht noch besser bedienbaren Software-Signalgenerator IQOUT von M0KGK, auf seiner Webseite unter den Tools zu finden.
Der Transceiver Bausatz wird in der Grundversion als 40m/80m Gerät angeboten. Die Bandpassfilter sind so ausgelegt, dass der Empfangs- und Sendebetrieb grundsätzlich für beide Bänder klappt. Das Ausgangsfilter der PA ist für 40m abgestimmt, d.h. für den 80m Sendebetrieb wird ein zusätzliches externes Tiefpassfilter notwendig. Ich haben vor, eine Platine speziell für den 80m Betrieb mit Filtern auszustatten. Für den 80m Betrieb sind die Quarze zwischen 14 MHz und 15 MHz einsetzbar, wie es im Bereich des SoftRockv.6.0 beschrieben wird.
Ich bin mit Tony, KB9YIG im Gespräch, noch weitere Quarzfrequenzen für das 80m Band anbieten zu können. Geht man von der Standard-Soundkarte mit 48 kHz Abtastrate aus, so sind Quarze für Mittenfrequenzen mit einem Abstand von 40kHz sinnvoll. Mit den vorhandenen preiswerten Computerquarzen ist dies derzeit nicht ereichbar. Tony wird mir in der nächsten Zeit einige Muster mit anderen Frequenzen zusenden, bei genügend Interesse können dann auch noch andere Frequenzen kostengünstig gefertigt werden, Einzelheiten dazu folgen. Damit wird dieser SDR Transceiver speziell auch für die Einsteigerlizenzen (DO) interessant.
Hier nun zwei Fotos meiner bestückten und auch schon getesteten Platinen. Ein 'Klick' auf die Fotos zeigt sie in höherer Auflösung.
Software fГјr den Transceiverbetrieb
Als Software fГјr den Transceiverbetrieb stehen inzwischen die folgenden Programme zur VerfГјgung:
Duncan, M0KGK eine erweiterte Version seines bewährten Programms KGKSDR an. Mit KGKSDR 1.1 sind alle Betriebsarten möglich. Bemerkenswert ist der I/Q-Abgleich für den Sendebetrieb. In einem Schritt zusammen mit einem getrennten Empfänger oder Spektrumanalyzer werden Tabellen für den Abgleich im Sendebetrieb generiert. Zusammen mit KGKSDR 1.1 ist der Betrieb von WinPSK und MultiPSK möglich, ohne ein weitere Soundkarte einsetzen zu müssen. Damit sind alle fast alle digitalen Betriebsarten möglich. Cesco, HB9TLK stellt diese Ergänzung zur Verfügung: Digimodes mit dem SoftRock Transceiver
Alex, VE3NEA bietet mit Rocky 3.0 ein ausgezeichnetes CW Transceiverprogramm an, zur Zeit nur für CW-Betrieb, aber da mit integriertem Keyer (Software). SSB-Betrieb kommt später hinzu: Rocky 3.0
Eine angepasste Version von PowerSDR stellt Guido,PE1NNZ bereit. Einzelheiten sind hier zu finden: angepasste Version von PowerSDR. Das Handbuch zu dieser Software liegt hier: angepasste Version von PowerSDR.
Hier zwei Fotos meines Testaufbaus des Transceivers, der auch schon den ersten Praxistest auf dem 40m Band bestanden hat. Um die Fotos mit höherer Auflösung betrachten zu können, bitte auf die Fotos 'klicken'.
Inzwischen habe ich auch meine 80m Version des Transceivers fertig aufgebaut. Ich habe die Filter für 80m neu dimensioniert, speziell das Tiefpassfilter für die PA direkt auf der Platine. Ebenso wurde der OpAmp U8 TLV2462 ersetzt durch einen OPA2228. Die Verstärkung von 100 mit dem TLV2462 füherte zu einer aus meiner Sicht für den QRP CW Betrieb zu geringen Empfindlichkeit (ein MDS von ungefähr -111dBm). Da der TLV2462 nur ein 'Gain-Bandwidth-Product' GBW von 6,4 MHz besitzt, hier aber eine Verstärkung von 499 bei einer NF-Bandbreite größer 48 kHz realisiert werden soll. Dies entspricht einem geforderten GBW >24 MHz. Der OPA2228 besitzt ein GBW von 33 MHz. Es wurden die Widerstände R49/R50 durch 4.99k und die Kondensatoren C46/C47 durch 220pF ersetzt. Für diese Ausführung habe ich ein MDS von -125dBm gemessen. Mit den folgenden 8 umschaltbaren Quarzen decke ich nun fast 90% des 80m Bandes ab.
nominelle Abstimmbereich gemessene
Quarzfrequenz -20 kHz bis +20 kHz Mittenfrequenz
1. 14.0600 MHz 3.495 -> 3.515 -> 3.535 3.513697 MHz
2. 14.2000 MHz 3.530 -> 3.550 -> 3.570
3. 14.3180 MHz 3.560 -> 3.580 -> 3.600 3.578547 MHz
4. 14.5000 MHz 3.605 -> 3.625 -> 3.645 3.624444 MHz
5. 14.6900 MHz 3.653 -> 3.673 -> 3.693 3.672837 MHz
6. 14.7460 MHz 3.667 -> 3.687 -> 3.707 3.685251 MHz
7. 14.8500 MHz 3.693 -> 3.713 -> 3.733 3.711677 MHz
8. 15.0000 MHz 3.730 -> 3.750 -> 3.770 3.748755 MHz
Der Abstimmbereich wurde hier mit nur +/-20 kHz angenommen, man kann aber
von mehr ausgehen, mindestens +/-22 kHz.
Hier nun 2 Fotos des mechanisch auch fast fertigen Aufbaus.