{"id":1312,"date":"2022-11-12T09:00:00","date_gmt":"2022-11-12T08:00:00","guid":{"rendered":"https:\/\/axotron.se\/blog\/?p=1312"},"modified":"2025-08-24T20:10:27","modified_gmt":"2025-08-24T19:10:27","slug":"foxscope-radiopejlmottagare-med-dubbla-mottagarkedjor-del-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/axotron.se\/blog\/foxscope-radiopejlmottagare-med-dubbla-mottagarkedjor-del-2\/","title":{"rendered":"FoxScope \u2013 radiopejlmottagare med dubbla mottagarkedjor \u2013 del 2"},"content":{"rendered":"\n

Det h\u00e4r blogginl\u00e4gget \u00e4r andra och avslutande delen i en artikelserie d\u00e4r jag beskriver en mottagare (\u201cr\u00e4vsax\u201d) f\u00f6r radiopejlorientering p\u00e5 80m-bandet. En snarlik variant av artikeln publicerades i Sveriges S\u00e4ndaramat\u00f6rers, SSA:s, tidskrift QTC i nummer 10 och 11, 2022.<\/em><\/p>\n\n\n\n

Denna andra del beskriver elektroniken, mekaniken och mjukvaran.<\/i><\/p>\n\n\n\n

Blockschema<\/h2>\n\n\n\n

Figur 16 visar ett blockschema \u00f6ver mottagaren. Ut\u00f6ver vad som framg\u00e5r av denna bild s\u00e5 h\u00e4nder en hel del intressanta saker i mjukvaran i processorn. Mer om det senare.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a>
Figur 16. Blockschema<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Som synes finns det tv\u00e5 identiska mottagarkedjor, en f\u00f6r H-f\u00e4ltet och en f\u00f6r E-f\u00e4ltet. Antennsignalerna f\u00f6rst\u00e4rks n\u00e5got av l\u00e5gbrusf\u00f6rst\u00e4rkare (LNA), filtreras och mixas med tv\u00e5 lokaloscillatorsignaler som \u00e4r fasvridna 90 grader fr\u00e5n varandra. Detta m\u00f6jligg\u00f6r att man senare undertrycker det o\u00f6nskade sidbandet.<\/p>\n\n\n\n

Efter nedmixning till n\u00e4ra basband (nominellt 13 kHz) s\u00e5 bandpassfiltreras signalerna och f\u00f6rst\u00e4rks med antingen 22 eller 52 dB innan de digitaliseras av 24-bitars audio codecs i en takt av 44.1 kHz. Inbyggt i AD-omvandlarna finns mycket effektiva antivikningsfilter med minst 60 dB d\u00e4mpning fr\u00e5n halva samplingsfrekvensen upp till \u00e5tminstone tredubbla samplingsfrekvensen. En t\u00e4mligen kraftfull mikro-controller i form av en i.MX RT1062 fr\u00e5n NXP sk\u00f6ter sedan resten av signalbehandlingen samt anv\u00e4ndargr\u00e4nssnittet i form av en grafisk display, en ratt och n\u00e5gra knappar. Den f\u00e4rdigbehandlade signalen skickas till audio-DAC:ar med inbyggda h\u00f6rlursf\u00f6rst\u00e4rkare. F\u00f6r tillf\u00e4llet skickas samma signal till b\u00e5de h\u00f6ger och v\u00e4nster kanal, men man skulle kunna t\u00e4nka sig n\u00e5gon annan l\u00f6sning i framtiden.<\/p>\n\n\n\n

Konstruktionen inneh\u00e5ller \u00e4ven ett LiPo-batteri med laddarkrets, en USB-kontakt f\u00f6r laddning och programmering och en IMU, inertial measurement unit, som best\u00e5r av en magnetometer, en accelerometer och ett gyro f\u00f6r att kunna avg\u00f6ra i vilken kompassriktning som antennen f\u00f6r tillf\u00e4llet pekar.<\/p>\n\n\n\n

Processorn<\/h2>\n\n\n\n

Processorn sitter p\u00e5 en liten s.k. Micro Module som g\u00f6rs av SparkFun [3]. Genom att anv\u00e4nda en f\u00e4rdig modul ist\u00e4llet f\u00f6r att s\u00e4tta processorn och tillh\u00f6rande komponenter direkt p\u00e5 kortet slipper man dels l\u00f6da en ganska besv\u00e4rlig 196-bollars BGA-kapsel och dels f\u00e5r man p\u00e5 k\u00f6pet en trevlig boot loader som g\u00f6r att man enkelt kan programmera den via en USB-kabel. Det visade sig ocks\u00e5 l\u00e4ttare att f\u00e5 tag p\u00e5 denna modul \u00e4n att k\u00f6pa en l\u00e4mplig l\u00f6s processor i den bedr\u00f6vliga halvledarbrist som r\u00e5der. Modulen ansluts i en liten ytmonterad kontakt liknande de som anv\u00e4nds f\u00f6r moderna solid-state-diskar i M.2-format. Kontakten har 67 anslutningar f\u00f6rdelade p\u00e5 tv\u00e5 rader med 0,5 mm centrumavst\u00e5nd mellan benen och modulen \u00e4r ca 22×22 mm, vilket g\u00f6r det hela till en kompakt l\u00f6sning. <\/p>\n\n\n\n

i.MX RT1062 \u00e4r en 32-bitars ARM Cortex-M7-processor som kan klockas i upp till 600 MHz, har st\u00f6d f\u00f6r flyttal och massor av periferienheter, s\u00e5som interface f\u00f6r I2S, I2C, SPI samt DMA, realtidsklocka, timers mm. Den har ocks\u00e5 mycket minne f\u00f6r att vara en mikrocontroller; 1 MB RAM och 16 MB flash finns p\u00e5 MicroMod-kortet. Att processorn \u00e4r s\u00e5 kraftfull g\u00f6r att programutvecklingen blir mycket enklare \u00e4n om man st\u00e4ndigt beh\u00f6ver optimera och kompromissa med varje liten funktion man l\u00e4gger till. Det finns ocks\u00e5 gott om f\u00e4rdiga programpaket, b\u00e5de fr\u00e5n PJRC som utvecklar Teensy-familjen, fr\u00e5n Arduino-v\u00e4rlden, fr\u00e5n ARM och fr\u00e5n alla m\u00f6jliga andra utvecklare och f\u00f6retag som sl\u00e4pper \u00f6ppen k\u00e4llkod p\u00e5 t.ex. GitHub.<\/p>\n\n\n\n

Elektroniken<\/h2>\n\n\n\n

Kopplingsschemat \u00e4r uppdelat p\u00e5 flera olika sidor. Figur 17 visar hur de h\u00e4nger ihop med ett gr\u00f6nt block per schemasida.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a>
Figur 17. Sammankopplingen av de olika schemasidorna. Signalfl\u00f6det \u00e4r huvudsakligen
fr\u00e5n v\u00e4nster till h\u00f6ger.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

I figur 18 visas de tv\u00e5 identiska l\u00e5gbrusf\u00f6rst\u00e4rkarna som buffrar, f\u00f6rst\u00e4rker och filtrerar signalerna fr\u00e5n de tv\u00e5 antennerna. Jag beskriver h\u00e4r den \u00f6vre kretsen.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a>
Figur 18. De tv\u00e5 l\u00e5gbrusf\u00f6rst\u00e4rkarna.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

P1 \u00e4r en hylslist f\u00f6r anslutning mot antennerna d\u00e4r de flesta benen \u00e4r sk\u00e4rmande jord. D1 och D2 skyddar mot \u00f6versp\u00e4nningar och ESD. Genom att ha tv\u00e5 dioder i serie blir kapacitansen mindre och p\u00e5verkan p\u00e5 antennens resonansfrekvens inte lika stor. C8 och C9 monteras inte (g\u00e4ller alla komponenter m\u00e4rkta \u201dNM\u201d, Not Mounted). Q4, 2SK3557-6, \u00e4r en JFET med l\u00e5gt brus och h\u00f6g inimpedans. N\u00e4r jag letade l\u00e4mpliga l\u00e5gbrusiga FET:ar att
anv\u00e4nda i denna position tyckte jag det h\u00e4r s\u00e5g ut att vara b\u00e4sta alternativet, \u00e4ven om det inte finns tydliga data f\u00f6r bruset vid 3,5 MHz i databladet. F\u00f6rhoppningsvis \u00e4r spicemodellen inte alltf\u00f6r missvisande. J310 brukar annars vara ett popul\u00e4rt val i s\u00e5dana h\u00e4r sammanhang, men den ser ut att vara brusigare. Jag har inte gjort n\u00e5gra systematiska m\u00e4tningar f\u00f6r att f\u00f6rs\u00f6ka ta reda p\u00e5 verkliga brusprestanda, men jag har gjort v\u00e4ldigt m\u00e5nga simuleringar i den kraftfulla gratissimulatorn LTSpice.<\/p>\n\n\n\n

Q4 utg\u00f6r tillsammans med Q3 ett folded-cascode-steg. Basen p\u00e5 Q3 \u00e4r RF-jordad och d\u00e4rmed \u00e4r \u00e4ven emittersp\u00e4nningen (n\u00e4stan) konstant, vilket g\u00f6r att man inte f\u00e5r n\u00e5gon millereffekt som \u00f6kar ing\u00e5ngskapacitansen hos Q4. Genom att Q3 sitter \u201dbredvid\u201d Q4 och inte ovanf\u00f6r som i en vanlig cascode s\u00e5 beh\u00f6ver man inte lika h\u00f6g matningssp\u00e4nning. Priset man betalar \u00e4r att de tv\u00e5 transistorerna beh\u00f6ver separata biasstr\u00f6mmar, vilket \u00f6kar str\u00f6mf\u00f6rbrukningen.<\/p>\n\n\n\n

R4 och L1 fungerar som str\u00f6mk\u00e4lla till cascodesteget. Utan L1 hade brus fr\u00e5n R4 signifikant bidragit till f\u00f6rst\u00e4rkarens brus och med enbart L1, men utan R4, hade biasstr\u00f6mmen blivit v\u00e4ldigt k\u00e4nslig f\u00f6r temperatur och komponenttoleranser. N\u00e4r Q4 vill ha mycket str\u00f6m (positiv amplitud fr\u00e5n antennen) blir det mindre \u00f6ver till Q3 och vice versa, s\u00e5 i princip flyter lika mycket signalstr\u00f6m genom Q4 som ut fr\u00e5n kollektorn p\u00e5 Q3, om \u00e4n med omv\u00e4nd fas.<\/p>\n\n\n\n

L4\/R14 utg\u00f6r last till f\u00f6rsta f\u00f6rst\u00e4rkarsteget. R14 s\u00e5g inte ut att beh\u00f6vas i simuleringar, men i praktiken var det bra att ha f\u00f6r att undvika resonansproblem. Brusbidraget fr\u00e5n R14 \u00e4r t\u00e4mligen begr\u00e4nsat. \u00c4ven R7 har som syfte att minska risken f\u00f6r sj\u00e4lvsv\u00e4ngning.<\/p>\n\n\n\n

Q2 \u00e4r en emitterf\u00f6ljare som buffrar den h\u00f6gimpediva utg\u00e5ngen fr\u00e5n cascodesteget f\u00f6r att kunna driva ett l\u00e5gpassfilter med 75 ohms impedans (mer l\u00e4ttdrivet\/str\u00f6msn\u00e5lt \u00e4n 50 ohm och det finns inget i den h\u00e4r delen av kretsen som tvingar fram anv\u00e4ndandet av just 50 ohms impedans) och sedan mixrarna.<\/p>\n\n\n\n

Sp\u00e4nningsf\u00f6rst\u00e4rkningen (det \u00e4r sv\u00e5rt att tala om effekt h\u00e4r eftersom impedanserna p\u00e5 m\u00e5nga st\u00e4llen inte \u00e4r v\u00e4ldefinierade) \u00e4r ca 7 g\u00e5nger fr\u00e5n gaten p\u00e5 Q4 till kollektorn p\u00e5 Q3 och efter d\u00e4mpningen som orsakas av fr\u00e4mst den impedansanpassande R9 s\u00e5 \u00e4r den nere p\u00e5 totalt ca 3,2 g\u00e5nger vid filtrets utg\u00e5ng.<\/p>\n\n\n\n

Enligt simuleringar med en modell av ferritantennen som \u00e4r resonant under 3 MHz s\u00e5 \u00e4r det brus fr\u00e5n J1 som dominerar vid 3,5 MHz (vid antennens resonansfrekvens \u00e4r det lustigt nog ist\u00e4llet f\u00f6rluster i antennen som dominerar, f\u00f6ljt av brus fr\u00e5n Q3).<\/p>\n\n\n\n

Q1 filtrerar matningssp\u00e4nningen f\u00f6r att undvika att st\u00f6rningar kommer in den v\u00e4gen. En n\u00e5got enklare variant av detta matningsfilter anv\u00e4nds p\u00e5 flera st\u00e4llen i [4]. R3\/C3 ger ytterligare filtrering av matningen till ing\u00e5ngssteget.<\/p>\n\n\n\n

Figur 19 visar de fyra balanserade mixrarna.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a>
Figur 19. Schema f\u00f6r mixrarna.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Som mixrar anv\u00e4nds de klassiska SA612 av gilbertcelltyp. Det finns tv\u00e5 par av mixrar, ett f\u00f6r H-mottagaren och ett f\u00f6r E-mottagaren f\u00f6r att skapa I- (in phase) och Q- (quadrature phase) versioner av de nedblandade signalerna. H\u00e4r beskrivs bara H-mottagaren (\u00f6vre delen av figur 19).<\/p>\n\n\n\n

Eftersom mixrarna dels har en ganska h\u00f6g inimpedans p\u00e5 minst 1.5 kohm och dels \u00e4r balanserade passade jag p\u00e5 att anv\u00e4nda 4:1-transformatorer mellan ing\u00e5ngsf\u00f6rst\u00e4rkarna och mixrarna. De h\u00f6jer impedansen fr\u00e5n 75 ohm till 300 ohm och g\u00f6r samtidigt signalen differentiell och med dubbla sp\u00e4nningsamplituden. R80 tillsammans med mixrarnas inimpedans terminerar signalen och ser d\u00e4rmed till att det f\u00f6reg\u00e5ende filtret jobbar i \u00f6nskad impedans. Det g\u00e5r att driva mixrarna single-ended (s\u00e5 som i 80m12), men signalkvaliteten blir rimligen b\u00e4ttre om man driver dem differentiellt.<\/p>\n\n\n\n

Den f\u00f6reg\u00e5ende f\u00f6rst\u00e4rkningen ser till att bruset fr\u00e5n mixrarna (brustal ca 5 dB) inte dominerar. Man vill s\u00e5klart att f\u00f6rsta f\u00f6rst\u00e4rkarsteget, d\u00e4r signalerna med n\u00f6dv\u00e4ndighet \u00e4r svagast, ska dominera bruset.<\/p>\n\n\n\n

Utsignalen fr\u00e5n mixrarna \u00e4r ocks\u00e5 differentiella och det utnyttjas f\u00f6r b\u00e4sta signalkvalitet i de f\u00f6ljande MF-f\u00f6rst\u00e4rkarna p\u00e5 bekostnad av en del komplexitet. De aktiva mixrarna f\u00f6rst\u00e4rker f\u00f6r \u00f6vrigt signalen 5\u20137 g\u00e5nger. Frekvensen hos MF-signalen \u00e4r nominellt 13 kHz. Ytterligare nedblandning till under 1 kHz sker senare i mjukvara.<\/p>\n\n\n\n

Kondensatorerna C58 etc. tv\u00e4rs \u00f6ver utg\u00e5ngarna p\u00e5 mixrarna bidrar till l\u00e5gpassfiltrering tillsammans med utimpedansen p\u00e5 ca 1,5 kohm.<\/p>\n\n\n\n

LO-signalerna i fas och kvadratur skapas p\u00e5 en annan schemasida, se l\u00e4ngre ned i artikeln, och termineras av 75-ohmsmotst\u00e5nd vid mixrarna.<\/p>\n\n\n\n

Q11 filtrerar matningssp\u00e4nningen p\u00e5 samma s\u00e4tt som Q1 g\u00f6r vid ing\u00e5ngsf\u00f6rst\u00e4rkaren.<\/p>\n\n\n\n

De fyra mixrarnas utsignaler g\u00e5r till varsin MF-f\u00f6rst\u00e4rkare. Se figur 20 och 21.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a>
Figur 20. MF-f\u00f6rst\u00e4rkarna. Inneh\u00e5llet i de fyra blocken framg\u00e5r av n\u00e4sta figur.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Q14 skapar en l\u00e4mplig niv\u00e5 p\u00e5 den f\u00f6rst\u00e4rkningskontrollerande signalen. Q13 filtrerar matningen till f\u00f6rst\u00e4rkarna. U12 skapar en ganska l\u00e5gimpediv flytande \u201djord\u201d p\u00e5 halva f\u00f6rst\u00e4rkarnas matningssp\u00e4nning.<\/p>\n\n\n\n

\"\"<\/a>
Figur 21. Schemat f\u00f6r var och en av MF-f\u00f6rst\u00e4rkarna.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Varje MF-f\u00f6rst\u00e4rkare har flera uppgifter:<\/p>\n\n\n\n