Изготовление "Легкого Волка" (трансивер Wolf-Lite)

  Содержание:
  В данном материале описан личный опыт постройки DDC/DUC трансивера Wolf Lite с изменениями в конструкции (а куда же без них?), которые пришлось делать по ходу процесса изготовления. Всё нижеописанное имело перед собой целью доработку уже имеющихся плат "малой кровью", дабы попытаться привести схемотехнику аппарата в соответствие с собственными представлениями о том, как это должно выглядеть.
  Если бы не очередной "подарок" от Александра UR4QBP (в виде набора плат), я бы за этот проект если и взялся, то по крайней мере - не в ближайшем будущем и только переделав по-своему. Ну а когда на столе уже лежат платы - дареному коню в зубы не смотрят, пришлось начать определяться с источниками закупок деталей.
  Ну и самое главное, что подкупило - это то,  проект открытый! С некоторых пор я не берусь за чужие проекты, у которых нет доступа к исходникам, как аппаратной части, так и программной. А и "большой" "Волк", и его "детеныш" - полностью вписываются в концепцию открытости. Кому что-то не нравится - берем и переделываем по-своему (а уж переделывать там - непочатый край) и не забываем сказать "Спасибо" тем, кто уже сделал за Вас часть работы. За что, собственно - Спасибо Дмитрию UA3REO и Антону R7KBI !
  Предупреждение для тех, кто не в состоянии трезво оценить свои силы в борьбе с "ветряными мельницами": проект очень сырой, в состоянии бесконечного эксперимента, и взять этот "бастион" с набегу не получится, "всего готовенького" никто не обещает. Для того, чтобы получить на выходе что-то более-менее работоспособное, придется потратить немало и своего труда. Поэтому, если Ваши навыки и умения в изготовлении техники ограничиваются умением худо-бедно держать в руках паяльник - лучше не беритесь, чтобы потом не материть авторов и не задавать, мягко говоря, глупых вопросов сообществу. Если решили взяться, то всё дальнейшее - на Ваш собственный страх и риск! И не говорите потом, что Вас не предупреждали! :D

  Ссылки:
  Тема на форуме cqham.ru
  Проект на GitHub
  Файловый архив на Яндекс-диске
  Канал с обсуждением проекта в "Телеграмме"


  Конструктивно "Волчонок" выполнен на 3 платах:

   Платы - как и подавляющем большинстве (хотя, могу и заблуждаться... :D) современных любительских конструкций - китайского фабричного производства.

  Перед закупкой деталей я, обычно, всегда составляю список, в котором делаю сводку по ценам и выбираю наиболее выгодные варианты. Конечно, сложные дорогостоящие деталюшки (как MCU, FPGA или АЦП) я предпочитаю покупать у именитых "правильных" поставщиков, пусть это будет и подороже, зато - надежнее. А мелочевку - логику, дискретные элементы - можно и у китайцев купить. К сожалению, современные реалии глобального масштаба внесли коррективы в устоявшуюся технологию. У америкосов - пустые склады, у "Космодрома" - что-то есть в наличии, но цены - как раз под стать названию компании, откровенно космические. Конечно, к этому можно относиться с пониманием - дефицит всегда взвинчивает цены. В общем - вынужден констатировать, что в этот раз, несмотря на неслабый риск, абсолютное большинство деталей пришлось заказывать на главной кютайской международной торговой помойке площадке :( На всякий случай, если вдруг для кого-то я выражаюсь слишком запутано - речь об Aliexpress.

  Что ж, как говорилось в одном из сюжетов "Ералаша", "Риск - благородное дело". Заказов наделал, теперь остается ждать, пока всё это приедет. Ну а тем временем можно потихоньку, короткими набегами, начинать паять, например, распаять узел питания на основной плате, благо - детальки там не специфические, практически всё для этой части схемы есть в запасах.

  Для начала взялся за фронтальную плату - простая схема, минимум деталей. Транзистор "IRFR5103" - я так понимаю, "наследие" от модели элемента другого типа. Судя по обсуждению среди повторяющих конструкцию, многих это ставит в тупик. Подразумевается IRLML5103. Возможно, когда-нибудь автор исправит эту неточность.

  C7 стоило бы перенести на вход стабилизатора, ибо на выходе - 2 параллельных блокировочных конденсатора, а на входе - ни одного. Взял в руки скальпель... Также где-то проскакивали жалобы, мол, ШИМ от подсветки дисплей сильно фонит, даже пришлось убрать эту функцию из кода. Но, думаю, правильнее было бы правильно разместить дополнительные блокировочные конденсаторы, которых много не бывает - глядишь, проблема бы исчезла сама собой.

  Странные в "Альтиуме" модели танталовых конденсаторов - посадочные места на плате короче, чем реальные конденсаторы. Казалось бы, всего-то  какие-то доли миллиметра... Но как-то неуютно представлять себе, что вывод может коротнуть на "землю", если лак под ним поцарапается. Пришлось извращаться, паять конденсаторы со смещением, по крайней мере те, что одним выводом сидят на GND.

  Далее "на повестке дня" - основная плата. "Прошелся" по схеме.

  Обвязка MCU. Лично меня несколько смущают танталовые конденсаторы 1µF на выводах VCAP. Из datasheet: "Two external ceramic capacitors should be connected on VCAP_1 & VCAP_2 pin", "Capacitance of external capacitor - 2.2 µF". Не смог устоять - нашел в загашниках пару керамических 1206, чтобы подошли по размеру :)

  АЦП + драйвер.
  Подача питания на драйвер (U4 LTC6400) сделана на схеме правильно и красиво, 3 разнесенных в пространстве точки, на каждой - по 0.1 и по 1n, всё - "по фен-шую". А вот на плату это переехало с ошибкой. Само собой напрашивается C8 и C11 поменять местами.

  Куда более интересный вопрос - напряжение смещения для драйвера и АЦП (Common Mode Voltage). Разумеется, будь у них одинаковое напряжения питания - и проблемы не было бы. Однако, АЦП (аналоговая часть) питается от 5V, в то время, как драйвер - от 3.3V. Я, конечно, догадываюсь, что LTC6400 перекочевал из схемы "большого брата", но всё же неплохо было бы его заменить чем-нибудь 5-вольтовым.
  На первый взгляд, половина питания АЦП (5 / 2 = 2.5) - вполне логичный выбор. Но при этом драйвер работает в режиме, для которого даже не нормируются параметры. Для LTC6400 оптимальным напряжением смещения считается 1.25V, при этом напряжении микросхема обеспечивает наименьший уровень КНИ, который увеличивается почти на 6dB при увеличении напряжения смещения до 1.5V. А дальше - ещё больше. В то же время, КНИ АЦП при этом демонстрирует обратную тенденцию, уменьшаясь при том же изменении напряжения смещения меньше, чем 1dB.
  В профильной теме на форуме cqham.ru Сергей EU1SW обратил внимание на эту странность и предложил вариант решения. Решение интересное, конечно, но как по мне - чисто "академически". Можно сделать куда проще - развязать микросхемы по постоянному току (трансформатором или конденсаторами), сделать им раздельное смещение и пусть каждая из них работает в оптимальном для неё режиме! Заодно - ничего не будет мешать перевести АЦП в режим 2V Span. И КНИ - по минимуму, и ДД - по максимуму. Но это - "идея для светлого будущего", для новой версии платы, а на существующей - реализовать её будет затруднительно, поэтому придется пойти самым простым и логичным путем - изменить номиналы делителя R13/R14 так, чтобы уменьшить напряжение смещения до вышеупомянутого оптимального уровня.

  В схему была заложена, но изначально не использовалась в программе возможность управления подстройкой тактового генератора. Потом была добавлена, но смысла в этом - абсолютно никакого. Эта цепь могла бы быть нужна для синхронизации с внешним источником высокостабильного опорного сигнала (ФАПЧ), а без него это - полный нонсенс. Статическое отклонение частоты надо корректировать программно, а компенсация температурного дрейфа - делается установкой качественного (и, разумеется - не копеечного) TCXO. Что, собственно, после почти 2-дневного обсуждения темы в телеграммо-группе подтвердил умный человек (Геннадий Завидовский), выдав вердикт "Voltage control припаять к пол питания генератора и корректировать программно". Тем не менее, у Антона - свое видение: "Дальше только так будет"... Ну и ладно, хозяин - барин.

  В общем - задействовать надо одну из двух цепей:
  •   или полностью убрать R63 и весь последующий RC-фильтр (C133 и C207 не устанавливать, R64 и R65 заменить перемычками) - для фиксированного напряжения достаточно R23 и одного конденсатора после него;
  •   или распаять фильтр, при этом не устанавливая цепь фиксированного смещения (R5, R6, R23). Не агитирую, но лично для себя сделал "наворот" - пропорционально-интергрирующий фильтр (номиналы - на схеме).
  R43 номиналом 47к - это, извините, нонсенс. В зависимости от назначения вывода 2 используемого генератора: 0R, если активный уровень - низкий, или вообще не устанавливать, если активный уровень - высокий. R66 и R67 - не устанавливать, если используемый генератор - CMOS.

  Обвязка ЦАП.
  R17, подключенный к "пустому" выводу (NC, Not Connected) - без комментариев. R16 - тоже лишний, потому как вывод PD, к которому он подключен, имеет внутреннюю подтяжку внутри микросхемы (pull-down). Не подумайте, что мне жалко пары резисторов :D Я же никого не призываю выпаивать их из своей платы. Стоят себе - да и ладно :) То же самое относится к C120 - он не нужен (в смысле - можно заменить перемычкой), т.к. обе части схемы по разные стороны от него имеют одинаковый потенциал - нулевой.

  Что касается номинала R54 (10k) - мне почему-то кажется, что это просто одна из опечаток. Ибо здесь куда логичнее выглядел бы 200 или 220R, как "по другую сторону" от ФНЧ. Еще опечатка - C44 должен быть 22pF. Транзистор VT6 - IRLML6402. Кстати, IRLML5103 или какой-нибудь похожий тоже вполне справится с задачей.

  Кодек и УНЧ. У первого - удивление вызвали только конденсаторы по 1uF на выходах для наушников. Маловато будет... Даже у "большого Волка" в этом месте, как положено, стоят "электролиты" по 220uF :) Конечно, лучше всего - сделать бы так, как в "Маламуте MII", где наушники подключаются к выходу УНЧ. Но это - уже привлечение скальпеля. Пока - вышел из положения, поставив C71 и C74 максимально доступного в таком корпусе номинала - 47uF.
  На входах УНЧ (R28C51 и R27C52) - как я понимаю, пассивные ФНЧ, почему-то с частотой среза 1.59 MHz. Наверное, номинал R27 и R28 - тоже опечатка. Замена их на 10к уже дает более-менее правдоподобные 15.9 кГц, хотя, смело можно делать частоту среза ещё ниже, увеличив C51 и C52.
  Ну и питание УНЧ от сравнительно маломощного стабилизатора, да ещё и расположенного на дисплейной плате - это нечто :)

  Узел питания. Выбор "распределения" напряжений - конечно, дело фантазии разработчика. Запитать АЦП и ЦАП от своих персональных стабилизаторов - это хорошо! А полностью разделить цифровые и аналоговые цепи питания - было бы ещё лучше! А вот питание всего прочего от одного общего источника 3.3V - не очень хорошо. Как и питание DA8 от 8V - она просто обязана дико греться, что и подтверждается практикой. Ещё пара моментов "себе на заметку":
  Напряжение на выходе U19 можно понизить до 7V, а то и до 6.5V. Лучше, конечно, было бы, если бы не надо было питать от него OPA2764, хотя, впрочем, при том режиме, в котором она работает, ей и 5V вполне хватит;
  Сам преобразователь MP2307 стоило расположить в другом углу платы, как можно дальше от ДПФ.
  Далеко не сразу понял, как работает управление включением питания, конкретно - встречно включенные диоды VD1 и VD2. Да, соединять виртуально сигналы при помощи имен цепей - полезный прием, но лучше - не в ущерб же удобочитаемости схемы. Кстати, R52 - лишний, фактически дублирует R51.

  Насчет коммутации ДПФ - ошибок не заметил.

  Сами фильтра - классика от деда Рэда (за исключением последнего, "обзорного", который с ошибкой - L24 должна быть 220nH) с измененными номиналами. В оригинале фильтра называются субоктавными и не зря - как показывает практика, любое изменение соотношения границ полос вызывает искажения АЧХ. Ну и самое главное - эти фильтра хорошо работают, если катушки выполнены на кольцах, а конденсаторы - с минимальным отклонением или с подключенными параллельно подстроечными. А делать эту схему на SMD катушках и конденсаторах с диким разбросом - сомнительное удовольствие. Цитата всё того же Э. Т. Рэда: "Всякая вещь имеет свою цену". Тем не менее, эта схема давно уже в том или ином виде кочует по разным конструкциям и мало кто озадачивается её характеристиками. А поскольку она была позаимствована без изменений у "другого аналогичного аппарата", уже упоминавшегося в данной статье - ту уж и говорить не о чем. Лучше уж такая схема, чем слепленная из того, что нашлось в ящике стола.

  В общем, на схеме ещё много "развлекалок", но я не ставлю перед собой задачу вылизывания конструкции. По уму - было бы неплохо, если бы это сделал автор, до того, как пускать сие чудо "в люди". Но... Спасибо и за то, что есть :) Кто в состоянии - сам всё найдет, а "повторюнов" предупреждали - всё на собственный страх и риск. В личной беседе Антон сообщил, что внес в проект некоторые изменения из вышеизложенного в данной статье. Ну, если так - не зря тратил время на писанину :D

  Теоретическая часть окончена, начал паять основную плату. Конечно, по ходу дела вылезают "сюрпризы", ещё похлеще, чем на схеме, но кто обещал, что будет легко? :D

  Так получилось, что практически все полупроводниковые компоненты были заказаны на "Али" в один день и потому, вполне ожидаемо приехали в одной сборной посылке, как это было модно в то время. В числе прибывшего были стабилизаторы 2.5V и 1.2V, с них и начал. Ну а всё остальное, что касается узла питания, уже было распаяно к этому моменту.
  "Смок-тест" прошел без пиротехнических эффектов, все напряжения - на месте, можно приступать к "насаждению" остальных деталей.

  В числе прибывшего из Поднебесной были межплатные разъемы. Кстати, куплены с запасом, как и некоторые другие позиции (список), могу поделиться с желающими.
 

  После этого - можно запаять MCU, "зашить" его, в "лицевую" - установить дисплей и... "Hello Word!"


  И тут-то всё и... Надоело запаивать микросхемы по одной, каждый раз дергая питание и наблюдая - не испустит ли кто-то "волшебный дым". Решил запаять всё сразу. Как оказалось позже - это могло бы закончиться нормально, будь все комплектующие куплены "в лучшие времена" у нормальных "правильных" продавцов. Но, увы, с китайцами этот номер проходит далеко не всегда...
  Включаю и... потребление - почти 2A, на MP2307 - можно руки греть, 1.2 и 2.5V - засажены до упора. После отключения DA8 общее потребление платы упало до "нормы". Несколько неудобно, что конструктив не предусматривает тестово-отладочных "удобств", типа возможности выборочного отключения питания отдельных частей схемы, как в "Маламуте MII", например.
  Оказалось, что виной - самый дорогостоящий элемент, FPGA,купленная, как и большинство деталей, на Aliexpress. "Брюхо" было закорочено на шину питания 1.2V (кстати, оказывается, это очень часто встречающаяся проблема). Открыл спор, продавец в "личку" написал иероглифами "как ты мог открыть спор, чип - правильный". По спору удалось вернуть только половину стоимости, несмотря на то, что товар был признан неработоспособным. Сплошной клоунизм. Фото - в отзыве на Али (надеюсь, больше никто не наколется).

  Замена приехала через 3 недели. После подачи питания на плату ничего не испустило "волшебный дым" и даже не нагрелось. "Прошил". И свершилось чудо! Полный и безоговорочный Successful! После перезапуска - даже появилось какое-то оживление на дисплее :)
  Увы, на "правильную" шумовую дорожку это не было похоже, ровно как и отсутствовала реакция на хоть какое-нибудь подобие сигнала на входе драйвера АЦП. Еще одни "грабли" на плате - это АЦП AD9226. Та же история - у нормальных продавцов их давно нет на складах, а китайцы считают своей священной обязанностью "радовать" страждущих самоделкопаяльшиков откровенным хламом. В моем случае - и рейтинг продавца 97.5% не помог. К сожалению, деньги потеряны безвозвратно, т.к. срок для открытия спора был упущен, пока дожидался приезда FPGA. Ну, хотя бы отзыв успел написать. Что ж, "наша песня хороша - начинай сначала". А ждать приезда замены теперь придется ооочень долго :( Кто ж знал, что 24 февраля претворится в жизнь анекдот "Хочешь рассмешить Бога - расскажи ему о своих планах".

  Первоначальный план выхода из ситуации заключался в покупке АЦП в корпусе QFP и установке его на плату через переходник. Вот только вышеупомянутая дата перечеркнула этот план, у того, кто пообещал мне переходник, жизнь несколько изменилась. Когда то и дело приходится прятаться в подвале, пока над твоим домом летают снаряды - пардон, как-то не до того...
  А заказ, сделанный 14 февраля, висит в состоянии "отправлено", трекинг указывает, что "оформлена заявка на доставку", а продавец периодически продляет срок "глумления над покупателем". Соответственно, и спор не откроешь - товар ведь "в пути", жди...
  Так что, несмотря на военное положение в стране, таки рискнул заказать на Алиэкспрессе AD9226 в TSSOP у продавца с не самым огромным рейтингом, но с почти 100% положительных отзывов по товару. Не всё оказалось гладко - при попытке оплаты заказа было сообщено, что "Из-за проблем с логистикой доставка в выбранную страну невозможна" :((( Пришлось заказывать с "кругосветным путешествием". Ждал долго, но в День радио таки получил посылку :)
  Запаял АЦП, включил и... наконец-то увидел на дисплее настоящую живую панораму! Подключил антенну и динамик - и даже услышал чью-то болтовню на 40-ке :) Тракт передачи тоже показал работоспособность. Что ж, этот этап тоже можно считать пройденным. Война - войной, а жизнь пока не заканчивается, слава Богу!

  Из изменений, внесенных на плату уже в процессе сборки:

  Выбросил реле K1. Собственно, не вижу никакого смысла в нем. От слова "абсолютно!" Тракты приема и передачи - полностью независимые и какой смысл переключать их на 1 кабель, на втором конце которого - тоже реле (на плате УМ)? Которое тоже было безболезненно удалено. Платы будут соединяться 2-мя кабелями, один - с выхода АЦП на вход УМ, второй - прямо с антенного реле (!) на ДПФ-ы. Один конец кабеля - запаивается прямо на плату, на втором - разъем. SMA, которые теперь из Китая не купить, а по месту - или не найти, или надо дико переплачивать - вполне заменимы другими, это вам не СВЧ. Результат - упрощение коммутации, экономия 2 реле, и сигнал с антенны в приемник теперь идет кратчайшим путем, а не дорожкой через всю плату УМ.

  Определенные проблемы вызвал DC-DC конвертер. Не знаю, какой там у него КПД, но он дико грелся, через несколько секунд после включения палец на нем было уже невозможно держать. Подумывал было поставить вместо него линейный стабилизатор, но это бы увеличило общее потребление платы, да и его прошлось бы ставить на радиатор. Рискнул - попробовал поставить функционально аналогичный модуль на MP1584. Главным критерием было то, что у него ощутимо выше частота преобразования (1.5 МГц против 340 кГц), что должно было бы благоприятно сказаться на шумовой обстановке. Что и подтвердилось на практике - если при работе MP2307 на дисплее периодически проезжали горбы, особенно - если прикоснуться пальцем к плате модуля, то с MP1584 эти горбы пропали напрочь. Но главное - после получасового теста - плата еле-еле тёпленькая :) Единственный минус - модуль в полтора раза больше размером, чем место под него, поэтому пришлось его приподнять над платой.

  Теперь - дело осталось за платой УМ. Корпус уже готов для окончательной сборки аппарата, но пока не готова плата УМ - процесс остановился.

  Продолжение следует...

  Предварительный итог: можно сказать, что потенциал у проекта есть. И по схемотехнике, и по программной части. Но работы по "допиливанию" - непочатый край. Разводку платы, конечно же, переделывать никто не будет, хотя стоило бы полностью, вот прям "с нуля". Впрочем - проект некоммерческий, авторы не занимаются реализацией плат, а тот, кто рискнув здоровьем, решит сам их изготавливать, полностью свободен в выборе - не мудрствуя, пользовать готовое "как есть" или же самостоятельно доводить конструкцию до ума так, как посчитает нужным.
  А Антону R7KBI и Дмитрию UA3REO - ещё раз Спасибо за проект!. И Александру UR4QBP - за платы!

73 de UR8QP

p.p.s. Излишками того, что было куплено с запасом (список), могу поделиться с желающими.

 
Категория: Авторское | Добавил: ur8qp (30.01.2022)
Просмотров: 1557
Всего комментариев: 0
close