7/julho/2006
DESCRIÇÃO DOS ESTÁGIOS DO CIRCUITO
O circuito do SDRZero compõe-se de módulos em princípio nada diferentes aos utilizados em receptores tradicionais. Podemos ter uma primeira idéia de como ele funciona a partir de um receptor igualmente simples, o receptor de conversão direta.
O receptor de conversão direta tem esse nome porque a frequência do sinal de entrada é convertida em frequência de áudio diretamente, sem passos intermediários, como acontece por exemplo no super-heterodino, quando é feita conversão para uma frequência intermediária, para depois uma nova conversão trazer o sinal desejado para a faixa de frequência adequada ao ouvido humano, caso de telegrafia, ou para restituir à frequência original, como a voz humana em SSB, para citar dois exemplos comuns.
No diagrama de blocos, o sinal que é captado pela antena é convertido no misturador e entregue ao amplificador de áudio, sendo a saída ligada a fones ou alto-falante.
O estágio misturador realiza uma operação matemática simples entre os sinais da antena e o sinal do oscilador local: o misturador os soma e também os subtrai e depois apresenta os resultados na saída.
Para dar um exemplo, vamos supor que existe um sinal da antena na banda de 40m, em 7.049,0 kHz. Nosso oscilador local é fixo em 7.050,0 kHz. O misturador irá somar e subtrair o sinal de entrada com o sinal do oscilador:
7.050,0 + 7.049,0 = 14.099,0 kHz (14,099 MHz, banda de 20 m)
7.050,0 – 7.049,0 = 1,0 kHz (1.000 Hz, tom de áudio)
O resultado soma estará na banda de 20m e não interessa ao receptor por isso será desperdiçado, usualmente através de um capacitor que curto-circuitará esse resultado ao terra.
O resultado subtração é um tom de 1 kHz, adequado para um uma recepção p. ex. em telegrafia.
Um problema com esse modelo de receptor é que um sinal da antena em 7.051,0 kHz também dá como resultado um tom de 1 kHz!
A recepção de AM e SSB se dará corretamente para sinais de 7.050, desse modo o resultado será a operação entre o sinal do oscilador e as bandas laterais do sinal de antena, que contém a modulação desejada.
Esta é uma visão simplificada do misturador. O estágio misturador (ou “conversor”) é um multiplicador. Ele realiza as operações soma e subtração descritas não só para o sinal de entrada e do oscilador local, mas também para todos os harmônicos de ambos. Harmônicos são múltiplos inteiros.
Para facilitar, podemos resumir todas essas possibilidades numa única expressão:
Fsaída = m * Fent ± n
* Fosc
Fsaída é o resultado na saída,
Fent é o sinal na entrada do misturador,
Fosc é o sinal do oscilador local.
O misturador é um estágio multiplicador e produz uma quantidade infinita de produtos para somente um sinal na entrada e outro do oscilador local.
Notemos que esse receptor básico não dispõe de filtros, todos os sinais da antena são apresentados ao misturador, a consequência será a existência de muitos produtos indesejados, comumente chamados espúrios, que são harmônicos do sinal de entrada com harmônicos de oscilador local resultando em produtos na mesma frequência do sinal desejado.
O diagrama em blocos
do SDRZero
Conhecendo um receptor a conversão direta torna fácil entender o funcionamento do SDRZero. Afinal ele é um equipamento realmente simples, a tarefa árdua fica por conta do computador, pelo processamento no hardware (a parte material, física do PC), segundo é determinado pelo software (o conjunto de instruções que determina o que o processador faz).
O SDRZero é composto por dois receptores idênticos, com uma única diferença: o oscilador local sendo o mesmo, a um dos receptores é fornecido com um atraso de 90º.
Na saída teremos 2 canais de áudio em quadratura (iguais porém a 90º de diferença em fase um do outro), que permitirão a demodulação dos sinais da entrada.
A demodulação poderá ser feita em hardware, pelo método conhecido por “rotação de fase”, com dois canais de áudio em quadratura cuja soma ou subtração permitirão escolher a banda lateral. A largura de banda ficará a cargo de filtro analógicos em áudio.
No receptor definido por software a demodulação é feita pelo processador do computador.
Na figura seguinte encontramos o diagrama em blocos completo do SDRZero.
O SDRZero não utiliza misturador convencional e sim um Detetor por Amostragem, descrito adiante.
Filtro de Entrada
Os sinais da antena são inicialmente tratados pelo filtro de entrada. A missão do filtro é restringir a quantidade de sinais presentes na entrada do receptor, para evitar espúrios que são gerados quando sinais de amplitude elevada fazem com que algum estágio saia da faixa de operação linear. O filtro é sem ajuste e por isso ele é suficientemente largo para poder funcionar direito contando com a tolerância dos componentes.
A largura da faixa passante a -3 dB desse filtro vai de 5,2 a 8,9 MHz. Informações mais extensas sobre o filtro de entrada do SDRZero podem ser encontradas na seguinte página:
http://py2wm.qsl.br/SDR/40m_filter.html
Amplificador de RF
O amplificador de RF tem vários objetivos a cumprir sendo que amplificar o nível dos sinais de antena é o menos importante! Os objetivos são:
(1) garantir que o filtro de entrada seja carregado por uma impedância correta de 50 ohms não-reativos. Se a impedância de carga imposta ao filtro for diferente então ele não funcionará como projetado.
(2) garantir ao estágio seguinte igualmente uma impedância fixa e resistiva, não dependente de frequência ou outra variável. O amplificador realiza esse objetivo perfeitamente até 100 MHz. Não se pretende que o receptor vá além de 30 ou 60 MHz.
(3) estabelecer o fator de mérito do receptor quanto a ruído, fixando o MDS e definindo a sensibilidade para sinais fracos. Existe uma sensibilidade adequada que permite que o sinal mais fraco seja copiado, limitado pelo ruído da própria banda e não do receptor; Excesso de sensibilidade diminui a tolerância a sinais fortes sem aumentar a sensibilidade.
(4) atenuar o sinal do oscilador local que atinge a antena passando pelo amplificador no sentido contrário, causando ronco e microfonia, problemas típicos da geração anterior de receptores a conversão direta. Detalhes a respeito se encontra no livro “Experimental Methods in RF Design” de Hayward, Campbell e Larkin, ARRL.
O amplificador de RF foi projetado seguindo a topologia usual empregadas em MMICs. Ver mais explicações e detalhes em:
http://py2wm.qsl.br/MMIC/mmic.html
O QSD
O QSD (detetor por amostragem em quadratura) do SDRZero consiste em duas chaves, S1 e S0 do circuito integrado FST3253, comandadas pelo Oscilador Local. A cada quarto de ciclo (dito de outro modo, a cada 90º) as chaves mudam simultaneamente, segundo a figura. A cada 90º portanto, alternadamente, cada canal de áudio é ligado pelas chaves à entrada (o transformador de RF), e os capacitores são carregados ficando com uma amostra do sinal, refeita a cada ciclo do oscilador local.
Vantagens desse circuito são a baixa perda, citada em referências como sendo menor que 1 dB, e o fato de não ser um multiplicador, com os muitos espúrios naquele caso resultantes. Além disso, o QSD do SDRZero é completamente equilibrado, ao contrário de modelos muito semelhantes como o empregado no Flex Radio SDR-1000; Como o tempo de abertura e de fechamento das chaves não é igual, a topologia empregada, que coloca as chaves em série, impede que circule corrente por somente uma chave. No SDR-1000 é utilizado um transformador de RF tipo Ruthroff, com center-tap aterrado para RF.
O transformador de RF, que eleva a impedância de 50 para 200 ohms, também transforma a entrada aperiódica em equilibrada, sendo portanto um Balun. A medição do modelo empregado no SDRZero indicou larga faixa de passagem, tendo sido medido perda de 1,7 dB @ 500 kHz e 1,2 dB @ 500 MHz, e dentro dessa faixa a perda é desprezível.
O Amplificador de
Áudio
Oscilador Local
Conversor
Senóide-Quadrada
Fonte de Alimentação
