Software Defined Radio "Blueberry SDR" Schaltpläne

Ausgabe: 13.Feb.2010
Autor: Andre Adrian, DL1ADR

Auf dieser Seite wird die Entwicklung von Blueberry SDR dokumentiert. Die mit Schaltung bezeichneten Abschnitte wurde aufgebaut.

Inhaltsverzeichnis


Blueberry SDR v1 Idee

Die folgende Schaltung wurde noch nicht ausprobiert. Die Bauteilewerte oder sogar die ganze Schaltung müssen eventuell noch überarbeitet werden!

Die Schaltung besteht aus 3 IC und einem JFET Transistor - komplett ohne SMD Technik. Das 74AC74 IC ist als synchroner Johnson Zähler verschaltet. Die Zählreihenfolge ist daher 0, 1, 3, 2. Das 74HC4052 IC enthält zwei analoge 1-nach-4 Multiplexer. Um einen kleineren Einschaltwiderstand zu erreichen sind beide Multiplexer parallel geschaltet. Das LM833 oder NE5532 IC enthält 2 Operationsverstärker in "low noise" Ausführung. Die Kondensatoren C1 bis C4 bilden die Integrationskondensatoren und sollten 1% Tolerenz haben. Der Wert ist 6.8nF bei 96KHz Soundkarte oder 15nF bei 48KHz Soundkarte. Die Widerstände R3 und R4 bestimmen zusammen mit dem Einschaltwiderstand des 74HC4052 den Verstärkungsfaktor. Ein Wert von 3.3KOhm ergibt rund 40dB Spannungsverstärkung. Die Kondensatoren C5 und C6 geben ein Tiefpassverhalten. Werte von 10nF sind sinnvoll. Mit C7 und C8 wird die Soundkarte im PC angebunden, Werte von 10nF bis 100nF sollten passen.
Der Low Noise Amplifier (LNA) für die Radiofrequenz wird mit einem BF256B Junction Feld Effekt Transistor (JFET) ausgeführt. Ein Hochfrequenz-Trafo (Breitbandübertrager) verhindert Brummschleifen zwischen Antennen-Erde und PC-Erde. Der Trafo besteht aus 14 Windungen auf der Antennen-Seite und 14 Windungen auf der Sekundärseite auf einen Amidon Ferritringkern FT50-77 mit 0.6mm Rangierdraht bifilar bewickelt. Der Drainwiderstand R1 hat 430Ohm. Um Störung über die Versorgungsspannung vom Digitalteil auf den LNA zu verhindern wird die Versorgungsspannung für den LNA über zwei grüne LEDs auf 4 Volt stabilisiert. Vorwiderstand R2 hat 100Ohm für 2mA low-current LEDs.
Die 5V Spannungsversorgung erfolgt über den USB Anschluß des Blueberry Modules. Genau drei Drähte verbinden das Blueberry Board mit obiger Schaltung: +5V, GND und CLK3.


Blueberry SDR v2 Idee

Die Blueberry SDR v1 Schaltung hat zwei Nachteile: Einmal ist der 74HC4052 ein langsamer Analog Multiplexer, zweitens sind die NE5532 eher schlechte "low noise" OPAMPs. Der 74HC4066 schaltet innerhalb von typisch 10ns, 74HC4052 braucht typisch 24ns. Der OP37 oder LT1037 hat 3nV/sqrt(Hz) Voltage Noise anstelle den 5nV/sqrt(Hz) des NE5532.
Die 4 Schalter im 74HC4066 haben eigene Steuereingänge, eine neue Ansteuerung ist nötig. Realisiert ist diese mit einem 4-Bit Schieberegister und einem NOR Gatter. Das NOR Gatter sorgt dafür das immer nur eines der Flip-Flops im Schieberegister auf 1 gesetzt ist. Mit dem 74HC164 gibt es ein Schieberegister in der 74HC Serie. Das 6-fach D-FlipFlop 74HC174 ist aber schneller und läßt sich auch als Schieberegister benutzen.
Die LNA Schaltung bleibt gleich, obwohl mit dem BF981 MOSFET eine Verbesserung möglich wäre.
Die folgende Schaltung wurde auch noch nicht ausprobiert. Die Bauteilewerte oder sogar die ganze Schaltung müssen eventuell noch überarbeitet werden!




Blueberry SDR v3 Idee

Wird in das 4-bit Schieberegister das Bitmuster 0001 geladen, muss dieses Bitmuster nur noch herumgeschoben werden um die Schalter im 74HC4066 korrekt anzusteuern. Die vorherigen Schaltungen haben falsche Bitmuster eigenständig korrigiert, dies ist bei einem Ringschieberegister nicht der Fall. Deshalb wurden die !Q (Nicht-Q) Ausgänge immer mit den !R (Nicht-Reset) Eingängen der davor liegenden Flip-Flops verbunden. Hierdurch werden überzählige 1er gelöscht. Über das RC Glied R7/C8 wird das Schieberegister mit einer 1 initialisiert. Geht im Ringschieberegister die letzte 1 verloren, dann arbeitet der QSD nicht mehr. Ein Taster parallel zu C8 gibt dann dem Ringschieberegister eine neue Initialisierung.
Die zweite Schaltungsänderung betrifft die OPAMPs. Bis jetzt war der + Eingang hochohmig und der - Eingang wegen dem Rückkopplungswiderstand R3 oder R4 sehr niederohmig. Die jetzige Schaltung kann man als "halbe Instrumentenverstärker" Schaltung beschreiben. Beide Eingänge sind nun hochohmig und die Verstärkung der OPAMPs läßt sich über R3/R5 bzw. R4/R6 genau bestimmen. So ergeben R5=1KOhm und R3=100KOhm ungefähr 40dB. Bei einem echten Instrumentenverstärker liegt ein dritter OPAMP am + Eingang. Dadurch haben + und - Eingang gleiche Verzögerung. Aufgrund der niedrigen Frequenzen sollte der Laufzeitunterschied keine grosse Rolle spielen.
Der LM833 OPAMP hat 4.5nV/sqrt(Hz) Voltage Noise, arbeitet aber schon bei 5V Versorgungsspannung. NE5532 und OP37 sind ab 10V Versorgungsspannung einsetzbar.
Die folgende Schaltung wurde auch noch nicht ausprobiert. Die Bauteilewerte oder sogar die ganze Schaltung müssen eventuell noch überarbeitet werden!




Blueberry SDR Spice v1 Simulation

Die SPICE Simulation des Blueberry SDR Analogteils hat mehrere Schwächen gezeigt. Die Gate-Kapazität des BF256 bildet zusammen mit dem HF-Trafo einen Schwingkreis. Ein Widerstand von 430Ohm zwischen HF-Trafo und Gate arbeitet als Schwingbremse. Bei Antennen mit echten 50Ohm Impedanz sollte die Schwingbremse 1KOhm bis 1.5KOhm gross sein.
Der FET bringt nur 6dB Verstärkung laut Spice, aber der Antenneneingang wird durch den FET hochohmig. Bei Antennenwiderstand von 2500Ohm ist die Verstärkung immer noch mindestens 0dB. Der hochohmige Antenneneingang verbessert den Empfang bei zu kurzen Antennen - Lambda/4 ist bei 1MHz nun einmal 75 Meter.
Die OPAMP Instrumentenverstärker Schaltung mußte ebenfalls verbessert werden, damit der OPAMP aufgrund von Laufzeiten/Phasendrehungen nicht Basisband Signale im Bereich 1MHz bis 2MHz verstärkt. Die Schaltung ist nun ein Differenzverstärker wie in Funkamateur 9/2006. Es gibt am + Eingang ein RC Glied (C6, R7) mit den gleichen Bauteilewerte wie am - Eingang (C7, R8). Das kalte Ende dieses RC Gliedes muß auf mittleres Potential gelegt werden. Trotz der gleichen Bestückung ist Ri vom + Eingang 100KOhm und Ri vom - Eingang 1KOhm. Für weitere Verbesserung ist eine echte Instrumentenverstärker Schaltung oder ein echter Instrumentenverstärker OPAMP wie INA163 nötig.
Das mittlere Potential wird mit einem LC Glied aus der Spannung am Drain des FET gewonnen - dies ist eine Änderung gegenüber anderen QSD Schaltungen welche das mittlere Potential über einen Spannungsteiler festlegen und dann dem HF Teil aufprägen. Hier wird der Weg andersherum gegangen.
Die Ansteuerung des 74HC4066 erfolgt durch die Blueberry SDR v2 Schaltung mit 74HC174 und 74HC27.
Die folgende Schaltung wurde simuliert, aber noch nicht ausprobiert. Die Bauteilewerte oder sogar die ganze Schaltung müssen eventuell noch überarbeitet werden!

L1 ist bifilar gewickelt. Jeweils 14 Windungen auf FT50-77 Kern mit 0.6mm Rangierdraht. Dies ergibt 215uH pro Wicklung.
R1 hat 430Ohm. Bei kurzer Teleskopantenne kann R1 durch eine Drahtbrücke ersetzt werden, bei abgestimmten Antennen sollte 1.3KOhm verwendet werden.
R2 hat 430Ohm. Am Drain des BF256 soll die halbe Betriebsspannung (2.5V) stehen.
L2 ist eine 1mH Drossel, C5 hat 100nF. L2 sollte nahe an den FET plaziert werden - das linke Ende ist HF-mäßig "heiss".
C1 bis C4 haben 4.7nF bei 1% Toleranz. Dies sind die Sample&Hold Kondensatoren
R3 bis R6 haben 1KOhm bei 1% Toleranz. R7 bis R10 haben 100KOhm bei 1% Tolerenz. Diese Widerstände legen die Verstärkung auf 40dB fest.
C6 bis C9 haben 47pF bei 5% Tolerenz. Damit ist die -3dB Frequenz 26KHz, d.h. die Werte passen zu einer 48KHz Soundkarte.
C10, C11 haben 1uF.


Blueberry SDR Spice v2 Simulation

Die Spice Simulation der ganzen "mixed mode" Schaltung hat zu zwei deutlichen Schaltungsänderungen geführt.
Die QSD Integrationskondensatoren werden durch ein CLC Pi-Filter ersetzt. Dadurch werden viel weniger HF-Reste in die OPAMPs eingespeist. Die Gegenkoppel-Kondensatoren von 56pF rund um die OPAMPs vernichten diese kleinen HF-Reste so das am Ausgang der Schaltung eine saubere NF abgeliefert wird.
Die NF Schaltung ist nun mit 2 OPAMPs pro Kanal ausgelegt. Dadurch ist der Eingang des Instrumentenverstärkers mit 10KOhm deutlich hochohmiger als vorher mit 1KOhm. Zweitens ist die NF Verstärkung nun 50dB, wobei die erste Stufe 20dB liefert.
Die Spice Simulation zeigt eine Eingangsempfindlichkeit an der Antenne von 15uV effektiv bzw. -94dB. Durch die 50dB Verstärkung wird das Signal in die Mitte der 96dB Dynamik einer 16bit Soundkarte gelegt.
Die Spice Simulation zeigt auch, daß ein "break before make" Analog Multiplexer wie der 74HC4052 weniger Signalverzerrung bei kleinen Signalen liefert als der 74HC4066 welcher mit getrennten Schaltern eher ein "make before break" Verhalten zeigt. Zugunsten eines höheren Widerstand roff bei offenem Schalter wurde auf die Parallelschaltung der beiden Analog-Multiplexer im 74HC4052 verzichtet.
Die folgende Schaltung wurde simuliert, aber noch nicht ausprobiert. Die Bauteilewerte oder sogar die ganze Schaltung müssen eventuell noch überarbeitet werden!

HF-Trafo ist bifilar gewickelt. Jeweils 14 Windungen auf FT50-77 Kern mit 0.6mm Rangierdraht. Dies ergibt 215uH pro Wicklung.
R1 hat 430Ohm. Bei kurzer Teleskopantenne kann R1 durch eine Drahtbrücke ersetzt werden, bei abgestimmten Antennen sollte 1.3KOhm verwendet werden.
R2 hat 430Ohm. Am Drain des BF256 soll die halbe Betriebsspannung (2.5V) stehen.
L5 ist eine 1mH Drossel, C9 hat 100nF. L5 sollte nahe an den FET plaziert werden - das linke Ende ist HF-mäßig "heiss".
C1 bis C8 haben 1nF bei 1% (5%) Toleranz. Dies sind die Sample&Hold bzw. Pi-Filter Kondensatoren.
L1 bis L4 haben 33mH bei 5% Toleranz.
R3 bis R6 haben 10KOhm bei 1% Toleranz. R7 bis R10 haben 100KOhm bei 1% Tolerenz. Diese Widerstände legen die Verstärkung auf 20dB fest.
R11, R12 haben 1KOhm bei 1% Toleranz. R13, R14 haben 33KOhm bei 1% Tolerenz. Diese Widerstände legen die Verstärkung auf 30dB fest.
C10 bis C15 haben 56pF bei 5% Tolerenz. Damit ist die -3dB Frequenz 26KHz, d.h. die Werte passen zu einer 48KHz Soundkarte.
C16, C17 haben 1uF.


Blueberry SDR 0 Schaltung

Ein IQ Mischer läßt sich mit nur zwei Schaltern aufbauen. Hier wird der 74HC4066 Analog Schalter benutzt. Liegt am Steuereingang C ein High Pegel an, so wird der Schalter zwischen A und B geschlossen. Eine Loop Antenne (Drahtschleife) mit 1m Durchmesser genügt für den Empfang des DRM Senders BBCWorld Service auf 5875kHz. Die Antenne wird an die Primärwicklung des Übertragers L3 angeschlossen. Die Induktivität der Primärwicklung von 3.3uH und die Kondensatoren C7, C8 bilden einen Bandpass (gedämpfter Schwingkreis) für den Bereich 3MHz bis 21MHz. Am Ausgang der Schalter IC1A und IC1B liegt ein Pi-Filter Tiefpass Filter C1, L1, C2 mit 24kHz Grenzfrequenz. Widerstand R1 dämpft den Pi-Filter Schwingkreis und sorgt für einen linearen Frequenzgang bis zur Grenzfrequenz. Der Operationsverstärker LM833 ist als einfacher Differenzverstärker mit 20dB Spannungsverstärkung beschaltet. Der negative Eingang des Differenzverstärkers und das "kalte Ende" der Sekundärwicklung des HF-Übertragers L3 liegen auf einem Pegel von rund 2.4 Volt. R7 und R8 bilden den Spannungsteiler.
Der Local Oszillator (Blueberry oder Peppermint Board) liefert am Eingang LO CLK die vierfache Empfangsfrequenz bei TTL Pegel. Der Widerstand R9 verhindert parasitäre Schwingungen des Frequenzteiler ICs 74AC74. Die beiden D-Flipflops sind als Johnson Zähler geschaltet. An den Ausgängen 5 und 9 liegen zwei um 90° phasenverschobene Rechtecksignale mit der Empfangsfrequenz und einem Tastverhältnis von 1:1 (Duty cycle 50%). Dieser "digitale Phasenschieber" funktioniert für den ganzen Kurzwellenbereich bis 30MHz.
Die Schaltung funktioniert gut mit einer 31m langen G5RV Antenne. Die Rundfunksender auf dem 41m Band verstopfen nicht die Funkamateure auf dem 40m Band. Der 74HC4066 Analog Schalter verarbeitet auch Signale von 100mVss ohne Probleme. Für das 40m Band schaltet der 74HC4066 schnell genug für eine gute Spiegelfrequenzunterdrückung. Auf dem 20m Band ist Empfang möglich, aber fast ohne Spiegelfrequenzunterdrückung. Eine SDR Hochfrequenzstufe mit weniger Bauteilen aufzubauen dürfte schwierig werden. Die SDR 0 Schaltung entspricht der Audion Schaltung im klassischen Empfängerbau: Mit wenigen Bauteilen läßt sich ein recht gutes Ergebnis erreichen. Die SDR 2 und SDR 5 Schaltungen arbeiten auch mit 74HC4066 und liefern bessere Leistung. Die SDR 0 Schaltung hat 2*f und 3*f  Spiegelfrequenzempfang. Die folgenden Schaltungen haben aufgrund der Gegentaktschaltung nur 3*f Spiegelfrequenzempfang.
Alle Widerstände sind Metallschicht 0.6W mit 1% Toleranz. C1 bis C4, C7 und C8 sind NP0 Vielschicht Kondensatoren mit 5% Toleranz. C5 und C6 sind WIMA MKS-2 mit 5% Toleranz. C9 bis C12 sind X7R Vielschicht. L1 und L2 sind Fastron 09P mit 5% Toleranz. L4 bis L6 sind SMCC Spulen. L3 hat 2 mal 8 Windungen bifilar auf FT37-61 Amidon Ferritringkern. Kupferlackdraht mit 0.3mm Durchmesser benutzen.



Bei den folgenden Abbildungen wurde die 1m Durchmesser Loopantenne verwendet. Der Line-Eingang der Soundkarte im PC wurde auf 20dB Verstärkung eingestellt.



Abbildung links: KGKSDR Programm zeigt Spektrum von SDR0 mit AM Kurzwellensendern und DRM Kurzwellensender bei 10010,00
Abbildung rechts: Dream Programm zeigt digitales SNR (blau) von SDR0. Unterhalb von 15dB ist keine Dekodierung möglich (schwarz).


Die Spiegelfrequenzunterdrückung auf dem 40m Band läßt sich verbessern indem zwei Analog-Schalter in Reihe geschaltet werden. Dazu wird IC1B vor IC1A und IC1D vor IC1C geschaltet. Siehe folgenden Schaltungsauszug. Durch die Reihenschaltung verbessert sich die Dämpfung bei Schalter offen (OFF). Es verschlechtert sich der Widerstand bei Schalter geschlossen (Ron). Mit zwei Analogschalter in Reihe ist die Empfindlichkeit auf dem 20m Band schlechter.



Abbildung links: Zwei Analogschalter in Reihe
Abbildung rechts: Frequenzabhängige Dämpfung bei Analogschalter Off (offen) für 74HC4066 aus TI Datenblatt.


Blueberry SDR 1 Schaltung

Die Schaltung ist auf Breadboard getestet und funktioniert als DRM Radio Empfänger für BBC auf 1296kHz bis RTL auf 6095kHz. Speisung erfolgt über den USB 5V Anschluß. Die Schaltung besteht aus einem Hochfrequenzverstärker mit 4 Stück BF256B, dem QSD Schalter auf 74HC4052 Basis und einem Niederfrequenzverstärker mit dem LM833 OPAMP.
Links ist das Blueberry-Board. Es folgt 74AC74 Teiler, 74HC4052 Analog Multiplexer, HF-Trafo und die 4 JFETs des HF-Verstärkers, die 4 Induktivitäten der Pi-Glieder und der NF-Differenzverstärker LM833.



Der HF-Trafo L5 hat einen Amidon FT50-77 Kern mit 9 Windungen (89uH) für die Antennenwicklung und 18 Windungen (356uH) für die zweite Wicklung. Gewickelt wurde mit 0.6mm Durchmesser Rangierdraht. Der zweistufige HF-Verstärker arbeitet mit Konstantstromquellen als Drain-Widerstand. Dabei ist Q2 die Konstantstromquelle für Q1. Laut Spice ist die Spannungsverstärkung 40dB bei -100dB Eingangssignal, 10MHz Frequenz, 50Ohm Antennenwiderstand und 4.7KOhm Lastwiderstand. Die Verstärkung sinkt auf 30dB bei 1000Ohm Antennenwiderstand. Gekoppelt werden die beiden Stufen über C14. R1 legt das Gate von Q3 hochohmig auf GND.
Am Drain von Q3 steht die halbe Versorgungsspannung. Dieser Gleichspannung ist das HF Signal überlagert. Der RC Tiefpass R2, C9 entfernt die HF und liefert das gemeinsame Potential für den Differenzverstärker IC3.
Über den QSD Schalter 74HC4052 wird das Signal auf die 4 Pi-Glieder aus C1 bis C8 und L1 bis L4 geschaltet. Die Werte ergeben eine -3dB Frequenz von 26kHz, passend für eine Soundkarten Abtastfrequenz von 48kHz. Für C1 bis C8 empfiehlt sich 2.5% Bauteiltoleranz, z.B. Wima FKP-2. Für L1 bis L4 ist 5% Toleranz sinnvoll, z.B. Fastron 09P. Alle Bauteile stammen von Reichelt.
Die beiden Differenzverstärker IC3A und IC3B benötigen für die Widerstände R3 bis R10 eine Bauteiltoleranz von 1%. C10 bis C13 unterdrücken HF-Reste. Mit C16 und C17 wird die Soundkarte des PC gleichspannungsfrei angeschlossen.
Die USB Versorgungsspannung wird über den LC Tiefpass L6 und C15, C18 gesiebt. Die Versorgungsspannung für den 74AC74 Frequenzteiler erhält einen zusätzlichen LC Tiefpass L7, C19.
Über Leiste X1 wird die Antenne angeschlossen. X2 ist der Verbinder zum Blueberry Board mit den Anschlüssen CLK, +5V und GND. X3 ist der Anschluss für Line-In der Soundkarte. Im Musteraufbau werden Cinch-Buchsen verwendet.



Die Eval1 Schaltung hat mehr HF-Verstärkung und weniger NF-Verstärkung als die vorherigen Schaltungen. Ein Grund dafür ist die Offset-Spannung der OPAMPs. Werden 5mV Offset-Spannung um 50dB verstärkt ergeben sich unangenehm hohe Werte welche den Ausgangshub des OPAMP beschneiden. Der wichtigste Grund war aber die bessere Empfindlichkeit des Empfängers. Sehr kleine Signale werden vom QSD Schalter vernichtet. Eine Verstärkung vor dem Schalter rettet diese Signale. Laut Spice kann der Empfänger Signale von -100dB bei 1000Ohm Antennenwiderstand als Downconverter noch umsetzen.
Alle Stufen der Schaltung sind spannungsmäßig (hochohmig) gekoppelt. Dies steht im Widerspruch zur klassischen HF-Schaltungslehre welche eine leistungsmäßige (niederohmige) Kopplung der Stufen vorsieht. Die Qualität der heutigen Bauteile erlaubt bei Kurzwelle die Regeln der NF-Schaltungslehre anzuwenden.
Die Spiegelfrequenzunterdrückung ist mit 20dB bis 30dB bescheiden. Hauptgrund dürfte die nur 40dB Dämpfung bei offenen Schalter und 20MHz Radio-Frequenz sein. Eine Alternative für den 74HC4052 ist der 74HC4051, welcher wenigstens im Texas Instruments Datenblatt minimal bessere Kennwerte hat. Die echte Alternative ist der FST3253 im SMD Gehäuse.
Das Preis/Leistungsverhältnis dieser SDR Schaltung dürfte schwer zu schlagen sein. Das teuerste Bauteil, der FT50-77 Ferritkern, kostet bei Reichelt 70 Cent. Zusammen kosten die Bauteile rund 10 Euro.
Der Schaltplan wurde mit Eagle Light von CadSoft gezeichnet.


Blueberry SDR 2 Schaltung

Der oben angegebene QSD mit 74HC4052 schaltet alle 90° um, d.h. die Zeit zwischen Einschalten und Ausschalten eines einzelnen Schalters ist ein Viertel der Periodendauer der Radiofrequenz. Beim Balancemischer schaltet der einzelne Schalter alle 180°, d.h. die Zeit zwischen Ein- und Ausschalten ist die Hälfte der Periodendauer der Radiofrequenz. Diese Schaltungsvariante wird z.B. von YU1LM Sinisa Tasic und von Burkhard Kainka vorgestellt. Beim Balancemischer läßt sich der 74HC4066 Analog-Schalter einsetzen, welcher laut Datenblatt schneller schaltet als der 74HC4052.
Die Widerstände R12 und R13 mit 1% Bauteiltoleranz entkoppeln die beiden HF-Zweige und helfen mit für eine Spiegelfrequenzunterdrückung von 30dB bis 40dB. Die Versorgungsspannung von IC3 wird über das LC Glied L8 und C20 gesiebt. C1 bis C8 sollen 2.5% Toleranz haben, z.B. Wima FKP-2. Für L1 bis L4 ist 5% sinnvoll, z.B. Fastron 09P.
Auch wenn ich als Autor voreingenommen bin: Ich möchte die Eval2 Schaltung jedem empfehlen welcher Interesse an Meinungsvielfalt im Radio hat oder wer Musik auf Kurzwelle hören möchte.




Blueberry SDR 3 Schaltung

Man kann im Balancemischer anstelle des 74HC4066 den 74HC4053 verwenden. Die SDR3 Schaltung arbeitet ohne Vorverstärker. Eine kleine Schaltungsänderung im LM833 Differenzverstärker verbessert die Gleichtaktunterdrückung. Jedes IC hat nun eine 100uH Drossel in der Spannungsversorgung. Der SDR3 Empfänger wurde schon auf Breadboard aufgebaut. Kurzwelle Empfang auf 17700kHz im 17m Band, Funkamateur Empfang im 20m Band aus England, Schweden, Slovenien, Italien, Frankreich und DRM Empfang auf 13620kHz und 13810kHz im 22m Band waren mit einer G5RV Antenne gut. Als Local Oszillator wird das Peppermint Board eingesetzt. Die Soundkarte arbeitet mit 48kHz Abtastung.
Alle Widerstände sind Metallschicht 0.6W mit 1% Toleranz. C1 bis C8 sind NP0 Vielschicht Kondensatoren mit 5% Toleranz. C9 und C10 sind WIMA MKS-2 mit 5% Toleranz. C11 bis C14 sind X7R Vielschicht. L1 bis L4 sind Fastron 09P mit 5% Toleranz. L5 bis L7 sind SMCC Spulen. TR1 hat 2 mal 15 Windungen bifilar nicht verdrillt auf FT37-77 Amidon Ferritringkern für die Sekundärwicklungen und 7 Windungen für die Primärwicklung. Kupferlackdraht mit 0.3mm Durchmesser benutzen.




Für den SDR3 Empfänger reicht eine 5m lange Wurfantenne um Deutsche Welle auf 6075kHz und Bayrischer Rundfunk auf 6085kHz zu empfangen. Ein Stück Alufolie wird als Antennengegengewicht um das Breadboard gewickelt und mit GND verbunden.
Mit dem Tiefpassfilter C15, L8, C16 am Eingang läßt sich der Spiegelfrequenzempfang auf der 3-fachen, 5-fachen, ..., Frequenz unterdrücken. Für 50 Ohm Eingang- und Ausgangsimpedanz sind die Werte nach AADE Filterberechnungsprogramm für einen 3-poligen Chebyshev Filter:
Band
 Frequenz
 C15, C16
 L8
160m
 2.2MHz
 3.3nF Styroflex
 3.3uH SMCC
80m
 4.2MHz
 2.2nF Styroflex
 1.5uH SMCC
40m
 8.2MHz
 1.3nF (1nF NP0||330pF NP0)
 0.68uH Luftspule oder SMCC
30m, 20m
 16.3MHz
 395pF (220pF NP0||180pF NP0)
 0.47uH Luftspule oder SMCC
17m, 15m, 12m, 10m
 33MHz
 195pF (100pF NP0||100pF NP0)
 0.22uH Luftspule oder SMCC

Das Zeichen || bedeutet Parallelschaltung. Die Kondensatoren sind Styroflex mit 2.5% Toleranz oder NP0 Vielschicht mit 5% Tolerenz. Die Induktivitäten sind SMCC Drosseln mit 10% Toleranz oder Luftspulen. Als Luftspulen Wickelkörper läßt sich für 10mm Durchmesser eine AAA Micro Batterie verwenden. Für 0.68uH sind dann 10 Windungen mit 10mm Länge nötig. Für 0.47uH sind 7 Windungen bei 7mm Länge nötig. Für 0.22uH sind es 4 Windungen bei 3mm Länge.




Abbildung oben: Empfang 20m Funkamateur Band mit SDR3, G5RV Antenne und SDRadio Software. 20m Tiefpass ist aktiv. LO Frequenz ist 56.9MHz, Empfangsbereich ist 14201kHz bis 14249kHz.
Abbildung unten: Empfang 22m Rundfunkband. LO ist 54.58MHz, Empfangsbereich 13621kHz bis 13669kHz mit DRM Sender auf 13660kHz.


Blueberry SDR 4 Schaltung

Die Schaltmischer mit 74HC4066 sind Balanced-Mischer. Ein Double-Balanced-Mischer liefert weniger Mischprodukte. Der H-Mode Mischer ist ein Double-Balanced Mischer. Der SA602 ist ein bekanntes Double-Balanced Mischer IC. Pinkompatibel sind SA602A, NE602, NE602A, SA612, NE612, SA612A und NE612A. Der SA602 hat eine bessere Garantie für noise figure und Third-order intercept point als der SA612. Mit zwei SA602 läßt sich ein IQ Mischer aufbauen. Nachteil des SA602 ist der schlechte IP3 Wert. Wenn nötig ein Dämpfungsglied zwischen Antenne und SDR4 Empfänger schalten. Datenblatt: "When designing LANs or other closed systems where transmission levels are high, and small-signal or signal-to-noise issues are not critical, the input to the SA612A should be appropriately scaled". Das Oszillatorsignal am SA612 soll zwischen 200mVss und 300mVss liegen. Datenblatt: "External L.O. should be 200mVpp minimum to 300mVpp maximum".
Der Videoverstärker NE592 hat symmetrische Eingänge und symmetrische Ausgänge. Gleiches gilt für den SA602. Zusammen läßt sich ein SDR mit symmetrischem HF Eingang für z.B. eine magnetic Loop Antenne und zwei symmetrische I und Q Ausgänge für eine Soundkarte mit symmetrischen Eingängen wie die E-MU TrackerPre aufbauen. Mit R1 wird die Spannungsverstärkung von IC1 auf 20dB (10-fach) eingestellt. Ohne R1 ist die Spannungsverstärkung 0dB (1-fach).
Der Mini-Circuits HF-Übertrager T-622 koppelt mit seinen drei identischen Wicklungen Ausgang von NE592 auf die Eingänge der SA602. Das Oszillatorsignal für die SA602 wird auf 250mV Spitze-Spitze heruntergesetzt. C1, C3 runden das Rechtecksignal. C2, C4 koppelt den Eingang des SA602 gleichspannungsfrei. R7, R8 dämpfen wilde Schwingungen.
Der Local Oszillator (Blueberry Board, Peppermint Board oder Si570 Board) liefert am LO Eingang die vierfache Empfangsfrequenz bei TTL Pegel. Der Widerstand R2 dämpft wilde Schwingungen des Frequenzteiler ICs 74AC74. Die beiden D-Flipflops sind als Johnson Zähler geschaltet. An den Ausgängen 5 und 9 liegen zwei um 90° phasenverschobene Taktsignale. Dieser "digitale Phasenschieber" funktioniert für den ganzen Kurzwellenbereich bis 30MHz.
Alle Widerstände sind Metallschicht 0.6W mit 1% Toleranz. C1 und C3 sind Keramik-Kondensatoren. C2, C4 bis C7 sind Keramik-Vielschicht-Kondensatoren. L1 bis L3 sind SMCC Spulen. TR1 ist Mini-Circuits T-622.



Mit einer Soundkarte wie der E-MU Tracker Pre ist eine Abtastfrequenz von 192kHz möglich.





Abbildung oben: Empfang auf 6075kHz mit 30cm Wurfantenne.
Abbildung unten: Empfang auf 13790kHz mit G5RV Antenne. Sender hat 7.5kHz Modulation und entsprechend gute Musikqualität. Auf 13810kHz liegt ein DRM Sender. Die Spiegelfrequenzunterdrückung ist 40dB.


Verbesserungen von Blueberry SDR

Laut Spice ist die Bestückung mit BF256A minimal besser als mit BF256B.
Der 74HC4052 kann gegen den FST3253 im SOIC Gehäuse (1.27mm Pin-Abstand) ausgetauscht werden. Für SMD Bauteile im SOIC Gehäuse gibt es fertige Adapter auf DIL Bauform, z.B. Aries 14-350000-11-RC. Mit einer ruhigen Hand, dünner Lötkolbenspitze und dünnem Lötzinn dürfte aber auch die Adapter-Selbstbauvariante von Bozidar Pasaric 9A2HL nach Abschnitt Resocketing the 3253 gelingen.
Mit zwei Diodenringmischer wie den TUF-1 oder SBL-1 von Mini-Circuits läßt sich auch ein IQ Schaltmischer bauen. Siehe "A Binaural I-Q Receiver" von Rick Campbell, KK7B in QST March 1999.
Der 74HC4053 kann mit maximal 10V Versorgungsspannung betrieben werden. Die Werte für Ron und OFF Isolation (Dämpfung bei Roff) verbessern sich mit höherer Versorgungsspanung. Eine symmetrische Spannungsversorgung mit +5V/-5V scheint sinnvoll. Die Intersil Chips ISL43142 (zwei Umschalter) oder ISL5123 (ein Umschalter) im SMD SOIC Gehäuse oder ISL43210 (ein Umschalter) im kleineren SMD SOT23 Gehäuse lassen sich bis 12V Versorgungsspannung betreiben und haben eine OFF Isolation von 50dB bei 10MHz. Die OFF Isolation ist ein wichtiger Kennwert für die erreichbare Spiegelfrequenz Unterdrückung in einem IQ Mischer. Ein offener Analogschalter wirkt wie ein Kondensator. Die OFF Isolation sinkt frequenzabhängig mit rund 20dB pro Dekade.
Die beste OFF Isolation hat der 74HC4051 mit 55dB bei 10MHz und 9V Versorgungsspannung laut Datenblatt. Leider sind zwei 74HC4051 nötig für einen IQ T-Mode Mixer.




Abbildung links: Von Frequenz und Versorgungsspannung abhängige Dämpfung bei Analogschalter Off (offen) für 74HC4053 aus TI Datenblatt. Ist bei 10MHz schlechter als 74HC4066.
Abbildung mitte: Dämpfung bei Analogschalter Off (offen) für ISL5123, ISL43142 und ISL43210 aus Intersil Datenblatt. Ist bei 10MHz wie 74HC4066.
Abbildung rechts: Dämpfung bei Analogschalter Off (offen) für 74HC4051 aus TI Datenblatt. Ist bei 10MHz besser als 74HC4066.


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