Difference between revisions of "Projets:Lab:2017:Peripheriques Angelia"

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(Alexi2C)
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'''Principe de fonctionnement'''
 
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'''Note liminaire''' : Alexi2C a été dessiné pour répondre à l'éventuelle demande d'utilisateurs de carte Red Pitaya souhaitant exploiter le protocole I2C géré par le firmware de Pavel Denim. Ce même firmware gère également le protocole SPI originel, plus "complet" et plus conforme aux spécifications du groupe OpenHPSDR. Alexi2C est donc surtout destiné à des usagers qui ne veulent qu'une interface simplifiée, minimaliste, limitée aux commandes des filtres, des atténuateurs, de quelques commutations antennes (mais pas toutes). La majorité des utilisateurs du bus I2C cherchent surtout à commuter des BPF limités aux seules bandes radioamateur.
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'''Note liminaire''' : Alexi2C a été dessiné pour répondre à l'éventuelle demande d'utilisateurs de carte Red Pitaya souhaitant exploiter le protocole I2C géré par le firmware de Pavel Denim.  
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Ce même firmware gère également le protocole SPI originel, plus "complet" et plus conforme aux spécifications du groupe OpenHPSDR. En d'autres termes, un propriétaire de Red Pitaya cherchant à coller au mieux au standards OpenHPSDR aura mieux fait d'opter pour une carte Alexandrie.
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Alexi2C est surtout destiné à des usagers qui ne veulent qu'une interface simplifiée, minimaliste, limitée aux commandes des filtres, des atténuateurs, de quelques commutations antennes (mais pas toutes). La majorité des utilisateurs du bus I2C cherchent surtout à commuter des BPF limités aux seules bandes radioamateur.
  
 
Un PCA9555 est chargé de décoder les informations du bus I2C, lesquelles activent les 16 entrées-sortie du circuit. Soit une à une, soit plusieurs à la fois.  
 
Un PCA9555 est chargé de décoder les informations du bus I2C, lesquelles activent les 16 entrées-sortie du circuit. Soit une à une, soit plusieurs à la fois.  

Revision as of 16:34, 17 January 2018

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Radio Radios logicielles, transmissions numériques, expérimentations HF


Architecture des périphériques Angelia et de son frontend Alexiares. Certains modules (alimentation, EER), ne sont pas représentés



Pourquoi

Début 2017, trois idées de projets "radio logicielle" (SDR) ont mûri au sein de l'Electrolab.

  • Réalisation d'un émetteur-récepteur décamétrique (0/30 MHz) d'entrée de gamme architecture DDC/DUC, échantillonnage 60 MSPS sur 12 bits (Hermes Lite)
  • Réalisation d'un émetteur-récepteur décamétrique (0/60 MHz) haut de gamme architecture DDC/DUC, échantillonnage 120 MSPS sur 16 bits, double récepteur (Angelia)
  • Prise en charge d'un émetteur-récepteur décamétrique (0/60 MHz) commercial, architecture DDC/DUC, échantillonnage 120 MSPS sur 14 bits, double récepteur (Red Pitaya)

Le premier projet, Hermes Lite V 2.0, a été développé par Steve KF7O et est décrit sur le site Hermeslite.com Hermeslite.com.


thumbcarte prototype Alexi2C


Ensemble open source, open hardware, il reprend les fonctions principales du projets Open HPSDR initié par le Radioclub de Tucson, Arizona (TAPR pour les intimes).

Le second projet, Angelia, part du circuit imprimé nu d'un SDR également issu des travaux du TAPR : Hermes, évolution et intégration d'Open HPSDR. Angelia est la seconde génération de cette carte, également open source, open hardware


thumbcarte prototype Alexi2C



le troisième projet, Red Pitaya, utilise une base matérielle initialement prévue pour jouer le rôle d'instrument de mesure polyvalent destiné au marché de l'éducation. Piètre appareil de mesure, il est en revanche, moyennant quelques modifications et ajouts, un excellent émetteur-récepteur.

Avec ce SDR, il est également possible d'utiliser une interface Alexandrie (voir l'architecture Angelia)

A noter que pour l'heure, les commutations antenne TX et RX ne gèrent que deux voies et non 3 comme dans le projet originel.


Architecture Red Pitaya, de son interface Alexi2C et de son frontend Alexiares
Red Pitaya tof.JPG



Si tout est fait pour que le Hermes Lite soit un transceiver autonome et complet, l'Angelia et le Red Pitaya en revanche, ne peuvent absolument pas fonctionner "tel que". Il leur manque notamment :

  • Une alimentation régulée filtrée propre
  • Une série de filtres à bande passante variable
  • L'électronique de commande de ces filtres
  • Les cartes de commutation d'antenne coté émetteur
  • Les cartes de commutation d'entrées des récepteurs
  • Un amplificateur de puissance HF couvrant de 1 à 60 MHz (chacun choisissant selon son budget la puissance qui lui conviendra). Angelia "nue" ne délivre que 500 mW et le Red Pitaya 10mW
  • Un module de mesure de puissance directe et réfléchie
  • Un module de prélèvement du signal en sortie d'émetteurs, destiné à un système de pré-distorsion (aka "pure signal" en langage marketing Apache)
  • Éventuellement un module d'affichage en façade fournissant les indicateurs de bon fonctionnement de la station radio (puissance de sortie, signal réfléchi, température de l'amplificateur, indicateur d'émission, système de sécurité et de protection dudit amplificateur)

Accessoirement, le frontend de l'Hermes-Lite est certainement pratique si l'on souhaite se limiter à une station portable de faible puissance, mais on est loin des performances et de la souplesse offerte par Alexiares. Notamment en termes de filtrage paramétrable, de sélection des périphériques extérieurs (antennes, convertisseurs) ou de pilotage d'amplis de puissance.

Filtrage : les héritiers d'Alexiares

Ce sont les premières extensions conçues par l'Electrolab, car indispensables au fonctionnement d'Angelia. En outre, une approche modulaire devrait ouvrir ce dévelopement à toute personne cherchant un ensemble de filtres émission/réception pour faible puissance -50 W maxi, quel que soit le type de transceiver utilisé.

A l'origine, le projet OpenHPSDR utilisait trois filtres et au moins deux protocoles d'adressage pour lesdits filtres

Les protocoles :

  • Penelope, alias "Penny", une commutation paramétrable sur 7 bits par le truchement d'un tableau de cases à cocher, et délivrant, sur un connecteur baptisé "J16", un mot décimal ou binaire qui servira à commuter des périphériques capables de réagir aux états de ce mot de 7 bits.
  • Alexiares, alias "Alex", une commutation strictement définie et véhiculée par un bus SPI.


L'interface "7 bits" de Penelope
Protocole Alex, commutation des antennes
Protocole Alex, commutation des filtres HPF et LPF


Les filtres :

  • Apollo, un filtre passe-bas faible coût destiné à suivre un petit amplificateur HF de 10/15W baptisé Pennywhistle. Pour information, Pennywhistle fonctionne sur le Hermes Lite V 1.0 d'un membre de l'Electrolab depuis plus d'un an. Des liaisons de plusieurs centaines, voir milliers de km sont envisageables avec un tel ampli.
  • Alex est un filtre plus évolué. Il combine le passe-bas Apollo et un passe-haut. En jouant avec les fréquences de coupure de ces deux filtres, on obtient un filtre à bande passante variable. Alexiares est constitué de 7 passes-bas, 7 passe-haut, et d'un circuit de contournement (pas de filtre du tout). Selon les combinaisons, il peut se limiter à la fonction passe-bas uniquement, passe-haut uniquement, et passe-bande en combinaison. Alex intègre également d'autres fonctions telles qu'une triple commutation d'antennes à l'émission, une quadruple commutation coté réception pour ajouter d'éventuels filtres spécifiques, transverters, amplificateurs faible bruit, antennes spécifiquement réception (beverage par exemple), un amplificateur faible bruit, un atténuateur 0/10/20/30 dB, un filtre antialiasing, l'aiguillage du signal émis vers un récepteur secondaire (à des fins de pré-distorsion par exemple), la prise en compte des paramètres de fonctionnement de l'amplificateur de puissance -tension, courant, puissance directe et réfléchie, température- ... pour ne citer que les principales.
  • Anicetus, un passe-bande en L qui n'a jamais vraiment été réalisé en série

Tous ces filtres ont été originellement conçus pour le système OpenHPSDR. Mais avec le temps, seul Alex a survécu. L'évolution de la partie SDR, avec l'arrivée de la carte Hermes et de ses variantes Angelia et Orion, n'a pas entraîné de modification majeur de ce filtre. Et ce malgré plusieurs ajouts, notamment un second ADC sur la chaine de réception, l'apparition de fonctions de traitement de signal évolué (prédistorsion, EER, diversité... ). Mais depuis sa première version, bien des choses ont changé. Certains composants ne sont plus disponibles, d'autres SDR situés dans la mouvance OpenHPSDR utilisent des protocoles différents, les circuits imprimés initialement revendus par le Radioclub de Tucson (TAPR) ne sont plus disponibles...

C'est la raison d'être de cette nouvelle version d'Alex un "fork" matériel du filtre originel. La principale différence avec Alexiares réside dans dans le fait que la section "interface" entre le SDR et le filtrage est indépendante. De cette manière, les lpf, hpf, commutateurs d'antenne etc peuvent être utilisés sur d'autres équipements moyennant une nouvelle interface adaptée.

Alexandrie, ses frères et soeurs

plus de 10 PCB différents constituent le "nouvel Alexiares"

  • Alexandrie (Ἀλεξάνδρεια), interface SPI qui pilote la totalité des cartes Alexiares
  • Alexi2C ( Ἄλεξις), interface I2C qui pilote la totalité des cartes Alexiares
  • Alexiares_lpf (Ἀλεξιάρης) filtre passe-bas de la famille Alexiares
  • Alexiares_hpf (Ἀλεξιάρης) filtre passe-haut de la famille Alexiares
  • Alexiares_Coax_Out (Ἀλεξιάρης ) commutateurs d'antennes de la famille Alexiares
  • Télémaque (Τηλέμαχος), capteurs U/V/C°/HF précédant Mentor pour SSPA
  • Mentor (Μέντωρ) Précepteur de Télémaque, controleur (MCU) tension/intensité/température/puissance directe/puissance réfléchie pour SSPA
  • Ulysse ou Odysseus (Ὀδυσσεύς), père de Télémaque, réflectomètre pour SSPA
  • Themis (Θέμις), version de base d'Ulysse, réflectomètre et commutation de prédistorsion
  • Aiôn (αἰών), horloge de référence 10 MHz
  • Hébé (Ἥβη), système d'asservissement EER pour amplificateur de puissance


Alexandrie

  • - Alexandrie (Ἀλεξάνδρεια): interface SPI entre Red Pitaya ou Hermes/Angelia d'un côté, et les filtres (et commutations antennes, lna, atténuateurs... ) de l'autre. Format 10x10cm




thumb carte prototype Alexandrie



Schéma

Cliquez sur le document pour l'agrandir



Principe de fonctionnement

Le SDR (Carte Hermes ou connecteur E1 du Red Pitaya) utilise 4 entrées/sorties en mode sériel pour piloter les filtres et périphériques d’Alexiares.

  • - Un port « horloge » SPI CLK
  • - Un port « données » SPI Data
  • - Un port de sélection des fonction réception SPI RX Load
  • - Un port de sélection des fonction émission SPI TX Load

Ces flux respectifs sont tout d’abord tamponnés par une paire de buffers inverseurs -74HCT04- puis envoyés dans quatre registres à décalage TPIC6B595. Lesquels convertissent les informations séries en données « parallèles » qui conservent leur état tant qu’un nouveau train de données sérielles ne vient pas annuler l’ordre précédent.

Les TPIC6B595 fournissent une logique négative (commutation vers gnd) sur les connecteurs de sortie J6, J7, J8 et J3. Ces sorties sont directement reliées aux bobines des relais à commander. Ce qui implique que ces bobines de relais sont alimentées d'un coté en permanence par une tension de 12V, et sont activées lorsque l’autre borne de la bobine est mise à la masse par le biais du TPIC6B595.

Au total, 29 relais différents sont activés par Alexandrie :

Coté réception

  • - 4 relais d’entrée antenne RX
  • - 2 relais d’atténuateur d’entrée
  • - 16 relais de sélection des filtres passe-haut, de bypass et d’amplification faible bruit

Coté émission

  • - 3 relais de sortie antenne TX
  • - 2 à 3 relais de basculement d’émission-réception (selon les configurations)
  • - 14 relais de sélection des filtres passe-bas, d’isolation/fermeture du circuit « pure signal »
  • - 3 relais -ou plus- excités par la commutation émission-réception (Bias control, mise en série hpf/lpf, connexion pure signal, liaison ampli...)

Les utilisateurs de cartes Hermes, Angelia et semblables peuvent également utiliser les connecteurs J2 et J4 (selon configurations), lesquelles servent à relier Alexandrie aux cartes de contrôle de sortie HF, Mentor et/ou carte rosmètre/wattmètre située après l’étage d’amplification finale. Ces deux connecteurs permettent de commander un circuit de protection qui coupera l’émission de puissance en cas de problème :

  • - En cas de signal réfléchi important si l’on utilise la carte rosmètre/wattmètre
  • - En cas de signal réfléchi important, de température trop élevée, de surconsommation ou de surtension si l’on utilise la carte Mentor


BOM

la BOM est disponible au format cvs

Github/Gerber

https://github.com/F6ITU/Alexandrie/tree/master/Gerber

Réalisation

Aucune précaution de montage particulière n’est nécessaire pour monter cette carte.

  • - Penser à souder les composants de petite taille avant les connecteurs,
  • - Vérifier le bon sens des diodes LED avant de les souder, modifier le cas échéant la valeur de la résistance série de chaque diode en fonction du courant spécifié par la feuille de donnée de la LED utilisée (une valeur entre 220 et 330 Ohms devrait convenir, des diodes ne servent qu’aux tests de mise en fonction et sont masquées par le blindage par la suite)
  • - Vérifier le sens des circuits intégrés avant de les souder se référant au schéma

Les composants passifs sont des modèles génériques, qu’il s’agisse des résistances ou des condensateurs céramique multicouche, tous en 0805. Il en va de même pour les LED ou la diode shottky de protection (entrée +12V). le niveau de qualité n’est pas un facteur critique.

Idem pour les connecteurs Molex kk. Tous les prototypes et premières cartes de production de série ont été assemblées avec des connecteurs achetés par quantités de 50 sur ebay, à des prix moitié moindre que ceux pratiqués par les distributeurs européens

En revanche, il est vivement recommandé de se fournir chez RS Composants, Farnell et consorts pour ce qui concerne les composants actifs, pour d’évidentes raisons de qualité et de fiabilité.

  Note importante pour les possesseurs de carte Red Pitaya
  Contrairement à la carte Angelia, aucune précaution n'a été prise par les constructeurs de la carte Red Pitaya
  pour protéger les sorties du FPGA (lequel travaille en logique 3.3V)
  Il est donc nécessaire de ne pas monter les résistances de "pull up" à 5V R1 à R6 situées en entrée des deux 74HCT04

Un grand merci à F1CHM pour avoir attiré notre attention sur ce point, et à F4GRX pour avoir fourni la solution.

L'Angelia, quant à elle, intègre un buffer sur chaque entrée du connecteur Alexiares, à l'exception des deux entrées analogiques "FWD" et "REFL" qui, elles, ne devront jamais dépasser 3V à pleine puissance d'amplificateur. Penser à vérifier cette tension maximale en sortie de la carte Methis ou Telemaque.

Alexi2C

  • - Alexi2C ( Ἄλεξις) : interface I2C entre red pitaya ou Hermes lite d'un côté, et les filtres (et commutations antennes, lna, atténuateurs... ) de l'autre. Format 5x10cm





Interface I2C universelle 16 sorties tamponnées




Schéma

Cliquez sur le document pour l'agrandir


Principe de fonctionnement

Note liminaire : Alexi2C a été dessiné pour répondre à l'éventuelle demande d'utilisateurs de carte Red Pitaya souhaitant exploiter le protocole I2C géré par le firmware de Pavel Denim.

Ce même firmware gère également le protocole SPI originel, plus "complet" et plus conforme aux spécifications du groupe OpenHPSDR. En d'autres termes, un propriétaire de Red Pitaya cherchant à coller au mieux au standards OpenHPSDR aura mieux fait d'opter pour une carte Alexandrie.

Alexi2C est surtout destiné à des usagers qui ne veulent qu'une interface simplifiée, minimaliste, limitée aux commandes des filtres, des atténuateurs, de quelques commutations antennes (mais pas toutes). La majorité des utilisateurs du bus I2C cherchent surtout à commuter des BPF limités aux seules bandes radioamateur.

Un PCA9555 est chargé de décoder les informations du bus I2C, lesquelles activent les 16 entrées-sortie du circuit. Soit une à une, soit plusieurs à la fois.

Une paire de réseaux de transistors darlington -ULN2803- tamponne les sorties du décodeur I2C et adapte les tensions de fonctionnement des périphériques extérieurs (les relais 12V des cartes Alexiares HPF et LPF par exemple). A noter que si la sortie directe du pca9555 est en logique positive -état "haut" lorsqu'actif-, le signal en sortie des ULN2803 est en logique négative (sortie à GND lorsqu'active). Ainsi, la sortie d'Alexi2C est strictement identique à celle d'Alexandrie et peut donc piloter les mêmes filtres, avec les mêmes arrangements.

Si l'on utilise le firmware de Pavel Denim, en fonction de l'adresse sélectionnée -0x20 ou 0x21- le circuit décodeur PCA9555 interprète soit le mode par défaut Penelope (aucun jumper), soit le mode Alexiares (jumper sur 0x21)... soit les deux si l'on chaîne les deux cartes en leur assignant une adresse différente. Dans ce cas, le Red Pitaya peut piloter 32 sortie.

Les adresses 0x22 et 0x23 sont réservées à des développements ultérieurs dans le cadre des applications "Red Pitaya".


BOM

La BOM est disponible au format CSV

Github/Gerber

https://github.com/F6ITU/Alexi2C/tree/master/Gerber

Réalisation

La réalisation de cette carte n'appelle aucun commentaire particulier. Il est à noter que les premières cartes prototype pouvaient accepter un régulateur 5V optionnel utilisable dans des conditions très particulières et assez rares (câblage de l'I2C en "trois fils", SCL et SDA en logique TTL). La version "de série" n'intègre pas ce régulateur

La tension appliquée sur le commun des ULN2803 (J3) ne doit pas dépasser 20 V

Lorsque branché à un Red Pitaya, les entrées SCL, SDA et GND sont à repiquer sur le connecteur E2, mais la ligne d'alimentation I2C du PCA9555 doit partir du rail 3.3V (connecteur E1).

Le décodeur I2C ne fonctionnera pas si les signaux I2C sont en 3V et la tension de bus supérieure à 4V

Utilisations annexes

Cette carte peut être utilisée pour interfacer n'importe quel "maitre" I2C (Arduino, Raspberry etc) avec des composants de puissance ou des charges inductives. Le chaînage de 4 cartes identiques utilisant les adresse 0x20, 0x21, 0x22 et 0x23 offre 64 sorties de 300 mA chacune sous 3 à 20 V.


Si l'on omet de monter les ULN2803, il est possible de ressortir les gpio du PCA9555 en n'installant pas les connecteurs J4 et J5, et en soudant les connecteurs J6 et J11. J3, J12 et J13 sont également inutiles, ainsi que la diode D1

Si l'on ne souhaite installer que les ULN2803 -dans le but de tamponner en mode parallèle les gpio d'un Arduino ou d'un Raspberry par exemple- il faut monter tous les connecteurs sauf J1 et J2, ne pas installer R4 à R7, C5, C6 ni le PCA9555.


Alexiares_lpf

  • - Alexiares_lpf (Ἀλεξιάρης ) : Filtre passe-bas de puissance. Se connecte à Alexandrie ou à Alexi2C. Filtre la sortie d'un amplificateur HF de puissance. Format 10x10cm



thumbcarte prototype Alexi2C


Schéma

Cliquez sur le document pour l'agrandir


Principe de fonctionnement En fonction des commandes délivrées par la carte Alexandrie, les relais de chaque section de filtre sont activés automatiquement en fonction de la fréquence de travail. Il est important de noter qu’il existe deux modes de commandes, choix devant être effectué sous l’onglet «Alex/ hpf/lpf ». Si l’option « firmware est cochée, les filtres sont commutés selon la table indiquée ci-dessous.

begin    
    if  	(frequency > 29700000) LPF <= 7'b0010000;	// > 10m so use 6m LPF 
	else if (frequency > 21450000) LPF <= 7'b0100000;  	// > 15m so use 12/10m LPF 
	else if (frequency > 14350000) LPF <= 7'b1000000;  	// > 20m so use 17/15m LPF 
	else if (frequency > 7300000)  LPF <= 7'b0000001;  	// > 40m so use 30/20m LPF   
	else if (frequency > 4000000)  LPF <= 7'b0000010;  	// > 80m so use 60/40m LPF 
	else if (frequency > 2000000)  LPF <= 7'b0000100;  	// > 160m so use 80m LPF   
	else LPF <= 7'b0001000;                                // < 2MHz so use 160m LPF 
 end  

Pour plus d'informations, se reporter au code originel de Phil Harman vk6ph

Si l’option « manual » est cochée, les filtres sont commutés en respectant la table de fréquence paramétrée dans les tableaux situés dans ce même écran de réglage.

Ecran de paramétrage des filtres Alex


Le lpf 60 MHz, qui sert également de filtre antialiasing, est toujours en service.


BOM

la BOM est disponible au format CSV

Une BOM détaillée des condensateurs spécifiquement utilisés dans les filtres est disponible au format XLS

Ce sont des condensateurs 500 V porcelaine assez coûteux (environ 2 euros pièce)

Il est tout à fait possible d’utiliser des capas 500V céramique multicouche format 1206 qualité NP0 au moins pour toutes les bandes basses jusqu’à 21 MHz si l’on souhaite alléger la facture finale. Le facteur de qualité des filtre s'en ressentira nécessairement

 ATTENTION : Dans cette BOM, toutes les références des connecteurs SMA sont doublées. Une seule référence doit être commandée et installée


Github/Gerber

https://github.com/F6ITU/Alexiares_LPF/tree/master/Gerber

Réalisation

  • - Soudez la totalité des ferrites coté inférieur, les condensateurs de découplage, puis les diodes de roue libre. En soudant les diodes, prenez garde à deux points importants :
  • ne bouchez pas les traversées des relais
  • prenez garde au sens des diodes : la cathode (la barre) se trouve du coté opposé à celui de la piste de commande (celle qui aboutit à la perle de ferrite en 0805)
Les découplages, ferrites de filtrage et diodes de roue libre du LPF (Cliquez sur le document pour l'agrandir)


  • - Soudez ensuite les 13 relais D2n 12v. Vérifier, avant de braser toutes les pattes, que le boitier est bien plaqué sur le corps du pcb
  • - Avec une petite alimentation équipée de deux pointes de touche (pos., neg.),
  • injectez une tension de 12V environ sur l’œillet du connecteur J1 marqué « 12Vcc » sur la face inférieure, et « + » sur la face supérieure
  • avec l’autre pointe de touche (négatif) faites contact avec les entrées de commande de ce même connecteur : 10m, 15m, 20m, 40m etc (sauf les contacts marqués gnd, bien entendu). Chaque test doit faire entendre le cliquettement caractéristique des contacts des relais qui se ferment.
  • en cas de non-réponse d’un des filtres -absence de bruit- vérifiez le sens de la diode de roue libre, la qualité de la brasure du ferrite inséré dans chaque ligne d’alimentation ou l’absence de pont de soudure sur les condensateurs de découplage.

Alexiares_hpf

  • - Alexiares_hpf (Ἀλεξιάρης ) : Filtre passe-haut. Se connecte à Alexandrie ou à Alexi2C. Filtre les signaux radio à l'entrée du récepteur. Combiné avec le filtre passe-bas, il peut jouer le rôle de filtre passe-bande à bande passante variable, selon les cellules sélectionnées. Format 10x10cm



thumbcarte prototype Alexi2C


Schéma

Cliquez sur le document pour l'agrandir


Principe de fonctionnement

En fonction des commandes délivrées par la carte Alexandrie, les relais de chaque section de filtre sont activés automatiquement en fonction de la fréquence de travail.

Il est important de noter qu’il existe deux modes de commandes, choix devant être effectué sous l’onglet «Alex/ hpf/lpf ». Si l’option « firmware est cochée, les filtres sont commutés selon la table indiquée ci-dessous.


  if         (frequency <  1416000) HPF <= 6'b100000;  // bypass
    else if    (frequency <  6500000) HPF <= 6'b010000;    // 1.5MHz HPF    
    else if (frequency <  9500000)  HPF <= 6'b001000;    // 6.5MHz HPF
    else if (frequency < 13000000)  HPF <= 6'b000100;    // 9.5MHz HPF
    else if (frequency < 20000000)  HPF <= 6'b000001;    // 13MHz HPF
    else                                     HPF <= 6'b000010;    // 20MHz HPF

Si l’option « manual » est cochée, les filtres sont commutés en respectant la table de fréquence paramétrée dans les tableaux situés dans ce même écran de réglage.


Pour plus d'informations, se reporter au code originel de Phil Harman vk6ph

Ecran de paramétrage des filtres Alex


Le lpf 60 MHz, qui sert également de filtre antialiasing, est toujours en service.


BOM

la BOM est disponible au format CSV

Une BOM détaillée des condensateurs spécifiquement utilisés dans les filtres est disponible au format XLS

Ce sont impérativement des condensateurs format 1206, NP0, céramique multicouche

 ATTENTION : Dans cette BOM, toutes les références des connecteurs SMA sont doublées. Une seule référence doit être commandée et installée
 en fonction des choix de chacun en matière de blindage (connecteur "edge", "vertical", "vertical coudé" 


Github/Gerber

https://github.com/F6ITU/Alexiares_HPF

Réalisation

  • - Soudez la totalité des ferrites coté inférieur, les résistances des deux atténuateurs (attention à bien respecter les références et valeurs) ainsi que le condensateur tantale situé en milieu de carte
Ferrites de filtrage d'alimentation, détail



  • - Face supérieure, soudez l’intégralité des capacités de découplage 10nF (et une seule 100nF). Cet ordre est absolument impératif : une fois les relais installés, il est impossible d’installer ces composants. Vérifiez scrupuleusement tous les points de brasure
Condensateurs de découplage du HPF, détail


  • - Soudez ensuite les 16 relais EC2-12NU. Vérifier, avant de braser toutes les pattes, que le boitier est bien plaqué sur le corps du pcb
les relais HPF assemblés


  • - Avec une petite alimentation équipée de deux pointes de touche (pos., neg.),
  • injectez une tension de 12V environ sur l’œillet du connecteur J2 marqué du signe « + »
  • avec l’autre pointe de touche (négatif) faites contact avec les entrées de commande de ce même connecteur : 6m/LNA, 20hpf, 13hpf etc (sauf les contacts marqués gnd, bien entendu). Chaque test doit faire entendre le cliquettement caractéristique des contacts des relais qui se ferment.
  • en cas de non-réponse d’un des filtres -absence de bruit- la qualité de la brasure du ferrite inséré dans chaque ligne d’alimentation, l’absence de pont de soudure sur les condensateurs de découplage.

Alexiares_Coax_Out

  • - Alexiares_Coax_Out (Ἀλεξιάρης ) : deux cartes distinctes, l'une RX, l'autre TX. Commutation des antennes et entrées HF d'Angelia. Se connecte sur Alexandrie. Partiellement prises en compte par Alexi2C (il suffirait de demander à Pavel une modif de son firmware pour une prise en compte totale). Format deux cartes de 5x10cm




carte de commutation émission vers 3 sorties antenne
Image 3D des deux cartes
carte de commutation antenne RX, Transverter et bypass


Schéma


Cliquez sur le document pour l'agrandir


Principe de fonctionnement

Difficile de faire plus simple : des relais commutent différentes entrées "antenne" externes et les aiguillent vers la un circuit en fonction des ordre donnés par le logiciel client et commandés par la carte Alexandrie ou Alexi2C. Les cartes de commande utilisant une logique négative (liaison à la masse), une tension de 12V permanente est appliquée sur chaque bobine de relais, l'autre extrémité de la bobine étant connectée à l'une des broches de commande du connecteur de liaison.

Deux cartes relativement semblables, si ce n'est la taille des relais utilisés, constituent l'ensemble "Alexiares Coax Out". L'une utilisant 3 relais Omron G5LE pour la commutation des antennes émission -ces relais peuvent supporter des puissances de 200W ou plus-, l'autre des relais plus modestes, reférence EC12-NU

Chaque commande de relais est filtrée et découplée par des ferrites NFM41P.

BOM

la BOM est disponible au format CSV

 ATTENTION : Dans cette BOM, toutes les références des connecteurs SMA sont doublées. Une seule référence doit être commandée et installée
 en fonction des choix de chacun en matière de blindage (connecteur "edge", "vertical", "vertical coudé" 
 ou simple sortie de câble coaxial)


Github/Gerber

https://github.com/F6ITU/Alexiares_Coax_Out/tree/master/Gerber


Réalisation

Ce sont là probablement les deux pcb les plus simples à assembler.

Il est absolument nécessaire de souder les ferrites NFM41P avant tout autre composant. Une fois les relais installés, il est quasiment impossible d'accéder aux pads de soudure des ferrites en question.

Ensuite, par ordre, les condensateurs de découplage, le connecteur de raccordement, les relais.

Le vernis épargne de ces deux cartes est supprimé sur le pourtour de tout le circuit imprimé, ceci afin de pouvoir y souder les rappels de masse d'un éventuel blindage (fortement conseillé).

La découpe du blindage en question devra prendre en compte les traversées des prises coaxiales, verticales ou horizontales selon l'empreinte choisie.

Les utilisateurs de la carte Alexi2C ne monteront pas les relais RL5, RL6 et RL7 qui ne sont pas pris en compte par le firmware de Pavel à l'heure ou nous rédigeons ces lignes.

Utilisations annexes

Enfermé dans un boitier métallique supportant des connecteurs coaxiaux plus résistants (prises N, BNC, TNC) et augmentée d'une entrée 12V et d'un commutateur 3 positions, ce petit circuit peut servir de boite de commutation d'antenne HF/VHF économique, capable de supporter des puissances de 150 à 200W.

Mentor

  • - Mentor (Μέντωρ) : MCU de contrôle et sécurité du P.A., se connecte à Alexandrie (mais pas à Alexi2C). Mentor est chargé de contrôler la tension, température, courant, puissance directe et réfléchie, ventilation de l'amplificateur de puissance. C'est un développement de ON7EQ. Format 5x10cm



thumbcarte prototype Alexi2C


Schéma

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Principe de fonctionnement

Mentor est le fruit du travail d’ON7EQ. La description complète du circuit est disponible [http://www.qsl.net/on7eq/projects/arduino_sspa.htm sur sa page QSL.net ]

Le code originel est disponible sur ce même site, et une version modifiée par John Melton G0ORS est régulièrement mise à jour dans la section « download » d’Apache Labs, sous la dénomination 8000DLE FRONT PANEL LCD Firmware


De manière lapidaire, une série de capteurs situés sur la carte Telemaque -ou toute autre extension, telle que la carte de contrôle de W6PQL - mesure la tension et courant d’alimentation, la puissance du signal HF direct et réfléchi ainsi que la température de n’importe quel amplificateur de puissance. Ces informations se présentent sous la forme de tensions variables selon l’état de la mesure, situées entre 0 et 5V.

Le travail de Mentor consiste principalement à mesurer ces tensions et vérifier qu’elles restent dans les limites des points de consigne définis par l’utilisateur -quelques notions de lecture et de modification de code Arduino sont donc nécessaires pour « customiser » le programme. En cas de dépassement d’une cote d’alerte, le relais de contrôle du « push to talk » (signal « TX_RX_RLY » provenant du connecteur J4 d’Alexandrie et allant vers l’amplificateur) s’ouvre immédiatement et interdit toute émission, afin de protéger les transistors du final.

Les données mesurées -Temp., REFL, FWD, U et I- sont affichées sur un LCD 4 lignes 40 caractères.

En outre, les tensions FWD et REFL sont également récupérées sur le connecteur J4 d’Alexandrie pour être réexpédiées vers les sorties 7 et 9 de J1/Alexandrie, pour que la carte principale (Hermes, Angelia, Orion…) puisse en prendre compte et permettre au logiciel client -PowerSDR par exemple- d’afficher la puissance d’émission réelle ou le ROS.

Le ventilateur du P.A. est directement contrôlé en PWM par le port D5 de l’Arduino, tamponné par un FET N Accessoirement, un buzzer est excité lorsque l’un des niveaux d’alarme est dépassé.


BOM

la BOM est disponible au format CSV


Github/Gerber

https://github.com/F6ITU/Mentor

Réalisation

Le temps de montage estimé est d’environ une petite heure.

Des composants passifs standard peuvent convenir, à l'exception des ferrites découplées protégeant les entrées de l'Arduino, lesquelles ne sont pas courantes dans un atelier radioamateur.

Il est vivement conseillé de souder en priorité tous les passifs de petite taille avant d’installer les connecteurs de raccordement ou le support de l’Arduino. Ceci est particulièrement important pour ce qui concerne les ferrites découplées NFM41PC204F1H3L et les composants situés sous l’Arduino.

L’afficheur 4 lignes n’est pas un modèle très courant. Il est notamment disponible auprès d’Artronic Sous la référence LCD-AC-4004B-BIW W/B-E6 PBF.

Utilisations annexes

Mentor n'est pas nécessairement lié à l'ensemble Alexiares/Alexandrie. Il peut être intégré dans tout projet d'amplificateur de puissance à transistor. Il est compatible avec la carte de contrôle SSPA de W6PQL.

Télémaque

  • - Télémaque (Τηλέμαχος) : en développement. Capteurs de température, tension, courant, Fwd/Vswr qui se connecte d'un coté à l'ampli de puissance, de l'autre à Mentor. Format 5x10cm



Schéma tbd

Principe de fonctionnement


BOM


Github/Gerber


Réalisation


Aiôn

  • - Aiôn (αἰών) : (dieux Grec du temps cyclique) Ocxo 10 MHz pour Angelia (pas de version pour Red Pitaya, un tcxo 125 MHz, moins luxueux, est à l'étude). Format 5x5cm



thumbcarte prototype Alexi2C


Schéma

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Principe de fonctionnement

Aiôn remplace l’horloge de référence externe vendue plus de 150 dollars par Apache (un simple tcxo), et qui a d’ailleurs été supprimé de son catalogue Web.

Cette référence 10 MHz utilise un Ocxo (oven controled xtal oscillator) NDK ENE3311B, disponible sur eBay pour moins de 10 euros (objet 332386541571).

Une source 5V (78M05) fournit l’énergie nécessaire au chauffage de l’oscillateur, et alimente un régulateur de précision (0,1%) faible bruit LM4140. Un trimmer multitour situé entre la sortie et la masse délivre, sur son curseur, une tension ajustable de quelque milliampères, qui permet de régler précisément la fréquence de l’Ocxo.


BOM

La BOM est disponible au format CSV


Github/Gerber

https://github.com/F6ITU/OCXO/tree/master/Gerber


Réalisation

Il est important d’utiliser un potentiomètre multitour à faible dérive thermique le plus « linéaire » possible (technologie « cermet » à piste fondue, Accutrim Vishay etc). Trois empreinte de trimmers différentes ont été prévues.

Un soin particulier doit être apporté au blindage de l’ensemble, qui jouera également je rôle d’enceinte d’isolation thermique. Cette enceinte peut être garnie de matériau isolant (polystyrène expansé, vermiculite…)

La sortie de l’Ocxo utilise une double empreinte SMA, soit « edge », soit verticale droite ou coudée. Elle devra être adaptée aux parois du blindage. Prévoir également une lumière située au droit de la vis de réglage du trimmer.

L’appel de courant multiplié par la DDP aux bornes du premier régulateur 78M05 peut générer pas mal de chaleur. En cas d’élévation trop élevée de la température, il peut être conseillé de diminuer la tension d’entrée, et de passer de 12 à 7V à l’aide d’un régulateur ajustable intermédiaire externe.

Le régulateur faible bruit de précision est sensible aux variations de température.


Utilisations annexes

Aiôn est une référence de fréquence stable et à faible bruit de phase, totalement indépendante de l’écosystème Alexiares/Angelia/Hermes. Elle peut donc être utilisée comme référence dans tout instrument de mesure (géné HF, fréquencemètre, analyseur scalaire ou vectoriel). Son prix de revient ne dépasse pas 15 euros… pour une source qualifiée à 1x10E-8 en précision, 1x10E-12 en stabilité en fréquence, et 1x10E-9 en stabilité en température.

Themis

  • - Themis (Θέμις) : (La déesse Grecque de la justice) coupleur bidirectionnel qui mesure la puissance directe et réfléchie, se connecte sur Alexandrie (et indirectement sur Mentor). Sert également à la ponction d'une faible partie du signal HF dans le circuit de prédistorsion (pure signal) qui contrôle la pureté spectrale de l'amplificateur de puissance. Format 10x10cm



thumbcarte prototype Alexi2C



Schéma

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Schéma

Principe de fonctionnement Themis mesure avec précision le juste et l’injuste… la puissance directe et la puissance réfléchie.

Ce coupleur directionnel de type "Tandem Match" est directement inspiré des travaux de W6PQL. Il utilise un ferrite fabriqué par Laird, assurant un fonctionnement large bande supérieur au matériaux comparable de type 61 par exemple. Il s'insère entre la sortie du filtre passe-bas et l'entrée du commutateur d'antennes émission.

Une capacité de compensation rectifie les erreurs de variation de gain sur l’étendue du spectre de mesure. Elle doit être capable de tenir les tensions HF présentes sur la ligne de transmission (ATC 500V si possible, ou mica argenté de type F1)

Chaque sortie du coupleur est chargée à 50 Ohms, et suivie par une diode de détection et un ampli op chargé d'amplifier la tension du signal redressé.

La branche "direct" (FWD) est également utilisée pour prélever une petite portion du signal d'émission avant redressement, via un atténuateur de 30 dB (R1/R2/R3).

Ce signal est envoyé à un relais par l'intermédiaire d'un câble de raccordement. Relais qui, selon l'alternat émission/réception, aiguille vers l'entrée RX1_Line soit ce PS_Feedback durant l'émission, soit le signal radio de réception provenant de la cascade des deux filtres lpf et hpf d'Alexiares.


BOM

La BOM est disponible au format CSV

Github/Gerber

https://github.com/F6ITU/Themis/tree/master/Gerber


Réalisation

Le circuit doit être monté dans un boitier métallique. Les signaux Refl et Fwd couplés redressés et amplifiés sont récupérés sur le connecteur Molex kk 5 broches, qui correspond au connecteur J2 d'Alexandrie.

Le transformateur T2 (tore horisontal) est surélevé du circuit par 2 « entretoises » réalisée avec des colliers Serflex

Le réglage fin du réfléchi propre au coupleur s’effectue en centrant le primaire de chaque transformateur au centre de chaque tore, toutes les sorties chargées par un bouchon 50 Ohms, un analyseur vectoriel sur le port 1 en mode S11.

Aucune précaution particulière n'est nécessaire. Souder en premier lieu les composants CMS de petite taille -résistances, condensateurs, ampli op, diodes... puis les "gros traversants" , connecteur SMA, Molex, relais, tores.

Ne pas oublier la self de choke située de l'autre coté du circuit imprimé.

Hébé

  • - Hébé (Ἥβη ) : (La déesse qui abreuve les dieux de l'Olympe) Hébé, système d’asservissement de l'alimentation de puissance, est un développement à long terme visant à l'intégration du procédé d'élimination/reconstitution d'enveloppe HF (émission). Techniquement, c'est un étage qui analyse les signaux I/Q sortant du fpga durant l'émission et les convertit, en respectant un temps de latence et déphasage précis, en un signal PWM qui asservit l'alimentation de l'amplificateur de puissance (en gros, Hébé "module" l'alimentation). Cette technique améliore le rendement du final de l'émetteur, et promet des rendements supérieurs à 80% (contre 45% en classe AB1). De manière lapidaire, Hébé rend "linéaire" un amplificateur fonctionnant en classe E ou F, garantissant ainsi une importante économie d'énergie et un rendement élevé des étages HF. Format non encore défini, probablement 10x10



Schéma tbd

Principe de fonctionnement

BOM

Github/Gerber


Réalisation