Technologie SDR (softwarově definované rádio) zažívá v posledních několika letech velký rozvoj. Díky miniaturizaci a výrobě nových materiálů lze v poměrně malém čipu nalézt kompletní přijímače a vysílače, které vyžadují minimum externích součástek. S SDR se můžeme potkat v rádiových datových spojích, televizních set-top boxech, mobilních telefonech a dnes i běžně v autorádiích. Další řádky se budou věnovat úpravě USB DVB-T přijímače s čipy Realtek RTL2832U a Rafael Micro R820T.

R820T je televizní křemíkový tuner podporující standardy DVB-T, ATSC, DTMB, IRIB a ISDB-T. Obvod je řízen po dvouvodičové I2C sběrnici. Tuner je možné přeladit v rozsahu 24 až 1766 MHz při šířce pásma 6, 7 nebo 8 MHz. Při maximální spotřebě 195 mA se obvod znatelně zahřívá a jeho teplota může při provozu dosahovat i přes 50 °C. Blokové schéma a více informací lze nalézt v datasheetu.

RTL2832U je DDC (Digital Down Convertor – digitální demodulátor) obsahující 8 bitový sigma-delta ADC (Analog to Digital Converter) s maximální teoretickou vzorkovací rychlostí 3,2 Msps (milión vzorků za vteřinu). Pokud však chceme předejít ztrátě vzorků, využijeme max. 2,4 Msps. Spotřeba dosahuje hodnot kolem 320 mA. Stejně jako v případě R820T se při provozu obvod zahřívá a teplota může v některých situacích dosahovat i 80 °C.

Plán úprav

Změny se budou týkat několika oblastí:

1. napájení
   1. napájení celého SDR přes USB,
   2. odpojení vnitřního 1,2 V regulátoru obvodu RTL2832U a přidání vlastního externího,
2. oscilátor
3. přidání možnosti přímého vzorkování pro nízké kmitočty (Direct Sampling)
4. výměna anténního IEC konektoru za koaxiální kabel s konektorem SMA
5. výměna USB konektoru za kabel

Příprava

Než započneme zmíněné úpravy, je potřeba si připravit několik potřebných pomůcek, které nám v jednotlivých krocích pomohou.

• malý svěrák pro elektrotechniku
• páječka – hrotová + případně horkovzdušná rework stanice
• pinzeta
• malé ploché kleště
• malé štípací kleště
• lupa nebo inspekční kamera
• rýsovací jehla
• pájecí cínová pasta
• odsávačka, odsávací lanko
• kaptonová páska
• isopropanol na vyčistění zbytků po pájení a odmaštění
• orlí zrak, pevné ruce, nervy na uzdě – v některých krocích musíme s páječkou pracovat s přesností na 1/10 mm

Použité součástky

• kondenzátory SMD 0805 – 3 x 10 nF (VCXO, Direct Sampling), 2 x 1 nF (napájení), SMD 0603 – 1 x 100 nF (USB)
• odpor (velikost SMD např. 2010 nebo větší, případně s drátovými vývody) 3k9 (Direct Sampling)
• odpor SMD 0603 – 1 MΩ (USB)
• diody 2 x BAS103 (regulátor 1,2 V)
• feritové tlumivky (hodnoty podle toho, co se nalezne v šuplíku) SMD – 1 x 0603 (regulátor 1,2 V), 1 x 1206 (napájení z USB)
• dolnopropustní filtr (LPF) Coilcraft S3LP606LB (Direct Sampling)
• širokopásmový RF transformátor 1:36 Coilcraft WB36-1SLB (Direct Sampling)
• 1 m USB kabelu s konektorem
• 1 m koaxiální kabel RG-174/U s konektorem SMA
• smaltovaný drát 0,1 mm
• tenká měděná fólie (stínění oscilátoru a celého SDR)
• malé měděné nebo hliníkové chladiče + teplovodivá pasta na přilepení

Prvním krokem bude odpájení nepotřebných součástek:

Při tomto kroku musíme dávat pozor hlavně u SMD kondenzátorů C27 a C28, které jsou velikosti 0402. Pokud máme možnost, využijeme horký vzduch. Pro odpájení drátových součástek použijeme odsávačku (já použil horký vzduch, proto obsahují otvory původní cín).

Úpravy napájení

Kvalitní napájecí napětí bez obsahu špiček, a namodulovaných střídavých složek, se velkou měrou podílí na zpracování vstupního vysokofrekvenčního signálu. Napájení popisovaného SDR je provedeno USB konektorem přímo z PC. Toto napětí samo o sobě obsahuje řadu šumových složek, které mají vliv na integrované nízkošumové zesilovače, směšovače, oscilátor i ADC.
Samotný obvod RTL2832U obsahuje integrovaný 1,2V LDO, který pracuje při kmitočtu cca 1,2 MHz a vzniklé přeslechy a generované harmonické taktéž negativně ovlivňují zpracování signálu.

Napájení z USB a přidání kondenzátorů

Pod každý elektrolytický kondenzátor připájíme keramický SMD 0805 s nízkým ESR a hodnotou 1 nF. Tyto kondenzátory budou sloužit jako filtrační.

Napájení přes USB je řešeno dle následujícího schématu. Důležité je oddělení PE (opletení kabelu) od GND a jejich vzájemné propojení přes keramický kondenzátor 100 nF a odpor 1 MΩ. Do cesty VBUS (napájení) je vložen feritový filtr FB.

Regulátor 1,2 V pro obvod RTL2832U

Tato operace vyžaduje jistou dávku přesnosti.
Nejprve je nutné odpojit interní regulátor. To provedeme vypájením cívky L7 (mezi U2 – EEPROM 24C04  a U5 – RTL2832U) vedoucí k pinu č. 24 obvodu RTL2832U – viz obrázek „SDR – odpájené součástky“. Následně pin č. 27 obvodu RTL2832U odpojíme od napájecí větve 3,3 V a připojíme na GND (protější ploška C3 – než původní). Pro odpojení pinu 27 od 3,3 V použijeme rýsovací jehlu. Přesně uprostřed (šířky) plošného spoje blíže k C3 uděláme hrotem jehly malý důlek. Tím spoj přerušíme (ověříme multimetrem).

Nyní napájíme tenký smaltovaný drát z pinu č. 27 na GND (protější ploška C3) a opět proměříme multimetrem:

V tuto chvíli je interní regulátor vyřazen z provozu a nebude generovat nechtěný signál 1,2 MHz. Pro správnou funkci nicméně potřebujeme obvodu dodat napájení jiným způsobem.

Využijeme napájecí napětí 3,3 V pro U2 (pin č. 8). Na výšku připájíme SMD feritový filtr (FB). Na plošku po L7 vedoucí k elektrolytickému kondenzátoru TC2 připájíme katodou dolu diodu BAS103. Druhou diodu BAS103 připájíme mezi feritový filtr a první diodu BAS103. Tuto druhou diodu připájíme katodou na anodu té první (od pinu č. 8 obvodu U2 budou tedy v propustném směru). Tímto obvodem jsme vytvořili srážecí obvod, který nedodá přesně 1,2 V ale přibližně 1,4 V. Samozřejmě by bylo lepší využít integrovaný regulátor, případně vybrat vhodnější pár diod.

Oscilátor

Původní křemíkový krystal 28,8 MHz je bohužel teplotně velice nestabilní a jeho kmitočet časem značně ujíždí. Nejlepším řešením je jeho výměna za teplotně kompenzovaný TCXO. Bohužel je tento oscilátor pracující na kmitočtu 28,8 MHz poměrně drahý. Jako alternativu můžeme použít typ VCXO, který neobsahuje tak precizní teplotní kompenzaci jako TCXO, ale i tak je poměrně stabilní. Použitým typem je Silicon Laboratories Si550 (P/N: 550CM28M8000DG). I když je možné jej řídit napětím, tuto možnost nevyužijeme.

Specifikace:

Part Number	550CM28M8000DG
Model Number	Si550
Frequency (MHz)	28.8000
Format	CMOS
Supply Voltage	3.3 V
OE Polarity	OE active high
Stability	+/- 20 ppm
Tuning Slope	33 ppm/V
Minimum APR	+/- 12 ppm
Operating Temp Range (°C):	-40 to +85

Oscilátor bude umístěn místo původního krystalu Y2 osazovací metodou „dead bug“, na měděné fólii s nalepenou kaptonovou páskou. Napájecí napětí 3,3 V bude přivedeno z keramického kondenzátoru C2. Výstup CLK+ (pin č. 4) připojíme přes keramický kondenzátor 10 nF na vstup XTAL_i obvodu R820T (pin č. 8). Využijeme prokovený otvor ve středu PCB po Y2 a výstup z Si550 připájíme zde (viz obrázek).

Přidání Direct Sampling

Chceme-li využít možnosti příjmu vysokofrekvenčních (HF) signálů pod cca 30 MHz, můžeme postavit a připojit upconvertor, který nám posune toto kmitočtové pásmo někam výše, kde jej lze již pomocí SDR přijímat, nebo využijeme módu Direct Sampling. Přijímaný signál nebude zpracován obvodem R820T, ale přímo RTL2832U. RTL2832U má dvě dvojice vstupů, I+/I- (piny č. 1 a 2) a Q+/Q- (piny č. 4 a 5). Přijímače s R820T využívají pouze vstupů I+/I-. Některé desky mají přesto vyvedeny vstupy Q+/Q- v podobě malých pájecích plošek. V našem případě tomu tak není, a proto budeme muset připájet 0,1 mm tenké drátky přímo na integrovaný obvod.

Obvod Coilcraft S3LP606LB je SMD dolnopropustní filtr s cutoff kmitočtem 60 MHz pro pokles o 3dB. Vstupní impedance Q+/Q- je u RTL2832U, dle některých zdrojů, cca 3300 Ω. RF transformátor Coilcraft WB36-1SLB má transformační poměr 1:36. Pokud budeme brát v úvahu impedanci S3LP606LB 50 Ω a vstupní impedanci RTL2832U 3300 Ω, potřebujeme mezi piny č. 1 a 3 WB36-1 zapojit paralelně odpor 3900 Ω. Kondenzátory 10 nF slouží jako blokovací.

Montáž, dle schématu, je opět provedena osazovací metodou „dead bug“. Na obrázku níže je vidět nutnost přesné práce při pájení 0,1mm vodiče přímo na piny integrovaného obvodu. Vstup RF_IN je přímo otvor po RF konektoru IEC.

RF koaxiální kabel

Koaxiální kabel připájíme přímo místo konektoru IEC. Rozdíl mezi vstupní impedancí R820T 75 Ω, impedancí kabelu 50 Ω a impedancí S3LP606LB 50 Ω nebudeme řešit. Současně nebudeme řešit ani možné použití diplexeru mezi vstupy R820T a S3LP606LB a koaxiálním kabelem.

USB kabel

USB kabel připájíme dle schématu v části týkající se úpravám napájení.

Výsledek

Po nalepení chladičů na integrované obvody a stabilizátor napětí zaizolujeme kritické části kaptonovou páskou a můžeme modifikovaný přijímač umístit do odstíněného pouzdra.

Při použití módu Direct Sampling musíme v našem oblíbeném softwarovém nástroji vybrat správnou volbu. Následující obrázek ukazuje poslech AM rádia ČRo Dvojka vysílající na kmitočtu 639 kHz. Povšimněme si hodnoty Frequency correction, která je díky použití Si550 nastavena na „0“.

Související

Zachycení a dekódování GSM signálu
Jak se loví letadla aneb Přijímáme ADS-B