В данном материале изложена моя личная точка зрения на нюансы схемотехники трансивера "Маламут", а также приведено описание изменений в конструкции основной платы, которые пришлось делать по ходу процесса изготовления. Всё нижеописанное - исключительно тема к размышлению для тех, кто, самостоятельно повторяя конструкцию, не боится поэкспериментировать. И никоим образом не руководство к действию для тех, кто просто повторяет чужие схемы, совершенно не разбираясь в том, как они работают! Делайте, как у автора и не морочьте себе голову! :)

  Когда на форуме cqham.ru появилась новая тема - был весьма заинтересован. При изучении схемотехники - всё оказалось до боли знакомым. Правда, интерес был "чисто академический", как говорится. "Бросать всё" и хвататься за новую конструкцию не планировалось. Но не всё в этой жизни происходит так, как было запланировано. Вдруг, откуда ни возьмись - появился... Нет, вовсе не тот, о ком Вы подумали :) Подарил мне Александр UR4QBP плату, свой вариант, V3. Пришлось закупать детали, брать в руки паяльник и собирать новое "чудо техники" :)

  Начал с углубленного изучения схемы. И вот тут начали "вылезать" первые "сюрпризы". Резать дорожки было неохота, это разве что потом, когда плата хоть как-то заработает. А для начала - решил пойти по простому пути: не устанавливать "лишнее", вешать навесным монтажом недостающее и "нормализовать" номиналы того, что останется. Увы, не получилось - в конечном итоге, всё-таки пришлось резать дорожки.

  Источник основной массы комплектующих - "как у всех", Aliexpress. Кое-что поступило с других направлений: Имрад,  Космодром, и даже из страны-Пиндосии США, что, как оказалось, экономически оправдано даже с учетом всех накладных расходов.

  Далее по тексту - используется документация, размещенная на сайте Александра UR4QBP, поскольку именно эта версия платы попала ко мне в руки. Схемотехника повторяет авторскую почти 1:1, поэтому некоторые моменты применимы к любому варианту плат. "Почти" - потому что Алекандром были внесены некоторые изменения в схему, как полезные, так и, мягко говоря, неоднозначные :) Позиционные обозначения в скобках - по схеме R3DI (ASDR_SCHv1.3.pdf).

  К процессорной части и ДПФ-ам - вопросов не возникло :) Хотя, "по фен-шую", как говорит Саша, можно было бы поставить конденсаторы C125 и C126 по 2.2uF, как рекомендует datascheet (прим. - в авторской схеме (11С5, 11С13) стоят 2.2uF, но почему-то - полярные, хотя в документации на STM32F4xx конкретно указано - ceramic). Не понял хода с применением диодной сборки D2. Вообще-то, ко входу процессора VBAT надо подключать батарейку, за напряжением на которой процессор следит. Или(!) подавать туда основное питание в случае если батарейка не используется. Я могу понять, почему так сделано на отладочной плате - производитель понятия не имеет, как Вы её будете использовать, поэтому пытается предусмотреть все варианты. А в законченной конструкции - стоило бы определиться. Хотя, если в программе не используется контроль напряжения батарейки - то какая разница? :)

  Страница со смесителями (файл TRX_MIX.PDF). К левой части схемы - практически нет вопросов, кроме номиналов C130 и C131 (6C5, 6C6). 100n - это многовато. Согласно рекомендациям производителя ERA-3SM, оптимальное значение в данном включении - 1n. Ну и конденсаторы C9 и C16 (6C7, 6C19)- лишние, вместо них - перемычки или резисторы 0R. Также, можно было бы поставить проходной конденсатор в разрыв перемычки обхода PreAmp (между 3-ми выводами K1 и K2 (6U3, 6U4)). Глядишь - и отпал бы вопрос, который всплывал на форуме cqham.ru, мол, почему-то при выключении PreAmp он на самом деле не выключается. Но последнее - уже потребует работы скальпелем.

  А вот в правой части схемы - без вопросов не получается... Запитка от 3.3В микросхем, которые производитель рекомендует питать от 4.0V Min, - однозначно, называется нехорошим словом. Не верите? Убедитесь сами! Нет, я никоим образом не утверждаю, что оно работать не будет. Разумеется, будет :) Но - как? Общеизвестно, что качество работы смесителя на аналоговых ключах зависит от сопротивления каналов. А оно, в свою очередь - от напряжения питания. Одно дело - если в схеме применены 74CBTLV3253. Их-то именно от 3.3V и надо питать. Но FST3253 - 5-вольтовые!

  В общем, поставил вместо TPS76333 - TPS76350, пришлось чуток приподнять +5VEXT. В документации - несколько противоречивые данные по вопросу падения напряжения на стабилизаторе. С одной стороны - рекомендация "Min Vin is Vo+1V", с другой - обещание "Low-Dropout Voltage: 230 mV typical at 1 A". Ну, поскольку ток через стабилизатор  - далеко не 1А, остановился на компромиссе - 5.5V.

  После всего перечисленного, эта часть схемы выглядит так (здесь и далее, внесенные изменения выделены красным):
 

  Синтезатор (TRX_SINT.PDF). Ну, здесь особо не развернуться, только и того, что трансформатор - наследие AD9951 и в случае применения Si5351 можно вполне себе без него обойтись. Идея была "сдана" Александру UR4QBP, внесена в схему (sint_v4.pdf) и доведена до сведения широкой общественности. Вот примерно такой вариант реализации:
 

  

  В случае применения SN65LVDS34 можно обойтись без R17 и R18 - у микросхемы свои цепи формирования смещения на входах, а вот с SN65LVDS048 и DS90LV028 без этих резисторов - никак. А вообще - если бы автор предусмотрел в софте деление частоты синтезатора на 4 - то и компаратор был бы лишним...

  К кодекам (TRX_CODEC.PDF) - особо не придраться, единственное - отсутствие разделительного конденсатора между выходом кодека и регулятором громкости (сигнал AFP) - реальный недосмотр, исправленный в версии платы 1.3 R3DI (8C28), и в v4.1 UR4QBP (C100). Александр в 5-й версии платы пошел ещё дальше - добавил в эту цепь пассивный ФНЧ 1-го порядка (R93, C213).

  Также, чрезмерное увлечение конденсаторами 10uF хоть и оправдано чисто экономически, но вполне может нанести вред параметрам аппарата. Всё же настоятельно рекомендовал бы не пожалеть несколько копеек на конденсаторы по 22uF. Пусть не везде, но по крайней мере - по питанию и на выводах кодеков FILT+ (т.е. все, кроме C82 и C84 на этой странице схемы).

  Усилители (TRX_IF.PDF) Не побоюсь этого слова - самая "веселая" часть схемы :D

  Вопрос первый - какова функция конденсаторов C54 и C64 (7C6, 7C15)? Я так понимаю, в первоисточнике эта схема была активным ФНЧ второго порядка. В таком случае - зачем были выброшены резисторы с выходов ОУ? А так - эти конденсаторы просто занимают место на плате. Изначально резать дорожки не планировалось, но дойдя до этого места схемы - пришлось-таки браться за скальпель. Добавил упущенные автором резисторы и подкорректировал номиналы остальных. Получился полноценный фильтр, аналогичный по характеристикам Flex-1500. Вот так выглядела АЧХ "до" (слева) и вот так она выглядит "после" (справа):
 

  

  А вот так выглядит реализация на практике (на схеме показан один канал, второй выполняется аналогично):
 

  

  Тот же вопрос - относительно конденсаторов С34 и C42 (7C24, 7C32). Остатки RC-фильтра? Именно остатки. Т.к. фильтр должен, как минимум, из 2 элементов состоять. Явно, не хватает резисторов перед конденсаторами.

  Ну и наконец - вопрос (уже третий) - какую роль играет "фильтр" на выходах U8 и U9 (7U3, 7U4)? В кавычках - потому, что в оригинальной схеме (Flex-1500) фильтр нагружен на 50-омную нагрузку (смеситель через трансформатор 1:1), а здесь - трансформатор 1:4, т.е нагрузка фильтра - 200 ом. О результате догадываетесь? Он работает, мягко говоря, несколько не так, как ожидалось бы. Ну и рассогласование смесителя - тоже не самый лучший режим работы. А для правильного согласования суммарное сопротивление каждой из пар резисторов должно быть 100ом за вычетом сопротивления канала смесителя (5ом, в теории). Ничего не напоминает? :) 95.3R - знакомый номинал, не правда ли?

  К тому же, если у R3DI фильтр хотя бы точно скопирован с Flex-1500 и рассогласование импедансов - единственный "подводный камень" этой части схемы, то в варианте UR4QBP - есть дополнительный сюрприз: конденсаторы C65-C72 - это, фактически, разбитые пополам 7C21, 7C22, 7C29 и 7C30, и при таком включении их емкость должна быть вдвое больше (если не обращать внимания на несоответствие импедансов). А на самом деле, она даже в 1.5 раза меньшего номинала, т.е., в общем - втрое меньше, чем стоило бы. В результате - "варежка" такого фильтра больше, чем 65 кГц, хотя должна быть 28 кГц.

  Эффект - потрясающий! Вся срань с кодека лезет в смеситель! Чего, собственно, и следовало ожидать. Теоретически. Ну и практики - тоже не пришлось долго ждать. Когда поступил тревожный сигнал от одного из коллег - не пришло в голову ничего лучше, кроме как "Я же говорил!.." В результате, потратив некоторое количество времени, частично решили с Александром UR4QBP эту проблему компромиссным способом (подробнее - 2 абзацами ниже).

  В общем, самым логичным решением (на стадии разработки) было бы применение фильтра не на выходе усилителя, а на входе. Или исполнение этого каскада не усилителем с единичным усилением, а активным ФНЧ. Ведь такое решение, как в Flex-1500, продиктовано исключительно тем, что там нет вообще никакого усилителя в тракте передачи, а сигнал на смеситель подается с умощненного выхода кодека, предназначенного для подключения наушников. Ну а поскольку текущая задача - не перепахивать схему, а обойтись минимумом переделок, остаются 2 варианта - или пересчитать фильтр под сопротивление нагрузки 200 ом, или применить трансформатор 1:1. Первый вариант - проще, как мне кажется. К тому же, если примененные ОУ NE5532 кое-как работают на нагрузку 200 ом при столь низком напряжении питания, то попытка заставить их качать 50 ом - чревата "неведомо откуда взявшимися" нелинейными искажениями... Не зря же эти ОУ обычно питают от ±15В. Поэтому - адаптируем номиналы элементов фильтра под сопротивление 200 ом: резисторы R23-26 и R31-34 (7R19, 7R20, 7R25-7R28, 7R33, 7R34) увеличиваем вчетверо - до 47-49.9 ом, а конденсаторы - пропорционально уменьшаем (7C21, 7C22, 7C29, 7C30 по схеме R3DI - до 36-43nF, C65-C72 по схеме UR4QBP - до 68-75nF, хотя, можно и оставить 100nF, небольшой завал на краях полосы особо не навредит - всё равно она ӳже изначально).

  Немного иллюстраций (графики специально размещены максимально близко друг к другу, чтоб было легче сравнивать, это 4 отдельных изображения, каждое из которых можно увеличить (клик мышкой)). В верхнем ряду - так выглядят АЧХ фильтра по схеме R3DI (слева) и UR4QBP (справа):
 

  В нижнем ряду: слева - АЧХ фильтра по схеме Flex-1500, справа - того, что получилось у меня после перерасчета схемы UR4QBP (кто скажет, что они непохожи - пусть первым бросит в меня камень). Ну и "бонусом" - такая АЧХ получится, если в схеме UR4QBP заменить резисторы R23-26 и R31-34, но оставить без изменений конденсаторы C65-C72 (именно так я сделал на своей плате):
 

  Тоже довольно-таки симпатичная, если не обращать внимания не небольшой завал на ВЧ, который никак не испортит полосу излучаемого сигнала в SSB :)

  Также, неплохим решением будет вернуть С34 и C42 (7C24, 7C32) роль активных фильтров, установив резисторы (оптимальный номинал - 1.8-2.2к), чем выше - тем меньше гадости будет лезть с выхода кодека, но не стоит "увлекаться", 4.7k - разумный предел, дальше - уже начнется ощутимый завал на ВЧ) последовательно с конденсаторами C30, C31, C38 и C39 (7C19, 7C25, 7C27, 7C33). При этом - придется увеличить R19, R20, R27 и R28 (7R21, 7R24, 7R29, 7R32) до 47к, а ещё лучше - до 100к, иначе они зашунтируют выходы "новоиспеченного" фильтра на выходе кодека, из-за чего упадет уровень выходного сигнала. Я при сборке платы сразу устанавливал резисторы, формирующие пол-питания на входах ОУ (R19-R22, R27-R30, также и в тракте приема - R40-R43, R47-R50), именно по 47к. Танталовые конденсаторы на выходах тракта передачи (C32, C33, C40, C41) - по 22u (по схеме UR4QBP используются 10u). Примерно вот таким образом:
 

  На имеющейся плате оставлю схему именно в таком виде, ибо для полноценного активного ФНЧ будет проблематично найти место для "лишних" 8 резисторов и 4 конденсаторов :D А вот при разработке новой версии платы - это неплохо было бы учесть.

   Также, хотелось бы чуть приподнять напряжение питания ОУ до 10V, а то и выше, но... Типичный случай, когда "хорошая мысля приходит опосля". Пришлось бы ставить танталовые конденсаторы на большее напряжение. А поскольку они были куплены заранее и уже запаяны в плату - придется смириться с этим моментом.

  Переходим к следующей части схемы (TRX_MIC_AF.PDF). Неплохо было бы, опять же, сделать микрофонный предусилитель по схеме активного ФНЧ. Но, увы, в данном случае резанием дорожек не обойтись :( Для начала - можно обойтись установкой конденсатора 100-150p в цепи обратной связи (параллельно R57). В схеме R3DI питание на микрофон подается ч-з 1 резистор 9R2, настоятельно рекомендую в следующей версии платы сделать это через Т-фильтр, как в схеме UR4QBP.

  VOX. Здесь есть "нюанс". В отличие от оригинальной схемы R3DI, в которой этот узел собран на отдельном ОУ MCP6001, в схеме UR4QBP в этом узле используется половинка NE5532, запитанной от +8V. Может, конечно, в этом и ничего страшного, но мне как-то неспокойно подавать на вход процессора напряжение, выходящее за пределы "толерантности" выводов (VCC+4V). Поэтому - варианты: запитать U17 от 5V или сделать делитель напряжения на выходе ОУ - разрезать дорожку от 7 вывода U17 и в разрыв включить резистор и припаять резистор такого же или чуть большего номинала между 37 выводом процессора и общим проводом, 1.5к и 2.2к, например.

  А ещё лучше - вообще не "париться" с этой частью схемы, не собирать её. Ибо если изначально, будучи амплитудным детектором, она как-то худо-бедно работала, то после последнего упрощения автором - я просто понятия не имею, во что превратился этот узел и как он работает. Да и по опыту - не так уж много людей пользуются этой функцией. Это, скорей - из разряда "чтоб было".

  Я на своей плате вообще отказался от VOX-а, если вдруг припечет - сделаю на отдельной платке. Перепахал микрофонный предусилитель, на второй половинке U17 сделал инвертор и подал сигнал с него на вход AINA- кодека. Для тех, кто "не догоняет", поясняю - у меня теперь микрофонный вход кодека - симметричный :-P
 

  И чуть подробней - результат "издевательства" над U17:
 

  Также добавил резистор 30 кОм последовательно с диодной сборкой в цепи обратной связи U17 (R14 на схеме выше), потому как то, что автор назвал "компрессором" - даже функцию лимитера выполняло крайне жестоко - дико резало сигнал. Пардон, обойдемся без осциллограмм, поверьте на слово.
 

  Кто-то на форуме пищал, что сигнала с микрофона не хватает? Надо усиление подымать? Ну-ну... Как говорится, "И шо вы хотели?" Да хоть в 100500 раз подымайте, а с D13, включенным по авторской схеме не выжмете из этого каскада больше, чем 0.8V p-p. Только форму сигнала испохабите, сделав его чуть ли не меандром... Физику в школе учить надо было! В общем, после упомянтой доработки микрофонный предусилитель превращается в "компрессор" со степенью компрессии около 1:3.5. В кавычках - потому, что реальные компрессоры, всё-таки, по несколько иному принципу работают. Можете поверить на слово человеку, много лет профессионально проработавшему со звуком :)

  УНЧ. C111 (12C2) - должен быть неполярным 22n. Танталовый 10u - там совершенно ни к чему. Резисторный делитель после регулятора громкости R66/R65 (12R1/12R3) - если по схеме Евгения номиналы ещё более-менее реалистичные, то у Александра - явный перебор, с такими - никак не обойтись без перегрузки усилителя. Ну, или не накручивать громкости больше половины :D Предлагаю пораскинуть моском самостоятельно - на выходе кодека имеем 0.9V rms, а чувствительность УНЧ - примерно 50-100mV. Так что, оптимальное соотношение плечей делителя - 1:10 - 1:20, но никак не 1:5 :) Также, установил параллельно нижнему резистору конденсатор 1n - своего рода, примитивный ФНЧ, который тоже дает свой мизерный вклад в общее дело уменьшения шумов.

  Выходим на финишную прямую, последняя часть схемы (TRX_CONN.PDF). Рекомендую - увеличить R88 (13R8) до 1к или даже больше, из соображений безопасности - мало ли что может попасть туда. Народ частенько любит подключать к сигналу PTT всякую экзотику, так что - лучше перебдеть... Конденсаторы C148 и C149 - какой в них смысл на выходе ОУ? :D В оригинальной схеме R3DI их и нет, в общем-то.

  Ну и, довольно-таки веселый момент - DC-DC преобразователь на плате. Хотя, это уже вопрос не по схемотехнике, а по трассировке платы. Главная "шутка" в том, что дорожка с выхода преобразователя проходит параллельно и в непосредственной близости от дорожки, соединяющей выходы ДПФ-ов. Для понимающих - результат очевиден. У разных экземпляров это выглядит по-разному, но в моем конкретном случае - шумовой "горб" от преобразователя попал аккурат в середину 40-метрового диапазона.
 

  В общем, вариантов решения вопроса немного:

  • оставить всё, как есть и смириться;
  • если делаете стационарный вариант - "колхозьте" линейный стабилизатор в корпусе TO220 и на радиаторе, разумеется - "выносной", потому как он будет неслабо греться;
  • если делаете "мобильный" вариант - вынести преобразователь "в сторонку", соединив его с основной платой проводами, добавить фильтр на выход и, возможно, экранировать;
  • для пущей надежности, отрезать эту злосчастную дорожку, передав её функции перемычке из провода, расположенной подальше от ВЧ-цепей, как вариант - на обратной стороне платы.
 

  К сожалению, в моем случае, частичное удаление дорожки,при оставленном на плате источнике помех - не дало сколько-нибудь ощутимого эффекта. Возможно, не стоило оставлять даже небольшой кусочек дорожки. Ну и, куда более эффективно было бы, всё-таки, убрать преобразователь с платы вообще. Да ещё и поместить в экран :)

  Финальный аккорд: видел на форуме жалобы, мол, очень греется U16, стабилизатор по цепи +5V_CODEC, что само по себе не страшно, но рядом с ним - кварцевый резонатор синтезатора... Ну, что тут сказать? Представьте себе, что это - так и задумано, для термостабилизации :D Ну а вообще, это - всего лишь один из нюансов схемы. Поделюсь опытом и на эту тему, опять же - бесплатно :) Для разгрузки U16: отрезать вход от +12V и подключить к +8V. Отрезать вход U15 от +5V_CODEC и подключить к +5V_EXT. Конечный результат: все 3 стабилизатора - еле-еле теплые.
 

  А вообще - вполне можно было цифровую часть кодеков запитать от того же стабилизатора, что и процессор...

  Напоследок - общие рекомендации по схеме. Дросселя L1-L4 настоятельно рекомендую не использовать слаботочные (с током насыщения 10-25 мА), а ещё лучше - заменить на специализированные ферритовые фильтры наподобие BLM18AG601 или аналогичные, которые специально предназначены для применения в цепях питания и рассчитаны на работу при проходящем токе 100 мА и выше. Балластный резистор в цепи питания подсветки дисплея R87 - 22R - это "жестковато". Производитель рекомендует значение 100R при питании от 5V. У Евгения, кстати, там (11R13) - 220R и не думаю, что от этого заметно уменьшится яркость подсветки, а вот дисплей дольше проживет :)

  Все использованные позиционные обозначения - согласно схемы платы UR4QBP V3, в скобках - по оригинальной схеме R3DI. Изначально, задача-минимум заключалась в "нормализации" схемотехники уже имеющейся платы, но, как говорится - чем дальше в лес, тем... Всё-таки пришлось брать в руки скальпель и кромсать дорожки.

  Собственно, вот что получилось в результате, с учетом всех доработок:
 

  На этом "допиливание" прекращаю. Сколько ж можно? :D За это время - уже можно было сделать собственную версию платы... Чем, собственно, уже и занимаюсь потихоньку :) Если будет реальный результат - это будет обнародовано в отдельной статье.

  Подытожим? Проект - мягко говоря, весьма и весьма сыроват, как аппаратно, так и программно. Но, во-первых - изначально это делалось "для себя". И получилось - весьма недурственно, как для "первого опыта". Во-вторых, кому что-то не нравится - сделай лучше. Хотя, что-то не заметно особого рвения общественности записываться в помощники... Ну и в-третьих - автор помалу и дальше "допиливает" аппарат, по крайней мере - программную часть.

  В свете перечисленного - выражаю благодарность Евгению R3DI за разработку. Несмотря на все недостатки конструкции, она пользуется огромным интересом как у "самоделкопаяльщиков", так и у тех, кому интересней купить готовый аппарат.

  Также, выражаю благодарность Александру UR4QBP за предоставленный "полигон", благодаря которому не пришлось заниматься "изобретательством велосипеда" на макетах. Если бы не этот "пинок" - я бы таким аппаратом и не стал заниматься.

  И надеюсь, вышеописанный опыт будет кому-нибудь полезен.

  p.s. Спустя год после вышеописанного последовало продолжение - сборка ещё одного Маламута на платах новой версии. На эту тему - отдельная статья.