Микросхемопанк в стиле ретро.
Jan. 6th, 2010 10:37 pm![[personal profile]](https://www.dreamwidth.org/img/silk/identity/user.png){kind=small}
kincajouПотихоньку рисую одну смешную схему - радиоприёмник AM/FM/SSB на "ретро-микросхемах". Хотел было сделать вообще на советских, но их оказалось сложновато купить... Но, в общем, тоже можно. Даже можно будет попробовать поскрести по сусекам - наверняка у меня есть парочка подходящих чипов.
Суть схемы такая: первая микросхема состоит из смесителя (будет стоять на входе схемы - или сразу после антенны, или после предполагаемого антенного предусилителя), гетеродина, усилителя промежуточной частоты со схемой АРУ, амплитудного детектора и схемы управления индикатором мощности сигнала. В составе этой микросхемы - TEA5570 - есть ещё кусочек ЧМ-тракта, но после некоторого размышления я решил от него отказаться и обработку ЧМ сделать на другом чипе.
С этой микросхемы я предполагаю вытаскивать сигнал ПЧ и раздавать его ещё на FM-тракт и SSB-демодулятор. Первый будет выполнен на MC3357 (япошки некогда её очень активно ставили во всякие свои приёмники и радиостанции проф. уровня), второй на SA612.
УНЧ будет сделан на TDA7267 (выходная мощность 3Вт) или на половинке TDA1083/К174ХА10 (0.7Вт). Первый вариант лучше для настольного исполнения, т.к. кушает много тока, второй годится для носимого приёмника с батарейным питанием.
Я сильно не люблю механическую коммутацию сигналов и поэтому выбор источника для УНЧ будет сделан на микросхеме-мультиплексоре. Годится даже старый добрый CD4052 (качество у него, конечно, не ахти, но зато он дёшев и прекрасно вписывается в общий ретро-стиль конструкции).
Эскиз приёмника
Принимаемый сигнал будет проходить по такой цепи преобразований:
Таким цветом показан путь сигнала через TEA5570 и "прилегающие" цепи, так показан путь через MC3357, а так - через SA612.
Почему TEA5570
Фишка схемы в том, что первая ПЧ будет относительно высокой. TEA5570 рассчитывалась как "двойной" тракт AM/FM (я уже упомянул это) и содержит в себе как бы две разных ветви обработки сигнала, переключаемые между собой, при этом почти половина УПЧ работает и при приёме AM, и при приёме FM (общие цепи АРУ, опять же). То есть, её УПЧ способен работать на частоте 10.7 МГц. А это, в свою очередь, позволяет заметно повысить избирательность по зеркальному каналу приёма.
Дело в том, что супергетеродинные приёмники так по своей природе устроены, что без специальных ухищрений одновременно принимают сигналы с частотами
Исторически так сложилось, что бытовые приёмники выпускались на диапазоны длинных и средних волн (ДВ, СВ), где частоты сигналов невелики и частота ПЧ1, равная 455 кГц (одно из более-менее стандартных значений. Для советской техники более характерно 465 кГц, реже 213 кГц, ещё реже и раньше применялась частота 128 кГц, иногда встречались и другие значения. Были даже варианты приёмников с переменной ПЧ), позволяла очень хорошо давить зеркалку. Сначала для этой цели применялись т.н. фильтры сосредоточенной селекции (ФСС) на связанных контурах, затем технологический прогресс подарил инженерам керамические (самые дешёвые и достаточно качественные), электромеханические (довольно сложные и дорогие, но очень качественные) и кварцевые (относительно простые, недорогие и при этом весьма качественные) фильтры.
Когда радиовещание добралось до диапазона коротких волн (КВ), то оказалось, что низкие промежуточные частоты тут не годятся, а избирательность высокочастотных ФСС не достаточно хороша. Пришлось изобретать супергетеродины с двойным, а то и тройным (для УКВ) преобразованием частот, с массой промежуточных этапов фильтрации сигнала.
Фуф. Так вот, к чему это я.
TEA5570, представляя собой классику жанра "двухрежимный приёмник на одной микросхеме", содержит в себе УПЧ, работающий и на 455 кГц (более характерной, как я уже сказал, для ДВ/СВ), и на 10.7 МГц (более характерной для УКВ). Но что мешает нам использовать 10.7 МГц для КВ? Да ничего не мешает! Входные каскады этой микросхемы гарантированно работают до 30МГц, её гетеродин можно раскочегарить до 40 с чем-то МГц (это только теоретически - я сам пока это не пробовал и сей факт заслуживает проверки), а амплитудный детектор, в общем, штука не капризная. Такая высокая ПЧ, кроме хорошего подавления зеркалки, даёт ещё один выигрыш - можно обойтись маленькими катушками индуктивности там, где они вдруг понадобятся.
Ну и, ко всему прочему, у меня есть несколько штук этих микросхем ;)
Почему MC3357
Потому что ЧМ-тракт, встроенный в TEA5570, мне не нравится. Тому есть три причины. Во-первых, мне не нравится параллельное включение двух разных фильтров в один тракт ПЧ, требующее согласования на куче катушек. Во-вторых, мне не нравится схема ЧМ-детектора, предлагаемая в документации на эту микросхему, потому что там снова куча катушек. В-третьих, при изменении режима работы внутри TEA5570 происходит коммутация не только выходов (что довольно логично), но и входов. То есть для FM-тракта используется другой вход для сигнала! Наверное, его можно объединить с входом для AM, но перенаправление сигнала на разные фильтры всё равно никуда не денется. Поэтому я решил, что TEA5570 всегда будет работать в AM-режиме.
И поэтому FM-демодуляцией должен заниматься какой-то отдельный узел и, как уже выше сказано, катушек бы поменьше... Я просмотрел несколько различных вариантов (К174УР3, К174УР7 и кое-какие ещё) и остановил выбор на MC3357. Данная микросхема представляет собой практически полный, за исключением трёх узлов, FM-приёмник. Её входной каскад (преобразователь частоты) рассчитан на подключение к источнику сигнала с несущей частотой 10.7 Мгц (а как мы помним, именно такую ПЧ я выбрал для предыдущих каскадов), она содержит в себе усилитель-ограничитель и квадратурный ЧМ-демодулятор, а так же часть схемы шумоподавления и предварительный УНЧ. К ней просто подключается керамический фильтр на 455 кГц. Кроме того, её легко приобрести и она недорога. И, опять же, прекрасно вписывается в ретро-стиль ;)
Стандартная схема квадратурного ЧМ-демодулятора подразумевает подключение т.н. quad coil - колебательного контура, обеспечивающего нужный сдвиг фаз. Но можно обойтись и без катушки, использовав т.н. керамический дискриминатор - специальный резонатор с хитрой характеристикой. Такой дискриминатор стоит копейки и безпроблемно покупается почти в любом магазине электронного барахла или даже выковыривается из карманного китайского радиоприёмника. А в итоге получаем ЧМ-детектор вообще без катушек!
...
К тому же, её второй преобразователь выдаёт сигнал на следующую микросхему: балансный смеситель SA612.
Функцию поддержки "сканирования" (то есть быстрой перестройки по спектру с обнаружением несущих, что нужно для сканирующих приёмников) я использовать, наверное, не буду - её можно реализовать и отдельно.
Почему SA612
Потому что они у меня есть. :)
А ещё потому, что это самый простой способ демодуляции однополосного сигнала (SSB, single-side band modulation), не требующий почти никаких схемотехнических усилий - в SA612 встроен гетеродин (но можно использовать и внешний) и она ещё может усиливать преобразованный сигнал.
Единственная сложность тут заключается в том, что для качественной SSB-демодуляции входной сигнал желательно сделать действительно узкополосным. Стандартные керамические фильтры тут плохо подходят, но ими тоже можно воспользоваться, если не гнаться за суперкачеством.
Настоящими узкополосными бывают кварцевые и электромеханические фильтры, и что из них выбрать - это ещё вопрос. Тут действительное есть, над чем поразмыслить.
Кварцевый фильтр можно рассчитать и собрать самостоятельно из покупных резонаторов почти на любую частоту и полосу пропускания.
Электромеханические фильтры выпускались и кое-где ещё иногда выпускаются на вполне конкретные значения рабочих частот. Их выбор на самом деле совсем не велик. Чаще всего встречаются ЭМФ на частоту 500 кГц и ширину полосы 3 кГц (при этом фильтры бывают настроены на верхнюю, нижнюю или среднюю полосы, то есть 503, 497 или 500 кГц). Фильтры 455 кГц в настоящее время не выпускаются и если что и можно найти, то только б/у или некондицию. То есть -- не наш вариант: при всей любви к ретро я всё-таки не некрофил. Другие значения частот подходят ещё хуже...
Поэтому выбор решений ограничивается всего двумя с половиной вариантами: кварцевый фильтр на 10.7 МГц (сигнал на него надо заводить с TEA5570), кварцевый фильтр на 455 кГц (сигнал на него заводить с MC3357) или ещё один керамический фильтр на 455 кГц. Третий вариант дешевле всего и не даёт хорошего качества фильтрации (но оно всё равно приемлемо - мы всё-таки простой приёмник собираем, а не Hi-End), первый вариант чуть дороже (и, теоретически, может дать лучшее качество сигнала из-за отсутствия второго промежуточного преобразования частоты), второй вариант неудобнее всего: кварцы на 455 кГц редкИ и дОроги.
Впрочем, узкополосный фильтр можно собрать и на керамических резонаторах (т.н. cerladder, ceramic ladder), но его параметры трудно поддаются контролю.
Плата для тестирования TEA5570
На закуску остаётся самое вкусное. Кроме ретро-стиля, мне нравится ещё и кое-что посовременнее. Как-то раз я писал об одном чрезвычайно остроумном и несложном способе получения высокостабильных колебаний с почти любой частотой.
Так вот, основой основ этого ретро-приёмника будет двухканальный DDS-синтезатор, который ещё не совсем готов ;) Первый канал будет задействован в работе с TEA5570 - он будет обеспечивать перенос входных сигналов на ПЧ1. Второй канал будет включён вместе с SA612 для обеспечения точного смешивания сигналов, т.к. от этого качество демодуляции SSB зависит ещё сильнее, чем от полосы пропускания фильтров.
Так же от синтезатора будет зависеть то, какая получится полоса перестройки у этого приёмника. Вообще я хочу добиться перекрытия от 1 до 30МГц, но с довольно убогим гетеродином TEA5570 это будет сложновато... Впрочем, можно будет попробовать подключить внешний гетеродин. Наверняка сработает.
Фффух.
Схема приёмника на данный момент времени готова процентов на 30. Синтезатор - процентов на 70. Итого 100
:)
Суть схемы такая: первая микросхема состоит из смесителя (будет стоять на входе схемы - или сразу после антенны, или после предполагаемого антенного предусилителя), гетеродина, усилителя промежуточной частоты со схемой АРУ, амплитудного детектора и схемы управления индикатором мощности сигнала. В составе этой микросхемы - TEA5570 - есть ещё кусочек ЧМ-тракта, но после некоторого размышления я решил от него отказаться и обработку ЧМ сделать на другом чипе.
С этой микросхемы я предполагаю вытаскивать сигнал ПЧ и раздавать его ещё на FM-тракт и SSB-демодулятор. Первый будет выполнен на MC3357 (япошки некогда её очень активно ставили во всякие свои приёмники и радиостанции проф. уровня), второй на SA612.
УНЧ будет сделан на TDA7267 (выходная мощность 3Вт) или на половинке TDA1083/К174ХА10 (0.7Вт). Первый вариант лучше для настольного исполнения, т.к. кушает много тока, второй годится для носимого приёмника с батарейным питанием.
Я сильно не люблю механическую коммутацию сигналов и поэтому выбор источника для УНЧ будет сделан на микросхеме-мультиплексоре. Годится даже старый добрый CD4052 (качество у него, конечно, не ахти, но зато он дёшев и прекрасно вписывается в общий ретро-стиль конструкции).
Эскиз приёмника
Принимаемый сигнал будет проходить по такой цепи преобразований:
AM: Антенна - [ первый смеситель - УПЧ1 - керамический фильтр №1 - УПЧ2 - АМ-детектор ] - ФНЧ - мультиплексор - УНЧ.
FM: Антенна - { Преамп } - [ первый смеситель - УПЧ1 - керамический фильтр №1 ] - [ второй смеситель - керамический фильтр №2 - УПЧ2 и ограничитель - ЧМ-демодулятор - предварительный УНЧ ] - шумодав - мультиплексор - УНЧ.
SSB, вариант 1: Антенна - { Преамп } - [ первый смеситель - УПЧ1 - керамический фильтр №1 ] - [ второй смеситель] - Узкополосный фильтр №1 - [ смесительный детектор ] - ФНЧ - мультиплексор - УНЧ.
SSB, вариант 2: Антенна - { Преамп } - [ первый смеситель - УПЧ1 - керамический фильтр №1 ] - Узкополосный фильтр №1 - [ смесительный детектор ] - ФНЧ - мультиплексор - УНЧ.
Таким цветом показан путь сигнала через TEA5570 и "прилегающие" цепи, так показан путь через MC3357, а так - через SA612.
Почему TEA5570
Фишка схемы в том, что первая ПЧ будет относительно высокой. TEA5570 рассчитывалась как "двойной" тракт AM/FM (я уже упомянул это) и содержит в себе как бы две разных ветви обработки сигнала, переключаемые между собой, при этом почти половина УПЧ работает и при приёме AM, и при приёме FM (общие цепи АРУ, опять же). То есть, её УПЧ способен работать на частоте 10.7 МГц. А это, в свою очередь, позволяет заметно повысить избирательность по зеркальному каналу приёма.
Дело в том, что супергетеродинные приёмники так по своей природе устроены, что без специальных ухищрений одновременно принимают сигналы с частотами
LO + IF и LO - IF (LO - local oscillator, [частота] гетеродин; IF - intermediate frequency, промежуточная частота). Частично подавить нежелательную полосу можно входным фильтром, но полностью избавиться от этого явления в такой схеме принципиально нельзя. Чем дальше друг от друга отстоят зеркальные частоты, тем легче и качественнее одну из них можно подавить даже простейшим фильтром. Исторически так сложилось, что бытовые приёмники выпускались на диапазоны длинных и средних волн (ДВ, СВ), где частоты сигналов невелики и частота ПЧ1, равная 455 кГц (одно из более-менее стандартных значений. Для советской техники более характерно 465 кГц, реже 213 кГц, ещё реже и раньше применялась частота 128 кГц, иногда встречались и другие значения. Были даже варианты приёмников с переменной ПЧ), позволяла очень хорошо давить зеркалку. Сначала для этой цели применялись т.н. фильтры сосредоточенной селекции (ФСС) на связанных контурах, затем технологический прогресс подарил инженерам керамические (самые дешёвые и достаточно качественные), электромеханические (довольно сложные и дорогие, но очень качественные) и кварцевые (относительно простые, недорогие и при этом весьма качественные) фильтры.
Когда радиовещание добралось до диапазона коротких волн (КВ), то оказалось, что низкие промежуточные частоты тут не годятся, а избирательность высокочастотных ФСС не достаточно хороша. Пришлось изобретать супергетеродины с двойным, а то и тройным (для УКВ) преобразованием частот, с массой промежуточных этапов фильтрации сигнала.
Фуф. Так вот, к чему это я.
TEA5570, представляя собой классику жанра "двухрежимный приёмник на одной микросхеме", содержит в себе УПЧ, работающий и на 455 кГц (более характерной, как я уже сказал, для ДВ/СВ), и на 10.7 МГц (более характерной для УКВ). Но что мешает нам использовать 10.7 МГц для КВ? Да ничего не мешает! Входные каскады этой микросхемы гарантированно работают до 30МГц, её гетеродин можно раскочегарить до 40 с чем-то МГц (это только теоретически - я сам пока это не пробовал и сей факт заслуживает проверки), а амплитудный детектор, в общем, штука не капризная. Такая высокая ПЧ, кроме хорошего подавления зеркалки, даёт ещё один выигрыш - можно обойтись маленькими катушками индуктивности там, где они вдруг понадобятся.
Ну и, ко всему прочему, у меня есть несколько штук этих микросхем ;)
Почему MC3357
Потому что ЧМ-тракт, встроенный в TEA5570, мне не нравится. Тому есть три причины. Во-первых, мне не нравится параллельное включение двух разных фильтров в один тракт ПЧ, требующее согласования на куче катушек. Во-вторых, мне не нравится схема ЧМ-детектора, предлагаемая в документации на эту микросхему, потому что там снова куча катушек. В-третьих, при изменении режима работы внутри TEA5570 происходит коммутация не только выходов (что довольно логично), но и входов. То есть для FM-тракта используется другой вход для сигнала! Наверное, его можно объединить с входом для AM, но перенаправление сигнала на разные фильтры всё равно никуда не денется. Поэтому я решил, что TEA5570 всегда будет работать в AM-режиме.
И поэтому FM-демодуляцией должен заниматься какой-то отдельный узел и, как уже выше сказано, катушек бы поменьше... Я просмотрел несколько различных вариантов (К174УР3, К174УР7 и кое-какие ещё) и остановил выбор на MC3357. Данная микросхема представляет собой практически полный, за исключением трёх узлов, FM-приёмник. Её входной каскад (преобразователь частоты) рассчитан на подключение к источнику сигнала с несущей частотой 10.7 Мгц (а как мы помним, именно такую ПЧ я выбрал для предыдущих каскадов), она содержит в себе усилитель-ограничитель и квадратурный ЧМ-демодулятор, а так же часть схемы шумоподавления и предварительный УНЧ. К ней просто подключается керамический фильтр на 455 кГц. Кроме того, её легко приобрести и она недорога. И, опять же, прекрасно вписывается в ретро-стиль ;)
Стандартная схема квадратурного ЧМ-демодулятора подразумевает подключение т.н. quad coil - колебательного контура, обеспечивающего нужный сдвиг фаз. Но можно обойтись и без катушки, использовав т.н. керамический дискриминатор - специальный резонатор с хитрой характеристикой. Такой дискриминатор стоит копейки и безпроблемно покупается почти в любом магазине электронного барахла или даже выковыривается из карманного китайского радиоприёмника. А в итоге получаем ЧМ-детектор вообще без катушек!
...
К тому же, её второй преобразователь выдаёт сигнал на следующую микросхему: балансный смеситель SA612.
Функцию поддержки "сканирования" (то есть быстрой перестройки по спектру с обнаружением несущих, что нужно для сканирующих приёмников) я использовать, наверное, не буду - её можно реализовать и отдельно.
Почему SA612
Потому что они у меня есть. :)
А ещё потому, что это самый простой способ демодуляции однополосного сигнала (SSB, single-side band modulation), не требующий почти никаких схемотехнических усилий - в SA612 встроен гетеродин (но можно использовать и внешний) и она ещё может усиливать преобразованный сигнал.
Единственная сложность тут заключается в том, что для качественной SSB-демодуляции входной сигнал желательно сделать действительно узкополосным. Стандартные керамические фильтры тут плохо подходят, но ими тоже можно воспользоваться, если не гнаться за суперкачеством.
Настоящими узкополосными бывают кварцевые и электромеханические фильтры, и что из них выбрать - это ещё вопрос. Тут действительное есть, над чем поразмыслить.
Кварцевый фильтр можно рассчитать и собрать самостоятельно из покупных резонаторов почти на любую частоту и полосу пропускания.
Электромеханические фильтры выпускались и кое-где ещё иногда выпускаются на вполне конкретные значения рабочих частот. Их выбор на самом деле совсем не велик. Чаще всего встречаются ЭМФ на частоту 500 кГц и ширину полосы 3 кГц (при этом фильтры бывают настроены на верхнюю, нижнюю или среднюю полосы, то есть 503, 497 или 500 кГц). Фильтры 455 кГц в настоящее время не выпускаются и если что и можно найти, то только б/у или некондицию. То есть -- не наш вариант: при всей любви к ретро я всё-таки не некрофил. Другие значения частот подходят ещё хуже...
Поэтому выбор решений ограничивается всего двумя с половиной вариантами: кварцевый фильтр на 10.7 МГц (сигнал на него надо заводить с TEA5570), кварцевый фильтр на 455 кГц (сигнал на него заводить с MC3357) или ещё один керамический фильтр на 455 кГц. Третий вариант дешевле всего и не даёт хорошего качества фильтрации (но оно всё равно приемлемо - мы всё-таки простой приёмник собираем, а не Hi-End), первый вариант чуть дороже (и, теоретически, может дать лучшее качество сигнала из-за отсутствия второго промежуточного преобразования частоты), второй вариант неудобнее всего: кварцы на 455 кГц редкИ и дОроги.
Впрочем, узкополосный фильтр можно собрать и на керамических резонаторах (т.н. cerladder, ceramic ladder), но его параметры трудно поддаются контролю.
Плата для тестирования TEA5570
На закуску остаётся самое вкусное. Кроме ретро-стиля, мне нравится ещё и кое-что посовременнее. Как-то раз я писал об одном чрезвычайно остроумном и несложном способе получения высокостабильных колебаний с почти любой частотой.
Так вот, основой основ этого ретро-приёмника будет двухканальный DDS-синтезатор, который ещё не совсем готов ;) Первый канал будет задействован в работе с TEA5570 - он будет обеспечивать перенос входных сигналов на ПЧ1. Второй канал будет включён вместе с SA612 для обеспечения точного смешивания сигналов, т.к. от этого качество демодуляции SSB зависит ещё сильнее, чем от полосы пропускания фильтров.
Так же от синтезатора будет зависеть то, какая получится полоса перестройки у этого приёмника. Вообще я хочу добиться перекрытия от 1 до 30МГц, но с довольно убогим гетеродином TEA5570 это будет сложновато... Впрочем, можно будет попробовать подключить внешний гетеродин. Наверняка сработает.
Фффух.
Схема приёмника на данный момент времени готова процентов на 30. Синтезатор - процентов на 70. Итого 100
:)
