CQ 14 - ITU 28
DOK K08
mcHF QRP-SDR-Transceiver
Der 'mcHF QRP-Transceiver' ist ein portabler QRP SDR-Transceiver, der als quelloffenes Projekt von Chris Atanassov (M0NKA) entwickelt wurde. Zwischenzeitlich hat sich der OV Sulingen (I40) des Projektes angenommen und entwickelt auch eigenen Platinen. Die Softwareentwicklung erfolgt primär ebenfalls dort.
Aufbau des mcHF QRP-SDR-Transceivers
Im Herbst 2015 fanden sich einige Interessenten im OV K08 (Neuwied), die den 'mcHF QRP-SDR-Transceiver' von Chris Atanassov (M0NKA) aufbauen wollten. Daraus wurde dann ein 'OV-Projekt', das mit 12 Kits gestartet wurde.
| Frequenzbereich | TX: Amateurfunkbänder (160m) 80m bis 10m, RX: 1.8 MHz bis 30MHz durchgehend. |
| Modes | LSB, USB, CW, AM, SAM, FM (mit Subtonauswertung), FreeDV. |
| Typ | "Standalone" SDR-Transceiver |
| Spannungsversorgung | 11V bis 16V |
| Sromaufnahme bei 12V DC |
PowerOff ~ 3.5 mA, RX ~ 360mA, TX (Full, 20m)
~ 2.30A |
| TX Leistung | max. ~ 10W (0.5W, 1W, 2W, 5W, 'Full', schaltbar) |
| Geräteabmessungen | ca. 19cm x 9cm x 6cm |
| Gewicht |
ca. 800g |
| Anschlüsse | DCV, Phones, Mic, CW-Key, Line-In, Line-Out, ACC, Antenne,
USB1, USB2 |
| sonstiges | 2,8" Farbdisplay, sichtbare Bandbreite 48KHz, Touch-Screen |
| Schaltbare digitale RX-Filter | |
| Keyer mit Curtis-Modes "A", "B" und "Ultimate" | |
| CAT-Steuerung , USB-Audio und USB I/Q |
Projekt abgeschlossen ...
Nachdem mich das Projekt 'mcHF' nun einige Zeit begleitet hat, wurde der Transceiver nun an einen anderen OM abgegeben.
Der 'mcHF' war für mich in erster Linie als Bastelprojekt in SMD-Technik interessant. Der Aufbau mit den SMD-Bauteilen war problemlos und hat viel Freude gemacht. Tatsächlich genutzt wurde der Transceiver hier jedoch kaum und für den QRP-CW-Betrieb sind eine Vielzahl von anderen Eigenbau-Geräten vorhanden.
Da zwischenzeitlich auch einige Änderungen in der Display-Darstellung erfolgt sind, hier noch einige aktuelle Bilder dazu.
Rückbau 1 und 2
Heute wurde der 'mcHF' mal wieder demontiert, um zwei Rückbauten vorzunehmen:
Die Firmware-Updates werden seit einiger Zeit über die USB-A Buchse übertragen. Hierdurch ist die 5V-Spannungsversorgung der kleinen Mini-B USB-Buchse nicht mehr erforderlich und kann zurück gebaut werden.
Alle Modifikationen wurden immer so eingebaut, dass jederzeit ein 'rückstandsfreier' Rückbau / Änderung erfolgen kann. Daher befindet sich die Platine nach dem Ausbau der 5V Spannungsversorgung in diesem Bereich nun wieder im Originalzustand.
Weiterhin hatte man zwischenzeitlich festgestellt, dass die Puffer-ICs U9, U12 und U13 überflüssig sind, bzw. dass sie sogar das Phasenverhalten und damit die Funktion des 'mcHF' verschlechtern.
Die Bauteile können daher entfernt werden. Die relevanten Leiterbahnen werden durch Drahtbrücken verbunden. Hierbei wird der Widerstand R19 durch einen 0R-Widerstand ersetzt. Die Pins 2 und 4 von U9 werden nach dem Ausbau verbunden. Bei U12 und U13 werden jeweils die Pins 1 und 6 sowie 3 und 4 verbunden.
5V Spannungsversorgung
5V Spannungsversorgung entfernt
Rückbau Puffer-ICs U9, U12 und U13
Einbau der Drahtbrücken
Bootlader Update
Im Zuge eines Bootlader-Updates wurde ein Mikro-Schiebeschalter eingebaut, mit dem der Jumper 'P6' auf dem UI-Board überbrückt werden kann. Dies ist für den Update-Vorgang erforderlich. Der Schalter wurde hierzu mit etwas Butylkautschuk zwischen die Gehäuse der Buchsen 'Mic' und 'L-in' befestigt. Hierdurch muss man bei künftigen Updates nur die rechte Seitenwand des Gehäuses entfernen. Der Schalter kann dann für das Update mit der Hand entsprechend bedient werden.
Mikro-Schiebeschalter zwischen den Buchsen 'Mic' und 'L-in'
hier: Jumper 'P6' offen
18.03.2017:
Inzwischen wurde ein neuer Bootlader entwickelt, der ein Bootlader-Update ohne schließen des Jumpers 'P6' ermöglicht. Daher ist die Modifikation nun obsolet und wird bei Gelegenheit wieder rückgebaut. Auch die Firmware selbst wurde auf eine aktuelle Softwarebasis des Prozessorherstellers STM Electronics umgestellt und dadurch weiter verbessert.
Display SPI-Modifikation
Das Display des 'mcHF QRP-Transceiver' kann alternativ zur Ansteuerung über ein paralleles Dateninterface auch über das 'Serial Peripheral Interface' (SPI) angesteuert werden. Der Vorteil liegt darin, das dadurch einige Allzweckeingabe/-ausgabe Anschlüsse (GPIO – general purpose input/output) der MCU frei werden, die für Erweiterungen genutzt werden können.
Ursprünglich hatte der Parallel-Mode einen Geschwindigkeitsvorteil, der jedoch durch umfangreiche Änderungen in der Firmware aktuell nicht mehr relevant ist. Die Modifikation wurde hier daher durchgeführt.
Sollten sich hierdurch doch spürbare Verschlechterungen in der Bedienung ergeben, kann die Modifikation mit geringem Aufwand und rückstandsfrei wieder zurück gebaut werden.
Hierzu sind auf dem UI-Board zusätzlich drei Verbindungsleitungen (hier: rote Drähte) zu verlegen.
Weiterhin muss der SPI-Mode auf der Displayplatine konfiguriert werden. Hierzu ist ein 0Ohm Widerstand um zulöten.
Die Modifikation wurde heute bereits wieder rückgängig gemacht.
Bei der Darstellung des Wasserfalls war eine geringfügig verlangsamte Geschwindigkeit festzustellen, ohne dass dies jedoch störend gewesen wäre. Gravierend waren jedoch starke Störgeräusche in Verbindung mit der Wasserfalldarstellung (Spectrum weniger) auf den höheren Bändern.
Hier ein kleines Video zur Demonstration der Störungen.
Die Ursache des Problems ist hier zunächst einmal unklar, und es kann sein, dass es bei einem anderen 'mcHF' in dieser Form nicht auftritt.
Nach dieser Erfahrung ist festzustellen, dass auch im Parallel-Mode, vorwiegend auf den höheren Bändern, Übertragungsgeräusche hörbar sind. Diese sind jedoch erheblich leiser und kaum störend.
Möglicherweise können die Störgeräusche, z.B. durch Abschirmmaßnahmen, unterdrückt werden. Hier müsste experimentiert werden, wenn sich die zwingende Notwendigkeit ergeben würde, den SPI-Mode zu nutzen.
Nacharbeiten
Nach dem Einbau in das Gehäuse waren noch einige 'Nacharbeiten' erforderlich.
Der Trafo T7 wurde mit zwei Abblockkondensatoren an der Spannungszuführung ergänzt. Weiterhin wurde am Anschluss 'DS1' (Glimmlampe) ein Stiftsockel eingebaut. So kann man wahlweise die Glimmlampe oder ein entsprechendes Halbleiterelement aufstecken oder den Anschluss z.B. für Messzwecke nutzen.
Für die Abschirmfolie wurde eine zusätzliche Tasche aus einer einseitig geschlossenen Prospekthülle aus dickerer Kunststofffolie ausgeschnitten. Eine Vorlage 'mcHF shielding plate' kann man hierfür verwenden. Die Kupferfolie liegt dann zwischen den beiden Kunststoffblättern und das 'Paket' wird dadurch insgesamt steifer. Durch die Ausschnitte liegt das Folienpaket dann dicht an der UI-Platine an und ist gleichzeitig fixiert. Zusätzliche Sicherungen gegen Verschieben sind nicht erforderlich.
Nachrüsten kann man das Ganze, falls erforderlich, durch den Anschluss einer Masseverbindung zum Gerät. Hier müsste man noch sehen, ob das eine Verbesserung bringt.
Im nächsten Schritt wird der der Abgleich in den Menüs 'Configuration Menu' und 'Power Adjust' nochmals durchgeführt.
Abblockkondensatoren und Stiftsockel
Abschirmfolie
Der Einbau der Folie brachte, ohne angeschlossene Antenne in SSB und mit RFG=50, im Schnitt ein mehr als 1,5 S-Stufen geringeres Grundrauschen.
Einbau in ein Gehäuse
Im OV wurden mehrere Geräte aufgebaut. Michael hat hierzu ein einheitliches Gehäuse entworfen, dass dann in für die Projektteilnehmer in entsprechender Stückzahl bestellt wurde.
Nachdem das Gehäuse bereits einige Zeit hier lag, wurden die Platinen wurden nun eingebaut. In diesem Zusammenhang waren noch einige mechanische Arbeiten, wie z.B. Bohren und Gewinde schneiden zur Anpassung des internen Kühlkörpers oder die Montage des internen Lautsprechers und der Tastenkappen zu erledigen.
Nachdem nun alles zusammen passt, wird das Gerät nochmals wieder zerlegt, um noch einige Ergänzungen einzubauen. Hier handelt es sich im Wesentlichen um eine Abschirmfolie zwischen dem UI-Board und dem RF-Board.
So sieht der 'mcHF QRP-Transceiver' nun im Gehäuse aus.
Gehäuseabmessungen: 193mm x 60 mm x 56 mm Gewicht: ca. 795g
Montage der beiden Boards an der Frontplatte.
TCXO
Bestandteil des 'mcHF QRP-Transceiver' ist ein über die Firmware gesteuerter 'Software TCXO'.
Der auf der RF-Platine verbaute 'SiLabs SI570' (quarzgesteuerter numerisch kontrollierbarer Oszillator) wird hierzu mit dem direkt unterhalb eingebauten Temperatursensor 'MCP9801' thermisch gekoppelt. Die Software kann nun eine Frequenzkorrektur, entsprechend der Erwärmung des 'SI570' berechnen, bzw. hier anhand einer Tabelle durchführen. Empfohlen wird im 'Manual' das Aufkleben eines 1mm dicken Kupferblech-Streifens. Dies soll mit Epoxydharz oder Wärmeleitkleber erfolgen. Der Nachteil dieser Methode ist jedoch, das sich die Klebeverbindung nicht mehr lösen lässt.
Da mir dieses Verfahren nicht zusagte, habe ich eine alternative Lösung gesucht, die es ermöglicht, die thermische Kopplung so aufzubauen, dass ein rückstandsfreier Rückbau jederzeit leicht möglich ist. Dies wurde nun so realisiert:
Auf beide IC's wird eine kleine Menge Wärmeleitpaste aufgetragen. Darüber wird dann der vorher vorbereitete Kupferblech-Streifen gelegt, und an zwei umliegenden Massepunken, mit leichter Spannung, auf der Platine fixiert.
Das Kupferblech ist so zu biegen, das der Höhenunterschied der beiden IC's ausgeglichen wird.
Oben der 'SiLabs SI570' und darunter der 'MCP9801'
Thermische Kopplung
Touchscreen
Die Touchscreen-Modifikation funktionierte zunächst nicht. Nach erfolgloser eigener Fehlersuche wurde das Display dann gegen eines von einem OM in der Nachbarschaft ausgetauscht. Dieses funktionierte einwandfrei. Eine Überprüfung des Displays im OV ergab dann, dass der Controller, der für das Auslesen der Touchscreen-Koordinaten zuständig ist, defekt war. Nachdem ein Ersatzdisplay geliefert wurde, konnte die Modifikation dann erfolgreich abgeschlossen werden.
Zusätzlich wurden nun die bisher extern verdrahteten Anschlussbuchsen in die Boards eingebaut.
Der Einbau der erforderlichen Verdrahtung erfolgte so.
So sieht dann die 5V Spannungsversorgung der USB-Buchse J11 aus.
Hinsichtlich der Sendeleistung gibt es noch verschiedene Variationsmöglichkeiten im Bereich der Endstufe. Hier wurde zunächst einmal der Übertrager T5 durch eine Version mit anderem Übersetzungsverhältnis ersetzt. Dies brachte schon mal eine insgesamt höhere Sendeleistung.Der Leistungsabfall oberhalb 20m sollte noch verringert werden können.
T5 nach IZ6MAF
T5 nach IZ6MAF eingebaut
Leistungsdiagramm
Nach der Bestückung der Bauteile der PA wurde der Sender in Betrieb genommen. Vom Grundsatz her war soweit alles OK. Lediglich das Ausgangssignal war unsauber. Eine eigene Fehlersuche brachte keinen Erfolg, so dass das Gerät zum OV-Abend mitgenommen wurde. Dort konnte das Problem auf den Bereich des TX-Mischers eingegrenzt, und durch nachlöten einiger Bauteile in dieser Baugruppe beseitigt werden. Die Signalqualität in CW bzw. im TUNE-Mode ist nun OK. Zur Überprüfung in SSB wurde, mangels Zweitongenerator, ein PSK31 Idle Signal eingespeist.
PSK31 Idle Signal
Sieht soweit schon mal gut aus. Nachdem ein vorhandenes dynamisches Mikrofon mit einer Electret-Kapsel umgebaut war, konnte auch ein erstes Test-QSO durchgeführt werden. Dies ergab eine gute Modulationsqualität, so dass der Sender nun ebenfalls funktioniert. Nacharbeiten im Bereich der Treiber/PA, hinsichtlich der Sendeleistung, muss noch etwas gearbeitet werden.
Hier wieder ein kleines Video vom ersten Betrieb.
Nachdem über die Weihnachtstage nicht an dem Gerät gearbeitet wurde, erfolgte nun zunächst die Herstellung eines Montageboards für die Inbetriebnahme und die weiteren Arbeiten am Transceiver. Alle Anschlüsse wurden über kurze Kabel an externe Buchsen geführt, um später, je nach Gehäusetyp, flexibel zu bleiben. Weiterhin wurde das RF-Board, bis auf die PA-Transistoren und RFC8, fertig gestellt. Hinsichtlich der Trafos und Übertrager der PA erfolgen erforderliche Modifikationen dann später. Die Inbetriebnahme der beiden Board's verlief wiederum ohne Probleme. Die Stromaufnahme liegt bei ca. 355 mA ohne Lautsprecher.
Das UI-Board wurde heute ohne Probleme oder Fehler in Betrieb genommen. Die Installation des Bootladers (DF8OE) erfolgte aus Windows mit dem DeFuSE-Programm von STM - Electronics. Die Firmware wurde dann direkt von einem USB-Stick geladen.
Derzeit geht es mit der Arbeit an den Platinen etwas langsamer voran. Hier einige Bilder von aktuellen Stand der Bestückung. Die nächste Arbeit wird der Einbau der 5V Spannungsversorgung für die Mini-USB-Buchse sein. Danach steht dann die erste Inbetriebnahme des UI-Boards mit der Installation des Bootladers und der Firmware an.
RF-Board, Oberseite
RF-Board, Unterseite
UI-Board, Oberseite
UI-Board, Unterseite
Inzwischen wurde auch mit der Arbeit an dem UI-Board begonnen. Die IC's sind, soweit im Moment zweckmäßig, aufgelötet. Der mitgelieferte Microcontroller wurde nicht eingebaut. Statt dessen wurde in passender Controller mit größerem internen Speicher beschafft, und dieser eingebaut. Das Gleiche gilt für das mitgelieferte EEprom (U7), das ebenfalls durch einen Typ mit größerem Speicherplatz ersetzt wird. Der Einbau erfolgt später.
Das Einlöten des Microcontrollers, per Hand, stellte sich nicht als problematisch dar. Mit der Technik des auflötens sollte man sich vorher vertraut machen.
Wichtig ist die exakte Ausrichtung der Anschlusspins, die aber mit einer einfachen 'Lupenbrille' gut gelang.
Nach dem Lötvorgang werden die Anschlusspins gereinigt und anschließend
hinsichtlich der Qualität der Lötstellen geprüft. Mit zwei
Nadel-Prüfspitzen (Eigenbau) wurden anschließend noch alle Lötstellen
auf Kurzschlüsse hin überprüft.
Hier einige Detailbilder, die während des bisherigen Aufbaus entstanden sind. Die Drosseln
und Trafos werden jedoch derzeit noch nicht eingebaut, da sich hier teilweise noch
Änderungen
ergeben können. Die bereits gewickelten Kerne sind gegebenenfalls schnell wieder geändert.
Da bei mir das Gesamtverständnis des Projektes und das Basteln im Vordergrund stehen,
besteht
die Freude darin, das Bauteil entsprechend dem eigenen Anspruch selbst hergestellt zu haben.
Wenn die Kerne aufgrund aktueller Entwicklungen dann wieder geändert werden müssen, ist das
kein
Problem. Man wickelt die Windungen wieder vom Kern ab, reinigt den Kern, und beginnt mit dem
neuen Aufbau.
Der Aufbau der Boards orientiert sich an den aktuellen Weiterentwicklungen des
Projektes. Von daher wird von mir angestrebt, nur das aufzubauen, was einigermaßen
"unstrittig" ist, um unnötigen Umbauaufwand zu sparen. Es ist daher ausreichend, diese
Teile dann erst einzubauen, wenn der gesamte Transceiver in Betrieb genommen werden soll.
Trafo T7 (modifiziert)
RFC5, RFC6
Trafo T5
Trafo T6
Mod RF-04-!-001
Mod RF-04-!-002
Mod RF-04-!-011
SWR-Brücke
Heute wurden die ersten SMD Kondensatoren bestückt. Der Arbeitsablauf orientiert sich an den Bestückungsplänen von DL2FW. Es werden jeweils alle Bauteile gleicher Werte je Platinenseite bestückt. Die Baugruppen sind auf den Platinen durch Aufdrucke markiert.Von daher kann sich der Aufbau auch an den Baugruppen orientieren, was der Übersichtlichkeit zugute kommt.
Die Bestückung der Oberseite des RF-Boards ist nun, bis auf einige Bauelemente die später eingebaut werden, soweit fertig.
Nachdem das bislang schöne Wetter für andere Aktivitäten genutzt wurde, kann nun mit den Arbeiten an den Platinen begonnen werden. Man fängt am Besten mit dem RF-Board an, da hier die Baugröße der SMD-IC's relativ groß ist, und man sich so gleichzeitig etwas in die eigene, individuelle Löttechnik einarbeiten kann.
Zunächst werden alle SMD-IC's der flachen Bauform bestückt. Im weiteren
Verlauf folgen dann alle anderen SMD-Bauteile, danach die bedrahteten
Bauteile. Ganz zum Schluss werden die Ringkerne, Übertrager und Drosseln
gewickelt und alle bis auf RFC8 eingelötet.
RF-Board, Oberseite
RF-Board, Unterseite
Hier einige Bauteile im Größenvergleich.
Begonnen wurde mit U17 auf der Oberseite des Boards.
Bestückung einiger IC's.
PA Driver
RX Mixer
Bandpass Filters
Local Oscillator
Heute wurde die Inventur der Bauteile
durchgeführt. Demnach ist der Teile-Kit von Chris komplett. Bei einigen
Teilen wurden sogar mehr als erforderlich beigelegt.
Alle Bauteile sind einzeln in Tütchen verpackt, denen jeweils ein
eigener Beipackzettel beiliegt. Bei der Inventur wurden die Teile näher
in Augenschein genommen, mit denen ich bisher noch nicht zu tun hatte.
Es sind zum Teil schon recht kleine Strukturen zu verlöten. Z.B. bei dem
Mikrocontroller oder den beiden 'SN74LVC2G17' die sehr kurze
Anschlussbeine haben. Auch das es Sicherungen im SMD-Format (MC12CT)
gibt, war mir bisher so nicht bewusst. Bei dem 'FOX924B Ultra Miniature
SMD HCMOS TCXO/VCTCXO' muss ich zunächst einmal über die Auflöttechnik
nachdenken. Es handelt sich hier um ein SMD-Gehäuse ohne Anschluss-Pins
(„leadless“), bei dem die Anschlussflächen unterhalb des IC-Körpers
liegen. Ähnlich verhält es sich bei dem 'SI570', der jedoch etwas größer
ist, und bei dem man sehr schlecht an die seitlichen Kontaktflächen
heran kommt. Hier liegt offensichtlich ein Layoutfehler bei der Platine
(falscher Footprint) vor.
Am Freitag wurden im OV die Beutel mit den Bauteilen für den 'mcHF-Transceiver' verteilt.
Die Lieferung von Chris wurde noch durch zusätzliche Bauteile ergänzt,
die z.T. aus den Modifikationen resultieren. Die beiden Platinen
(RF-Board und UI-Board) haben sehr gute Qualität. In dem Bauteil-Beutel
für das UI-Board befinden sich 179 Teile, in dem für das RF-Board 339
Teile. Hinzu kommen das Display, der Lautsprecher, sowie 40 Teile für
die Modifikationen. Somit liegen 2 Platinen und (hoffentlich) 562
Bauelemente hier, die nun nach und nach verarbeitet werden.
Oben die Bauteile für die Modifikationen.
Darunter die beiden Boards mit den dazu
gehörenden Bauteil-Beutel. In der Mitte das Display.
Oben das UI-Board (Bedienelemente, Mikrocontroller, Display) Unten das RF-Bord. Die Mehrzahl der Bauelemente werden auf den Unterseiten der Boards bestückt.
Hier der Bauteilesatz für das UI-Board. Der Mikrocontroller und
der Audio-Codec sind für einen Größenvergleich hinterlegt.
Der Mikrocontroller und der Audio-Codec 'WM8731'"
Der Bauteilesatz für das RF-Board.
Bauteilesatz für die vorgesehenen Modifikationen, der Lautsprecher und etwas Flussmittel.