l Ricetrasmettitore FM sintetizzato VHF / UHF =========================================== 1. Descrizione del progetto --------------------------- Quasi tutte le ditte costruttrici di apparati radioamatoriali producono anche dei ricetrasmettitori FM per VHF e/o UHF. Vista la concorrenza sul mercato ed i prezzi competitivi sorge immediatamente la domanda: a ancora senso autocostruire un RTX in FM? Se vi serve immediatamente un palmare dalle dimensioni minime, da usarsi solo come walkie- -talkie, la risposta e ovviamente no. Il ragionamento cambia se si considerano delle modifiche per adattare l' RTX alla vostra applicazione specifica. Gli apparati commerciali sono talmente piccoli che qualsiasi seria modifica e quasi impossibile gia per ragioni di spazio. Inoltre, tutti gli apparati commerciali usano ormai diversi componenti specifici, sopratutto circuiti integrati, fatti costruire apposta per i loro apparati ed altrimenti introvabili sul mercato. Ovviamente e impossibile modificare un apparato se non si conoscono le funzioni dei componenti, per non parlare del timore di bruciare qualcuno di questi pezzi praticamente introvabili. Infine, se vi serve piu di un apparato, l' autocostruzione diventa competitiva rispetto agli apparati commerciali. La progettazione di un apparato facilmente riproducibile non e un' impresa facile, nonstante le ditte costruttrici di componenti elettronici offrono tutti i pezzi occorrenti. Per esempio, esistono dei meravigliosi integrati PLL che racchiudono tutto il sintetizzatore in un integrato solo. Se vi servono 100 o 1000 pezzi non ci sono problemi, se pero volete solo 3 o 4 pezzi per una coppia di RTX piu qualche scorta non esistono soluzioni: il grossista non vuole trattare con privati mentre il negozio al dettaglio non puo tenere a magazzino componenti tanto specializzati, che poi diventano obsoleti entro pochi anni. Progettando gli apparecchi descritti in questo articolo sono partito dal concetto di dover utilizzare ESCLUSIVAMENTE componenti facilmente reperibili, quali integrati standard per uso computer e medie frequenze standard. Niente integrati speciali ne costosi filtri a quarzo dunque. Soluzioni innovative sono state pero adottate anche in altre parti del ricetrasmettitore. Per esempio, sono stati eliminati i potenziometri e commutatori meccanici: con quello che costa oggigiorno un potenziometro con la relativa manopola ed il lavoro richiesto per il montaggio sul pannello frontale, e che poi si rompe o incomincia a gracchiare dopo breve tempo, una soluzione completamente elettronica costa molto meno. Il ricetrasmettitore FM viene presentato in due versioni: una versione VHF (145MHz) ed una versione UHF (435MHz). Entrambe le versioni sono in grado di funzionare in una gamma di circa 15-20MHz attorno alla frequenza centrale, gamma limitata essenzialmente dalle prestazioni dei rispettivi moduli RF. I rimanenti moduli sono molto simili per entrambe le versioni: i moduli analogici sono soltanto tarati su delle frequenze leggermente diverse mentre il modulo microprocessore necessita soltanto di un programma diverso. Lo schema a blocchi della parte analogica della versione VHF (145MHz) e mostrato in Fig.1a. Il ricevitore e una supereterondina a doppia conversione. La doppia conversione in realta semplifica il progetto rispetto a un ricevitore a conversione singola, che richiederebbe troppo guadagno in media frequenza e costosi filtri a quarzo, per non parlare delle instabilita in agguato! La prima media frequenza e a 5.540MHz, valore sufficentemente vicino a 5.5MHz per poter utilizzare gli economici filtri ceramici per uso TV. La seconda media e a 460kHz e usa trasformatori di media standard. Le regolazioni del volume e dello squelch vengono eseguite da due potenziometri elettronici, fatti con due commutatori CMOS che selezionano delle resistenze fisse. I commutatori CMOS anno 8 posizioni (rilevatesi in pratica sufficenti) e sono pilotati dal modulo microprocessore. Il trasmettitore e semplicemente un VCO, lo stesso usato come primo oscillatore locale in ricezione, seguito da stadi amplificatori. Nella versione VHF il VCO funziona a meta della frequenza finale, seguito da uno stadio duplicatore. In questo modo si puo utilizzare come prescaler un economico e reperibilissimo TTL della serie F, 74F161. Facendo funzionare il VCO a meta frequenza a pero anche un altro vantaggio non meno importante: l' influenza non voluta sul VCO dai altri stadi viene minimizzata, riducendo schermature e stadi separatori altrimenti necessari. Percio molti apparati commerciali, sopratutto palmari, usano lo stesso concetto! Lo schema a blocchi della parte analogica della versione UHF (435MHz) e mostrata in Fig.1b. La differenza principale sta nel modulo RF. Il ricevitore e una supereterondina a tripla conversione con la prima media frequenza, variabile, attorno a 113MHz, per ottenere una reiezione ragionevole della frequenza immagine. Lo stesso segnale del VCO viene utilizzato sia per la prima che per la seconda conversione. In ricezione, il VCO funziona a circa 53.5MHz, che vengono duplicati a 107MHz per la seconda conversione. Il segnale a 107MHz viene pero anche inviato ad un triplicatore che fornisce i 322MHz necessari per la prima conversione. La seconda media frequenza e a 5.5375MHz e la terza a 462.5MHz, in pratica viene utilizzato lo stesso modulo IF come nella versione VHF. In trasmissione il VCO funziona a circa 54.5MHz, un ottavo della frequenza finale, sono percio richiesti stadi duplicatori per raggiungere 435MHz. In questo modo si puo utilizzare lo stesso modulo VCO della versione VHF, cambiando soltanto pochi componenti (bobine e condensatori). La parte digitale e uguale per entrambe le versioni. Lo schema a blocchi e mostrato in Fig.1c. Il segnale proveniente dal VCO pilota il prescaler a doppio modulo 128/129, che usa un 74F161 come primo divisore (veloce) e integrati della serie 74HC (basso consumo) nei stadi seguenti. I divisori programmabili sono racchiusi tutti in un unico integrato uPD71054, costruito apposta per essere controllato da un microprocessore. Il comparatore frequenza/fase 4046 completa l' anello del PLL. La frequenza di riferimento del PLL viene derivata dallo stesso oscillatore quarzato che genera il clock per il microprocessore. Il microprocessore e uno Z80, versione CMOS per ridurre i consumi. Il programma di gestione e immagazzinato in una EPROM 27C64. La memoria RAM 6116, anchessa CMOS, serve per memorizzare i parametri operativi, quali le frequenze di trasmissione e ricezione, e le posizioni dei "potenziometri elettronici" del volume e dello squelch. La memoria RAM viene alimentata anche ad apparato spento da una piccola batteria al NiCd. Nonostante la 6116 e la piu piccola memoria RAM CMOS attualmente disponibile sul mercato, una meta della 6116 basta per 256 VFO-memorie, con le frequenze di ricezione e trasmissione indipendenti! Infine, una porta parallela uPD71055 accetta i comandi dai tasti e pilota il display a otto caratteri nonche i due "potenziometri elettronici". L' alimentazione del modulo microprocessore a +5V e ottenuta con un 7805. Seguono le descrizioni dettagliate dei singoli moduli che compongono il ricetrasmettitore ed infine qualche nota sull' integrazione del RTX completo, la descrizione dei comandi del software (in realta pochi), i risultati ottenuti ed i consigli per l' uso di questo RTX. 2. Modulo RF VHF ---------------- Lo schema elettrico del modulo RF VHF e mostrato in Fig.2a. La parte ricevente comprende un amplificatore RF ed uno stadio mixer a mosfet. Tra l' antenna ed il primo mixer ci sono ben 4 circuiti sintonizzati a varicap per ottenere una buona reiezione della frequenza immagine. Questo circuito e stato collaudato diverse volte in progetti precedenti, l' unica "novita" e l' accoppiamento induttivo tra i circuiti accordati. Il diodo 1N4148 in parallelo alla giunzione BE del transistor amplificatore RF (BFR34 o simile) dovrebbe proteggere questultimo nel caso di rientri di RF dal trasmettitore tramite il commutatore elettronico d' antenna a diodi PIN. Questultimo impiega due diversi tipi di diodi: BA379 e un tipo a bassa capacita parassita (0.3pF) mentre BA182 e un tipo a bassa perdita resistiva (1ohm), la capacita parassita e ovviamente piu alta (1.2pF). Nel circuito di drain del mixer (BF981 o qualsiasi altro mosfet della serie BF9xx) troviamo l' unico trasformatore di media frequenza accordato a 5.54MHz: la selettivita nella prima media frequenza viene fornita in buona parte dai filtri ceramici nel modulo IF. La parte trasmittente si compone semplicemente di due stadi amplificatori. Nel primo stadio lavora un 2N3866 (o simile) in classe AB, il secondo stadio impiega un BFQ43 (BLX65) in classe B. Con un pilotaggio di 5mW circa dal modulo VCO la parte trasmittente fornisce da 2 a 3W di uscita a radiofrequenza, in funzione delle tolleranze dei componenti usati. Volendo usare altri tipi di transistor finali (per esempio MRF237) fate attenzione alla disposizione dei piedini: e necessario modificare il circuito stampato! Il modulo RF VHF comprende anche il commutatore delle tensioni di alimentazione ricezione/trasmissione. Il commutatore usa transistor PNP di potenza BD136 per minimizzare la caduta di tensione. Il comando PTT e inteso come un contatto che si chiude verso massa in trasmissione. Le tensioni +12VRX e +12VTX vengono fornite anche ai rimanenti moduli del RTX. Il modulo RF VHF e costruito su un circuito stampato a singola faccia dalle dimensioni di 75x55mm. Il master del circuito e mostrato in Fig.2b, visto da sotto ovvero dal lato saldature. Su Fig.2c e invece mostrata la disposizione dei componenti. Tutte le resistenze sono montate verticali per risparmiare spazio. Lo spazio libero attorno al transistor finale e inteso per un dissipatore a stella. I condensatori fissi sono tutti ceramici con la spaziatura dei piedini di 2.5mm per i valori bassi e di 5mm per quelli da 100nF. Sono invece da preferire i trimmer a film plastico rispetto ai equivalenti ceramici poiche piu stabili. I trimmer sono tutti da 7.5mm di diametro. Tutte le bobine eccetto L6 sono autoportanti, avvolte su un diametro interno di 4mm con del filo di rame smaltato ed avvolgimento serrato. L2, L3, L4, L5, L8 e L10 anno tre spire ognuna e sono avvolte con del filo da 0.7mm di diametro. In fase di taratura puo risultare necessario spaziare le spire di L8 e L10. L1 e L9 anno 7 spire ognuna e L7 a 5 spire, tutte e tre avvolte con del filo da 0.5mm di diametro. L6 e una media frequenza (dimensioni 7x7mm) per 10.7MHz, nucleo colore blu e condensatore interno da 100pF circa. Aggiungendo una capacita esterna di 270pF si riesce a farla risuonare su 5.54MHz. La presa sull' avvolgimento e a meta spire! 3. Modulo RF UHF ---------------- Lo schema elettrico del modulo RF UHF e mostrato in Fig.3a. La parte ricevente comprende un preamplificatore RF, due mixer ed uno stadio moltiplicatore. Il preamplificatore a 435MHz e tutti i rispettivi circuiti accordati sono a sintonia fissa, visto che la frequenza immagine e assai lontana con la prima media frequenza a 113MHz. I circuiti a 113MHz sono invece sintonizzati a varicap poiche la seconda media frequenza e di soli 5.5375MHz. La doppia conversione nel modulo RF UHF e necessaria unicamente per migliorare la reiezione delle frequenze immagni e spurie, percio non sono necessari dei stadi amplificatori a 113MHz. Progettando un ricevitore a tripla conversione non e facile evitare risposte spurie. Un trucco molto semplice ma efficente e di ottenere due dei segnali richiesti per le conversioni dallo stesso oscillatore, usando fattori di moltiplicazione diversi. Nel ricevitore in questione le frequenze richieste per le prime due conversioni vengono ottenute dallo stesso segnale del VCO. Il segnale a 107MHz proveniente dal modulo VCO viene usato per la seconda conversione e triplicato a 322MHz per la prima conversione. L' unico svantaggio e che la prima media frequenza attorno a 113MHz e anchessa variabile e richiede una sintonia a varicap. Il triplicatore da 107MHz a 322MHz usa un transistor bipolare PNP e circuiti accordati fissi a 322MHz. Come transistor si puo usare un tipo da commutazione (BSX36) o, in mancanza di questo, il migliore e piu costoso BFR99. Dai altri punti di vista il concetto del modulo RF UHF segue quello del modulo RF VHF. Anche nel modulo RF UHF l' amplificatore RF (BFR34 o simile) e protetto con un diodo dai rientri di RF dal commutatore d' antenna a diodi PIN. Nella versione UHF vengono usati soltanto dei BA379, visto che a frequenze piu alte la capacita parassita diventa piu critica. Il circuito d' uscita del secondo mixer (BF981 o qualsiasi altro BF9xx) con L12 e identico al circuito analogo nel modulo RF VHF. Per il primo mixer e pero meglio usare un mosfet a bassa capacita per UHF (BF960, BF980 o simile). La parte trasmittente comprende due stadi duplicatori e due stadi amplificatori di potenza. Il primo duplicatore (109MHz/217MHz) usa un altro BSX36 (o simile) ed il secondo (217MHz/435MHz) un BFR91 (o simile). Entrambi i duplicatori sono a sintonia fissa. Il pilota (BFR96) lavora in classe AB ed il finale (BFQ68) lavora in classe C. Purtroppo per i 70cm non sono reperibili transistor finali economici (in custodia TO39, per esempio), percio la scelta e caduta su un transistor in custodia stripline ad alto guadagno, il che semplifica notevolmente il progetto. Inoltre, il BFQ68 viene spesso usato come finale nei centralini dei impianti d' antenna collettivi, percio dovrebbe essere reperibile. Il modulo RF UHF comprende anche il commutatore delle tensioni d' alimentazione, identico al modulo RF VHF. Il modulo RF UHF e costruito su un circuito stampato a singola faccia dalle dimensioni di 90x75mm. Il master del circuito e mostrato in Fig.3b, visto da sotto ovvero dal lato saldature. Su Fig.3c e invece mostrata la disposizione dei componenti. Tutte le resistenze sono montate verticali come nel modulo RF VHF. Anche per i condensatori vale lo stesso quanto detto per il modulo RF VHF. Il transistor finale e installato su un dissipatore autocostruito piegando ad "U" un lamierino d' alluminio. Il lamierino e fissato sul circuito stampato mediante due viti MA3 nei punti marchiati. E importante garantire in questo modo un buon contatto elettrico tra il dissipatore e la massa sul circuito stampato. Il transistor finale e avvitato sul dissipatore tramite un foro da 10mm di diametro praticato nel circuito stampato. Sul circuito stampato sono previsti anche due condensatori dalla base del transistor finale verso massa. Questi condensatori non vengono installati col BFQ68, possono pero essere richiesti da qualche altro tipo di transistor finale. Tutte le bobine, ad eccezione di L12, sono autoportanti, costruite con del filo di rame smaltato e col avvolgimento serrato. L3, L4, L5, L6, L7, L17, L18, L20 e L22 anno due spire ognuna e sono avvolte con del filo da 1mm di diametro su un supporto da 3mm di diametro. L14 e L15 anno anchesse due spire, sono pero fatte con del filo da 0.7mm su un supporto da 4mm di diametro. L9, L10 e L11 anno 4 spire ognuna, filo da 0.7mm su un supporto di 4mm di diametro. L1, L2, L8, L13, L19, L21 e L23 anno 5 spire, filo da 0.5mm su un supporto da 4mm di diametro. Finalmente, L16 a tre spire, filo da 0.5mm su un supporto da 4mm di diametro. L12 e un trasformatore di media e corrisponde esattamente a L6 nel modulo RF VHF. 4. Modulo VCO ------------- Lo schema elettrico del modulo VCO e mostrato in Fig.4a. Le differenze tra le due versioni, VHF e UHF, sono minime: le bobine anno un numero di spire diverso ed il trimmer in uscita va sostituito con uno di capacita superiore. Il modulo VCO comprende il VCO vero e proprio, due stadi separatori, un duplicatore di frequenza e relativo amplificatore ed un amplificatore microfonico - modulatore. Il VCO e costruito con un transistor PNP (BSX36) in modo da avere uno dei terminali della bobina comodamente a massa. Il VCO a due ingressi di controllo, che pilotano dei varicap: un ingresso di sintonia pilotato dal PLL ed un ingresso di modulazione pilotato dall' amplificatore microfonico. Inoltre il VCO dispone di un proprio regolatore della tensione di alimentazione, che deve essere ben stabilizzata e livellata per evitare "modulazioni" non volute... I due stadi separatori anno un compito simile: ridurre l' influenza dei altri stadi sul delicato VCO. Anche i stadi separatori usano transistori da commutazione veloce, tipo 2N2369 o simili (2N2368, BSX39, 1W8723, 1W8907...). Come duplicatore viene usato un integrato mixer S042P. Il segnale viene applicato a entrambi gli ingressi in parallelo. L' uscita e accordata tramite un varicap per ottenere une reiezione migliore dei prodotti spuri. Il duplicatore e seguito da uno stadio amplificatore (2N2369) per portare il livello del segnale a circa 5mW. Il modulatore comprende due stadi amplificatori (BC238) ed un limitatore di deviazione. L' ingresso dell' amplificatore e protetto in modo da poter usare lo stesso altoparlante del ricevitore anche come microfono, senza commutazioni. Il condensatore d' accoppiamento interstadio a un valore basso, 10nF, per ottenere la preenfasi richiesta. Il limitatore di deviazione e necessario per almeno due ragioni. Inanzitutto serve ad eliminare i disturbi nei canali adiacenti nei picchi di modulazione. Inoltre, i stessi picchi di modulazione farebbero altrimenti attivare lo squelch nel apparato del nostro corrispondente, rendendo incomprensibile la nostra modulazione. Il limitatore di deviazione e costruito semplicemente con due diodi in antiparallelo, seguiti da un filtro passa-basso. Sul modulo VCO trova posto anche il filtro passa-basso dell' anello PLL. In ogni caso il PLL e troppo lento per interferire con la modulazione audio, percio e possibile modulare in FM il VCO semplicemente con un altro varicap. Il modulo VCO e costruito su un circuito stampato a singola faccia dalle dimensioni di 75x45mm. Il master del circuito e mostrato in Fig.4b, visto da sotto ovvero dal lato saldature. Su Fig.4c e invece mostrata la disposizione dei componenti. Tutte le resistenze sono montate verticali come nel modulo RF VHF. Sul modulo VCO vengono usati dei condensatori ceramici, a film plastico, al tantalio ed un elettrolitico convenzionale. Tutti i condensatori dai valori bassi con una spaziatura tra i piedini di 2.5mm nei circuiti a radiofrequenza sono ceramici. I condensatori non polarizzati con una spaziatura tra i piedini di 5mm nei circuiti di bassa frequenza (modulatore) sono tutti a film plastico (poliestere), poiche piu stabili nei valori dei condensatori ceramici. L' unica eccezione sono i bypass da 100nF, anchessi ceramici. I condensatori polarizzati tra 1 e 10uF devono essere al tantalio a bassa perdita. Infine, il condensatore da 22uF puo essere un elettrolitico tradizionale, all' alluminio. Sul modulo VCO ci sono tre bobine. Il numero delle spire di ognuna dipende dalla versione, VHF o UHF. L1 e avvolta su un nucleo da media frequenza TV (36MHz) dalle dimensioni esterne di 10x10mm. Nella versione VHF L1 a 2 spire e nella versione UHF L1 a 3 spire. L1 viene avvolta con quattro fili di rame smaltato da 0.15mm avvolti in parallelo. L' avvolgimento va poi fissato con alcune gocce di cera prima di essere infilato nella coppetta di ferrite, per evitare effetti di microfonia. L2 e L3 sono autoportanti, entrambe avvolte con del filo di rame smaltato, avvolgimento serrato, su un supporto da 4mm di diametro. L2 e avvolta con del filo da 0.7mm ed a 3 spire nella versione VHF e 4 spire nella versione UHF. L3 e avvolta con del filo da 0.5mm ed a 7 spire nella versione VHF e 9 spire nella versione UHF. 5. Modulo IF ------------ Lo schema elettrico del modulo IF e mostrato in Fig.5a. Il modulo IF comprende uno stadio amplificatore a 5.54MHz, un mixer, un amplificatore/limitatore/discriminatore a 460kHz, due "potenziometri elettronici", un circuito squelch ed un amplificatore di bassa frequenza. Lo stadio amplificatore a 5.54MHz usa un BF199 o simile. La selettivita e fornita da due filtri ceramici a 5.5MHz. Vista la larghezza di banda di questi filtri (150kHz), essi lasciano passare senza problemi anche 5.54 o 5.5375MHz mentre attenuano l' immagine a 6.46MHz. Il mixer e costruito attorno all' integrato S042P nella sua applicazione piu classica. A parte il basso numero di componenti esterni, il S042P a anche un altro vantaggio: il livello del segnale prodotto dal suo oscillatore interno e molto basso, percio le armoniche di questo oscillatore sono di livello talmente basso che non disturbano i sensibili stadi d' ingresso del ricevitore. La catena di media frequenza a 460kHz e costruita attorno all' integrato S041P, anchesso usato esattamente nell' applicazione prevista dal costruttore. La selettivita del RTX e determinata in buona parte dai tre trasformatori di media frequenza disposti tra il S042P ed il S041P. Un quarto trasformatore di media e usato nel discriminatore. L' uscita audio del S041P e inviata ad un filtro passa-basso seguito da un emitter-follower con un BC238. In questo punto del circuito il segnale audio viene inviato ai potenziometri del volume e dello squelch. Nel modulo IF i due potenziometri sono realizzati con due integrati CMOS del tipo 4028, che pilotano una rete di resistenze. Il 4028 e una decodifica a 10 uscite: l' uscita selezionata viene portata a livello logico alto mentre tutte le altre uscite rimangono a livello logico basso. Nel circuito in esame i due 4028 vengono alimentati con una tensione che comprende sia una componente CC (attorno a 7V) ed il segnale audio. Ovviamente il segnale audio apparira soltanto sull' uscita selezionata. Entrambi i potenziometri sono aggiustabili in 8 passi, selezionabili dai tre ingressi di ogni decodifica. La rete di resistenze del potenziometro dello squelch a passi piu fini (3dB), inoltre manca una resistenza: questa posizione corrisponde allo squelch completamente escluso. Il potenziometro del volume a passi di circa 6dB e utilizza tutte e otto le posizioni: volume zero non a senso. Il circuito dello squelch comprende un amplificatore di rumore (BC238) preceduto e seguito da reti passa-alto, un rivelatore con due diodi 1N4148 ed un aamplificatore CC con altri due BC238. L' uscita dello squelch pilota il potenziometro del volume, tagliadno il volume a zero quando necessario. Il 4028 usato nel potenziometro del volume dovrebbe essere del tipo B: alcuni vecchi 4028 del tipo A non anno le uscite completamente decodificate e lo squelch potrebbe non funzionare correttamente. Come amplificatore audio di potenza viene usato un LM386 semplicemente poiche richiede un numero di componenti esterni veramente minimo. Perche non usare uno dei tanti integrati tuttofare al posto dei obsoleti S042P, S041P e altri componenti discreti e facile da spiegare: a parte il problema della reperibilita, la soluzione a componenti discreti offre anche dei vantaggi tecnici. Per esempio, pochi dei integrati media-frequenza tuttofare anno uno squelch veramente funzionante. Volendo avere tutto in un integrato solo si ricorre inoltre a compromessi vari e visto l' alto guadagno concentrato in poco spazio, le autooscillazioni saranno sempre in agguato! Il modulo IF e costruito su un circuito stampato a singola faccia dalle dimensioni di 75x55mm. Il master del circuito e mostrato in Fig.5b, visto da sotto ovvero dal lato saldature. Su Fig.5c e invece mostrata la disposizione dei componenti. Circa la scelta di quest' ultimi vale quanto detto per il modulo VCO: valori bassi sono ceramici per la radiofrequenza ed a film plastico (poliestere) per la bassa frequenza. Quelli polarizzati fino a 10uF compresi sono gocce al tantalio, di capacita superiori sono elettrolitici tradizionali (due soli da 47uF). A parte le resistenze singole viene usata anche una rete di 7 resistenze da 100kohm, gia collegate internamente con un terminale in comune in custodia SIL8. L1, L2, L3 e L4 sono tutte trasformatori di media frequenza standard per 455kHz, dalle dimensioni esterne di 7x7mm, nucleo colore bianco e presa all' incirca al centro dell' avvolgimento. Da prove fatte le medie frequenze per 455kHz sono tarabili almeno da 380kHz fino a 530kHz con la sola regolazione del nucleo, percio non e un problema aggiustarle a 460 o 462.5kHz. 6. Modulo sintesi/microprocessore --------------------------------- Il modulo sintesi/microprocessore e il modulo piu complesso di tutto il ricetrasmettitore, percio il suo schema e diviso in due parti: sintesi (su Fig.6a) e microprocessore (su Fig.6b). Il progetto del sintetizzatore e determinato in buona parte dai componenti reperibili: prescaler e divisori programmabili. Come gia accennato nell' introduzione viene utilizzato come prescaler un TTL della serie F e piu precisamente un 74F161. Il 74F161 e un contatore sincrono e come tale non e uno dei piu veloci. Da prove fatte puo raggiungere 90-100MHz, mentre altri contatori della serie F vanno oltre i 130MHz. Un contatore sincrono e pero necessario per realizzare un prescaler a doppio modulo. Un prescaler a modulo fisso richiederebbe ulteriori divisioni nell' anello del PLL: la frequenza di comaprazione si abbassa e l' anello PLL diventa troppo lento nel commutare tra ricezione e trasmissione. Il 74F161 a il vantaggio di non richiedere altri integrati veloci per realizzare un prescaler a doppio modulo: basta collegare i piedini nel modo giusto per ottenere un divisore 8/9. Il circuito di pilotaggio del 74F161 e anchesso semplice con un solo transistor 2N2369. La frequenza d' uscita dal 74F161, ma soprattuto il tempo a disposizione per impostare il modulo di divisione per il ciclo seguente sono troppo veloci per essere collegati a un contatore programmabile, percio il 74F161 pilota un 74HC161. Quest' ultimo, assieme ad una porta, porta il modulo di divisione a 128/129. I divisori programmabili sono tutti contenuti in un unico integrato uPD71054. Due dei tre divisori sono pilotati dal prescaler. Le loro uscite pilotano un RS flip-flop costruito con due porte NAND, che a sua volta abilita solo uno dei contatori. Il terzo contatore del uPD71054 serve per ottenere la frequenza di riferimento del PLL. Il comparatore di frequenza/fase utilizza un 4046 alimentato a 12V per poter pilotare i varicap con una tensione da 0 a 12V. Ovviamente sono necessari dei traslatori di livello logico (due 2N2369) per pilotare il 4046, visto che tutto il resto del sintetizzatore funziona a 5V. Il 4046 dispone anche di un' uscita per pilotare il LED "UNLOCK". La frequenza di riferimento viene ottenuta da un quarzo da 10MHz (risonanza fondamentale, 20pF in parallelo). L' oscillatore e costruito attorno ad una porta 74HC00 mentre il divisore per ottenere i 2.5MHz per il contatore programmbile e per il clock del microprocessore e un 74LS109. Il circuito funziona anche con un 74HC109 ma purtroppo questultimo genera delle armoniche fortissime che disturbano il ricevitore, provare per credere! Anche un 74LS109 genera armoniche, pero di intensita almeno 30dB inferiore al cugino della serie HC. All' uscita del 74LS109 e necessaria una resistenza di pull-up per pilotare anche l' ingresso clock del microprocessore Z80: nel manuale di questultimo e ben spiegato che l' ingresso di clock non e direttamente TTL compatibile! La sicurezza di funzionamento di un apparato controllato da un microprocessore dipende molte volte dal circuito di reset. Circuiti di reset sommari, costruiti con una resistenza ed un condensatore anno contribuito a diffondere l' opinione che i sistemi a microprocessore sono assai poco sicuri. Ovviamente si puo fare di meglio ed il circuito presentato ne e un esempio. Se il sistema comprende un qualsisi tipo di memoria non-volatile, il contenuto di quest' ultima va protetto durante il reset (costruttori di TNC per packet-radio, prendete nota!). Il circuito di reset del microprocessore controlla la presenza dell' alimentazione a +5V tramite un diodo zener. Solo quando la tensione d' alimentazione a raggiunto un livello sufficente a garantire il corretto funzionamento del microprocessore il reset viene rilasciato. Similarmente, quando la tensione d' alimentazione incomincia a calare, il reset viene applicato prima che il microprocessore possa compiere qualche azione incontrollata distruggendo il contenuto della RAM non-volatile. Il contenuto della RAM e pero protetto anche direttamente dalla linea del reset: il reset assertato disabilita l' accesso alla RAM interrompendo la linea del chip-select. Il circuito di protezione e progettato in modo che la RAM rimane disabilitata anche quando la tensione d' alimentazione scompare completamente e la RAM rimane alimentata dalla batteria al NiCd. Durante il normale funzionamento del ricetrasmettitore la memoria RAM viene alimentata tramite un diodo dai +5V e la batteria al NiCd viene ovviamente ricaricata. A RTX spento il consumo di una RAM CMOS per il solo mantenimento dei dati e irrisorio: sostituendo la batteria con un condensatore da 2200uF questi e in grado di mantenere il contenuto della memoria per diverse ore o addirittura giorni, se viene utilizzata una 6116L! Il microprocessore, uno Z80CPU CMOS, viene usato nel modo piu semplice: entrambe le memorie ed entrambe le periferiche sono collocate nello spazio di memoria. Lo spazio i/o e gli interrupt non vengono utilizzati. La selezione delle varie unita avviene tramite la decodifica 74HC138 eccetto per la EPROM 27C64, che e in grado di decodificare tutti gli indirizzi da sola. Le rimanenti funzioni del ricetrasmettitore vengono gestite dall' unita periferica uPD71055. La porta A viene utilizzata per pilotare i segmenti del display, vengono usati tutti e otto i bit per pilotare i sette segmenti piu il punto decimale. La porta B controlla i potenziometri elettronici del volume e dello squelch, tramite un 74LS05, open-collector driver. Vengono usati solo sei bit: tre bit per il volume e tre bit per lo squelch. I quattro bit meno significativi della porta C vengono usati per ingressi vari: un bit per monitorizzare la commutazione RX/TX, due bit per i comandi dai tre tasti sul pannello frontale ed un bit per sincronizzare il microprocessore col sintetizzatore onde evitare "salti" di frequenza. Infine, tre dei quattro bit piu significativi della porta C selezionano una delle otto cifre del display pilotato in multiplex tramite la decodifica 4028. Il modulo sintesi/microprocessore non comprende i stadi pilota per il display, in modo da poter essere utilizzato con diversi tipi di display: LED, fluorescente o altro. Il modulo sintesi/microprocessore e costruito su un circuito stampato a doppia faccia dalle dimensioni di 145x75mm. La faccia superiore, lato componenti, e mostrata in Fig.6c e la faccia inferiore, lato saldature, e mostrata in Fig.6d. La disposizione dei componenti e visibile in Fig.6e. Tutte le resistenze, condensatori, diodi e quarzo sono montati orizzontali. Tutti i condensatori fissi, eccetto l' elettrolitico, sono ceramici. Se non si e sicuri al 100% dell' efficenza dei componenti complessi (microprocessore, memorie, periferiche) e meglio montarli su zoccoli. Ovviamente vanno usati esclusivamente zoccoli di qualita (con i contatti rotondi e molla dorata nel centro). Questo tipo di zoccoli e anche facile da saldare su entrambe le facce dello stampato in mancanza di fori metallizzati. In mancanza dei integrati CMOS indicati si possono usare i loro predecessori costruiti in tecnologia NMOS: al posto del uPD71055 si puo usare un 8255, al posto del microprocessore CMOS uno Z80CPU comune, al posto della EPROM una 2764 comune ed al posto del uPD71054 un 8253. Ovviamente il consumo energetico dei integrati NMOS e molto piu elevato. Gli integrati NMOS scaldano parecchio, ma fanno scaldare anche il regolatore 7805. Il circuito e stato comunque provato con tutte le combinazioni possibili tra integrati CMOS e NMOS ed a sempre funzionato. 7. Integrazione e messa a punto del RTX --------------------------------------- Dopo la descrizione della serie di moduli che compongono il ricetrasmettitore resta da vedere come utilizzarli per costruire un ricetrasmettitore completo. La parte analogica, con i tre moduli: RF, VCO e IF, e quasi completa. La parte digitale, ovvero il modulo sintesi/microprocessore necessita invece di alcuni circuiti aggiuntivi, che per motivi vari, ma sopratutto per non compromettere la flessibilita d' impiego, non potevano essere inclusi nel modulo. Il modulo sintesi/microprocessore non comprende i stadi finali per pilotare il display. Un esempio come pilotare un display a LED, catodo comune, e percio mostrato in Fig.7a. Sono necessari 8 transistor PNP per pilotare i sette segmenti ed il punto decimale e 8 transistor NPN per accendere, in multiplex, le otto cifre del display. E necesario usare dei transistor che possono reggere tranquillamente alcune centinaia di mA di corrente di collettore. Il circuito di Fig.7a e stato costruito su un piccolo circuito stampato, del quale non pubblico il master per un motivo molto semplice: il circuito stampato e stato disegnato per usare dei display (tipo calcolatrice) dei quali disponevo. Visto che le possibilita di ritrovare lo stesso tipo di display con la stessa disposizione dei collegamenti sono assai remote, e meglio costruire il circuito su una basetta universale "millefori" ed adattare la disposizione dei componenti al display utilizzato. Volendo usare un tipo di display diverso cambia anche il circuito di pilotaggio. Per esempio, volendo usare un display fluorescente (dall' aspetto estetico nettamente superiore a un display a LED) e necessario costruire un piccolo alimentatore switching per ottenere i 30-40V di anodica, 2-3V per il filamento ed una tensione negativa di griglia. In questo caso i transistor saranno tutti PNP, a bassa corrente ma alto voltaggio. Il regolatore per ottenere i +5V per la parte digitale del RTX non e compreso nel modulo sintesi/microprocessore. La soluzione piu semplice e mostrata in Fig.7b: un 7805, ovviamnente montato su un dissipatore (in pratica una parete della scatola d' alluminio che alloggia l' RTX) e tanti componenti di filtraggio per evitare che il microprocessore disturbi la parte analogica. Una soluzione migliore, ma piu complessa, sarebbe di utilizzare un regolatore switching: il consumo totale del RTX verrebbe notevolmente ridotto! I moduli del ricetrasmettitore andranno installati in una scatola metallica, preferibilmente di alluminio non verniciato. Per evitare disturbi in entrambe le direzioni la parte digitale va schermata dalla parte analogica. Per esempio, se il contenitore dispone di un piano di sostegno interno, i moduli analogici vanno alloggiati da una parte ed il microprocessore va dall' altra parte del piano. Anche i moduli analogici vanno tenuti ad una certa distanza l' uno dall' altro: tra due circuiti stampati va lasciato uno spazio libero di almeno 1cm. I vari moduli sono collegati alla filatura del RTX con dei connettori autocostruiti da zoccoli per circuiti integrati. A tal scopo si prestano benissimo i zoccoli di qualita con i contatti rotondi, che possono essere utilizzati sia come maschi che come femmine. Per ridurre l' effetto negativo delle induttivita parassite, i collegamenti RF usano due o tre contatti in parallelo per i collegamenti di massa (calza del cavetto schermato). L' unica eccezione e il modulo RF UHF: il cavetto d' antenna e saldato direttamente sul circuito stampato. Nei prototipi sono stati usati dei cavetti schermati per tutti i segnali RF, IF, BF e la tensione di controllo del PLL (PLLCV). Il RTX costruito richiede una verifica e messa a punto: ben raramente tutto funzionera al primo colpo! Come primo conviene verificare il funzionamento del modulo microprocessore, ovviamente inserendo una EPROM programmata con il programma della versione desiderata. Il modulo microprocessore e costruito su un circuito stampato assai "denso", buona parte dei errori saranno percio corti circuiti tra piste adiacenti. Verificare il funzionamento dei comandi, il LED "UNLOCK" rimarra probbabilmente acceso visto che il modulo VCO non e ancora operativo. Il modulo seguente da mettere appunto e proprio il modulo VCO. Col ausilio di un frequenzimetro tarare il VCO per la copertura di frequenza desiderata. Il duplicatore ed il corrispondente stadio amplificatore vanno semplicemente tarati per la massima uscita. Connettendo il modulo VCO al modulo sintesi, il LED "UNLOCK" deve spegnersi. Il trasmettitore va semplicemente tarato per la massima uscita. Nella versione UHF e meglio verificare con un frequenzimetro che i stadi moltiplicatori sono tarati sulle frequenze desiderate. Il ricevitore e piu difficile da tarare, sopratutto poiche l' integrato usato nella media frequenza, S041P, non dispone di un' uscita S-meter. Disponendo di uno strumento adatto (analizzatore di spettro) si puo collegarlo ai punti "TP" per tarare i circuiti accordati. Altrimenti occorre sintonizzare il ricevitore su un segnale debole, ma dalla frequenza nota, e cercare di migliorare la ricezione allineando i diversi circuiti accordati. Durante questa taratura e meglio ridurre e verso la fine escludere completamente l' alimentazione allo stadio amplificatore IF a 5.54MHz (BF199): in mancanza di guadagno, tutte le tarature diventano piu sensibili! Infine rimangono soltanto le tarature fini: aggiustare l' oscillatore di riferimento esattamente a 10MHz, regolare la deviazione massima del TX e tarare il discriminatore del RX. Una prova molto importante e verificare l' assenza di disturbi causati dal PLL o microprocessore, sia in ricezione che in trasmissione. Il disturbo piu comune e una modulazione spuria sul VCO, sia in ricezione che in trasmissione, alla frequenza di comparazione del PLL: 2.5kHz per la versione VHF e 1.5625kHz per la versione UHF. Entrambe le frequenze sono ben udibili, basta percio un altro RTX per fare la prova. Le cause possono essere diverse: errori nel cablaggio, condensatori (al tantalio) nel filtro PLL in perdita o rientri di RF nel PLL. Un rimedio, nella versione UHF, e di inserire un' impedenza di circa 100uH in serie alla linea PLLCV. In un RTX funzionante correttamente, la frequenza di comparazione e appena udibile, con una forte portante e in assenza di modulazione. 8. Software di gestione ----------------------- Come tutti gli apparati gestiti da un microprocessore il RTX in questione e solo un ammasso di componenti "morti" senza il software di gestione, da programmare nella EPROM 27C64. Per ragioni di spazio non e possibile pubblicare il listato completo del programma in assembler Z80, ma solo un listato del codice macchina in esadecimale. Su Fig.8a e riportato il listato del programma per la versione VHF e su Fig.8b e riportato il listato del programma per la versione UHF. I programmi delle due versioni VHF e UHF sono quasi identici, si differenziano solo in alcune costanti. Il controllo del ricetrasmettitore avviene tramite tre soli pulsanti. Due pulsanti vengono usati per incrementare (+) o decrementare (-) il valore del parametro mostrato sul display. Il terzo pulsante (F) serve per selezionare la funzione ovvero il menu. Tutti e tre i pulsanti sono dotati della funzione di autorepeat se mantenuti premuti. Premendo ripetutamente il pulsante (F) appariranno sul display i seguenti menu: Versione VHF Versione UHF ======================== ======================== Menu Display Funzione Display Funzione ---- --------- ----------- --------- ----------- 1 CH 000 no. memoria CH 000 no. memoria 2 F 145.000 passi 1MHz F 435.000 passi 1MHz 3 M 145.000 passi 100kHz M 435.000 passi 100kHz 4 S 145.000 passi 5kHz S 435.000 passi 12.5kHz 5 VOLUME 3 reg. volume VOLUME 3 reg. volume 6 SqELCH 0 reg. squelch SqELCH 0 reg. squelch 7 display off display off Le lettere realizzate con i sette segmenti a disposizione non sono ovviamente tra le piu nitide. Inoltre alla parola "squelch" manca una lettera, visto che ci sono solo otto caratteri a disposizione. Il menu numero 1 serve a selezionare il numero di memoria o VFO: in totale ci sono 256 VFO - memorie numerati da 0 a 255. I menu 2, 3 e 4 servono a sintonizzare il VFO selezionato alla frequenza desiderata. In ricezione entrambe le frequenze di ricezione e trasmissione vengono modificate nello stesso modo. In trasmissione la sola frequenza di trasmissione viene modificata, permettendo l' impostazione di frequenze di trasmissione e ricezione separate. Ritornando in ricezione entrambe le frequenze vengono modificate mantenendo lo scostamento impostato in trasmissione. I menu 5 e 6 servono invece a regolare il volume e lo squelch in otto passi, numerati da 0 a 7. Infine, il menu 7 spegne il display per risparmiare energia nel caso di una alimentazione a batterie. I tasti (+) e (-) diventano inoperativi mentre tutte le altre funzioni rimangono inalterate. Alla prima accensione dell' apparato il contenuto della RAM e completamente casuale. Per inizializzare il contenuto della memoria basta tenere premuto il pulsante (F) durante l' accensione. Sul display appariranno per qualche secondo delle barre orizzontali. Tenere premuto il pulsante (F) fino a che non appare la scritta "SEt Fr". Dopo alcuni secondi anche questa sara sostituita dal menu numero 2. Questa operazione di reset predispone tutti i VFO, ricezione e trasmissione, sulla frequenza di 145MHz nella versione VHF e 435MHz nella versione UHF. Il volume viene predisposto a meta: 3 e lo squelch viene disabilitato: 0. Il software non include alcuna protezione circa i limiti di gamma di frequenze impostabili. Sulla versione VHF e possibile impostare qualsiasi cifra tra zero e oltre 300MHz e sulla versione UHF e possibile impostare qualsiasi cifra tra zero e oltre 800MHz. Ovviamente il PLL non puo funzionare in un campo talmente ampio, anche se il VCO ce la facesse! I componenti usati ed il software permettono un campo utile da 100 a 170MHz, a passi di 5kHz nella versione VHF, e da 250 a 600MHz, a passi di 12.5kHz nella versione UHF. La parte analogica del RTX e comunque progettata per coprire soltanto 15-20MHz su ogni gamma. Il software descritto occupa poco piu di un kilobyte nella EPROM 27C64, che puo contenere fino a 8 kilobytes. EPROM piu piccole sono oggigiorno difficili da reperire, specialmente le versioni CMOS. Esiste percio un ampio spazio per eventuali modifiche e miglioramenti del software. Il software a anche un piccolo difetto: se il contatto del PTT sul microfono rimbalza producendo tanti impulsi spuri al momento della commutazione RX/TX e viceversa, a volte appare sul display al posto della frequenza di trasmissione quella di ricezione e viceversa. Il RTX comunque funziona sulla frequenza corretta ed il display viene corretto con un' azione qualsiasi: impostazione di un qualsiasi comando o commutazione RX/TX. Infine, per chi vuole scrivere il proprio software di gestione, ecco la tabella dei indirizzi di memoria: 0000H - 1FFFH : EPROM 27C64 (8kbytes) 2000H - 27FFH : Spazio non usato, utile per estensioni! 2800H - 2FFFH : uPD71055 porta parallela 2800H : porta A segmenti del display 2801H : porta B volume & squelch 2802H : porta C ingressi vari & mux display 2803H : registro di comando 3000H - 37FFH : uPD71054 contatori programmabili 3000H : CTR0 frequenza di riferimento 3001H : CTR1 modulo*129 3002H : CTR2 modulo*128 3003H : registro di comando 3800H - 3FFFH : RAM CMOS 6116 (2kbytes) Oltre 3FFFH la mappa si ripete visto che A14 e A15 non vengono decodificati. 9. Risultati e conclusioni -------------------------- Del ricetrasmettitore descritto in questo articolo ne sono stati costruiti cinque esemplari: tre nella versione VHF e due nella versione UHF. Tutti e cinque sono stati usati per un periodo di oltre due mesi senza notare problemi. Le caratteristiche principali di un ricevitore sono la sensibilita e la selettivita. La sensibilita della versione VHF e di soli 0.5uV in centro gamma, mentre la sensibilita della versione UHF raggiunge i 0.25uV. La sensibilita della versione VHF e stata sacrificata per avere una migliore selettivita del front-end, visto l' abbondare di segnali forti in VHF oggigiorno. In UHF non e richiesto di avere un front-end molto selettivo, almeno per adesso. La sensibilita e pero molto piu importante che non nella versione VHF. La selettivita e adeguata a buona parte delle applicazioni. Ovviamente non si possono fare comparazioni tra tre trasformatori di media a 460kHz ed un filtro a quarzo a otto poli, per quanto riguarda la reiezione del canale adiacente! I trasmettitori di entrambe le versioni forniscono da 2 a 3W in centro gamma, in funzione delle tolleranze dei componenti usati. Usando i ricetrasmettitori per il packet-radio il tempo di commutazione RX/TX diventa un parametro importante. In un ricetrasmettitore ben progettato questo tempo dipende unicamente dal tempo richiesto al PLL per commutare tra la frequenza di trasmissione e quella richiesta in ricezione. Da prove fatte la versione VHF riesce ad operare con un TXDELAY di soli 70ms (parametro TXD 7), mentre la versione UHF e leggermente piu lenta e richiede un TXDELAY di 110ms (parametro TXD 11). Tutte queste prove sono state fatte con TNC equipaggiati con un circuito di carrier-detect digitale che non richiede l' uso dello squelch del ricetrasmettitore. Molti TNC commerciali, anche i modelli piu costosi, non dispongono del CD digitale e richiedono una precisa regolazione dello squelch del RTX. Ovviamente il ritardo dello squelch si somma a tutti i rimanenti ritardi, degradando le prestazioni del collegamento. Se disponete di un TNC del genere allora conviene ridurre la costante di tempo dello squelch, fissata attualmente a 200ms col condensatore da 2.2uF sullo schema in Fig.5a. Come gia accennato nell' introduzione, un apparato autocostruito si presta molto meglio a modifiche di un apparato commerciale. Il software di gestione e forse il piu facile da modificare per aggiungere altre funzioni, ma anche il hardware necessitera di qualche ritocco per servire meglio alla vostra applicazione. Buon lavoro! ***************************************************************