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Hardware CANFI

29 déc. 2015 Commentaires fermés sur Hardware CANFI

Par admin_fabien_f4ctz dans Non classé Tags: Cadsoft Eagle, CANFI, dongle DVB-T, mesure de bruit, noise measurement, PANFI, R820T, rtl2832, SDR

Description

Lors de la conception et le réglage de préamplificateurs RF ou plus largement de chaîne de réception RF, il est indispensable d’être capable « d’évaluer » l’insertion de bruit engendrée par le système en test (DUT, Device Under Test). Il existe pour cela chez les grands fabricants de matériel de mesure des outils que l’on appelle des PANFI (Precision Automatic Noise Figure Indicator) tels que les HP8970 ou les Eaton 2075. Le problème de ces outils est qu’ils sont difficiles à trouver sur le marcher de l’occasion à des prix raisonnables et il faut souvent compter environ 1000euros pour en faire l’acquisition avec les frais de port et de douanes.

Lors de CJ2015, l’équipe allemande formée de DF9IC Wolf-Henning, DL8AAU Alexander et DL2ALF Frank a présenté un logiciel nommé CANFI (Cheap Automatic Noise Figure Indicator) utilisant un simple dongle DVB-T à base de RTL2832 permettant de réaliser des mesures de Noise Figure à moindre frais. Voici le lien vers le site où ce logiciel est téléchargeable : http://www.canfi.eu/. Je n’ai pas participé à l’élaboration du logiciel (seulement à trouver des bugs de fonctionnement qui ont été corrigés depuis) donc merci de bien vouloir voir directement avec les auteurs de ce logiciel pour toutes questions inhérentes à son utilisation.

Le montage décrit ici est une synthèse du hardware développé par ces trois radioamateurs allemands (décrit ici : http://www.canfi.eu/downloads/mmrt14_CANFI.pdf) ainsi que toutes les optimisations qu’on peut trouver à droite à gauche sur Internet pour améliorer la sensibilité de réception des dongles DVB-T RTL2832.

Voici la liste des optimisations embarquées dans ce design :

• Alimentation secteur avec filtre EMI,
• Alimentation 28V 70mA commandé par port série pour le pilotage logiciel de la source de bruit,
• Préampli à base de 2 MGA30889 + atten 10dB devant l’entrée du dongle : les E4000 ou R820 ont un RL particulièrement instable et mauvais en fonction du gain du tuner donc ce montage a pour but de limiter l’influence de ce paramètre sur la mesure tout en évitant de rendre le MGA instable dans les cas de RL les plus mauvais (problème rencontré par DF9IC),
• Alimentation 5V ultra faible bruit pour le préampli à base de LT3042,
• Alimentation 1,2V ultra faible bruit pour remplacer celle du RTL2832 qui est à découpage et particulièrement bruyante (idem LT3042),
• Alimentation 3,3V ultra faible bruit pour remplacer la régulation interne du dongle à partir du 5V de l’USB (idem 2x LT3042 couplés),
• TCXO 28,8Mhz avec filtre elliptique pour injecter une belle sinusoïde à la place de l’oscillateur à quartz du dongle,
• Filtre de mode commun sur l’USB,
• Ajout de condensateurs un peu partout sur le dongle,
• Blindage du dongle,
• Blindage du préampli,
• L’ensemble dans un boitier aluminium extrudé et sur un PCB de 10x12cm.

Les fichiers Cadsoft Eagle ont été sur une version 5.

Modification dongle DVB-T R820T

Pour l’intégration avec le système présenté ici, voici les modifications à réaliser sur un dongle DVB-T R820T (certaines modifications sont un peu délicates) :

1. Supprimer le connecteur USB, la LED, le capteur IR, la self L7 (4R7), la diode transil D6, le quartz Y2 et ses 2 condensateurs, le régulateur U4 (3,3V),
2. Couper la piste de la pin 27 du RTL2832 et relier cette pin27 à la masse,
3. Ajouter 10nF + 22uF sur le 1,2V à la place de L7 et injecter le 1,2V à partir de JP6 du PCB,
4. Ajouter 47uF près de C1,
5. Ajouter 10nF + 22uF sur la piste juste avant L4,
6. Ajouter 10nF sur la piste juste avant L5,
7. Ajouter 47uF + 10nF près de C2,
8. Ajouter 47uF à la place de U4 et injecter le 3,3V à partir de JP5 du PCB,
9. Injecter la sortie du préampli issue de JP3 à l’aide d’un coaxial de petit diamètre dans JP2 du dongle,
10. Injecter les signaux USB issus du PCB à la place du connecteur USB,
11. Ajout du circuit suivant pour l’injection du 28,8Mhz dans le tuner R820T :

Le PCB a été conçu pour que JP4 (28,8MHz),  et JP1 (USB) tombent en face de pastille du dongle R820T. Le plus simple est de souder des pattes de résistance sur ces trois points du PCB puis de mettre en place le dongle dans le boitier en faisant en sorte que les 3 pattes de résistances rentrent directement dans les pastilles correspondantes du dongle. Il est donc recommandé de faire toutes les autres modifications avant. Une fois en place, il ne reste plus qu’à souder le plan de masse du dongle au boitier de blindage sur deux bords.

Voici les caractéristiques du préampli après réalisation (S11 à l’entrée du préampli avec une charge en sortie à la place du dongle) :Le S11 est quasiment le même lorsqu’on remplace la charge utilisée pour la mesure par le dongle DVB-T.

Utilisation en SDR

Ce montage peut très bien être aussi utilisé avec tous les logiciels SDR compatible RTL2832. L’intérêt est dans ce cas de bénéficier des optimisations du dongle pour une meilleure qualité de réception (moins de spurs principalement, du gain de réception en plus, stabilité en fréquence, plancher de bruit un peu meilleur).

Si ce montage est réalisé à cette seule fin, dans ce cas, il n’est pas nécessaire de câbler toute la partie alimentation 28V pour la source de bruit.

Photos réalisation

Attention, les photos présentées ici sont celles de mon prototype donc il y a des éléments qui peuvent être différents de la version de PCB proposée ici.

ATTENTION !!!!

Il y a de la haute tension dans ce montage qui peut donc être dangereux à manipuler sous tension. JE NE POURRAI EN AUCUN CAS ETRE TENU POUR RESPONSABLE DE L’UTILISATION QUE LE LECTEUR FERA DE CE MONTAGE : C’EST AU LECTEUR DE PRENDRE LES PRECAUTIONS D’USAGE.

A titre d’information, sur ma propre réalisation j’ai protégé toute la partie haute tension avec du KAPTON et j’ai fait en sorte de couper les pattes de composants suffisamment à raz pour éviter que le KAPTON soit percé ou déchiré.

Fichiers Cadsoft EAGLE

Nomenclature

Schéma

Routage