Собрал приёмничек

Схема интегрального AM-ЧМ приемника на ИМС CXA1691

В

Микросхема предназначена для применения в портативных радиоприемниках и магнитолах. Два исполнения — CXA1691S в 30-выводном корпусе SDIP-30 и СХА1691М в 28-выводном корпусе для поверхностного монтажа (SOP-28).В составе микросхемы AM / ЧМ радиоприемный тракт с выходным низкочастотным усилителем, способным работать на головные телефоны или малогабаритный динамик. Настройка на станции аналоговая при помощи контуров, перестраиваемых переменным четырехсекционным конденсатором.Промежуточная частота AM — 455 кГц, ЧМ -10,7 МГц. Имеется выход для светодиодного индикатора точной настройки. Переключение AM / ЧМ трактов производится изменением напряжения на выводе 16, регулировка громкости — изменением постоянного напряжения на выводе 5. (CXA1691S).Параметры:1. Напряжение питания Vcc : для CXA1691S .. . 2…8,5V для СХА1691М … 2…7,5V2. Ток покоя в при Vcc = 3V : в режиме AM … 3,4mA. в режиме ЧМ … 5,3mA.3. Выходная мощность при Vcc= 6V и сопротивлении динамика 8 От…………… 0.5W.На рисунках микросхема CXA1691S, ниже приводится соответствие выводов CXA1691S и (СХА1691М):1 / (1), 2 / (нет), 3/(2), 4/(3), 5 / (4), 6 / (5), 7/(6), 8/(7), 9/(8), 10/(9), 11/(10), 12/(11), 13/(12), 14/(13), 15/(14), 16/(15), 17/(16), 18/(17), 19/(18), 20/(19), 21 /(20), 22 / (21), 23 / (22), 24 / (23), 25 / (24), 26 / (25), 27 / (26). 28 / (27V 29 / (29). 30 / (нет).

Как-то искал чем бы послушать самолётики и закономерно наткнулся на знаменитый проект P-45. Примечание. Этот пост — по сути отчёт о повторении чужой конструкции. Он в основном состоит из частичного повторения авторского описания схемы с моими комментариями. Если вы разбираетесь в теме, он врядли будет вам интересен 🙂 До этого приёмников я, можно сказать, не собирал. Точнее, пробовал в детстве собрать супергетеродин из книжки Рудольфа Свореня, но он так и не заработал… Так что, можно сказать, я буду описывать свой первый приёмник (и полученный при его сборке опыт). А началось всё с того, что я прочитал статью ‘а о рации Puxing PX-2R. Рация меня заинтересовала в первую очередь как приёмник (ну и просто как прикольная симпатичная штучка). В то время почта ещё кое-как доставляла, так что девайсик я заказал и получил. На рацию у нас можно принять, в основном, таксистов, скорую помощь и радиолюбителей. Но как раз это меня не особо интересовало, куда больше меня привлекал, разумеется, Эйрбэнд. Так что я начал искать что-нибудь более подходящее и, как уже сказал, наткнулся на P-45. Основные характеристики приёмника: Опубликовано две версии приёмника P-45. Мне больше понравилась первая версия (тем, что в ней меньше катушек). Хотя один блок я взял из второй версии и в некоторых местах сделал отступления от оригинальной схемы. В приёмнике P-45 применяется готовый высокочастотный блок — телевизионный тюнер (aka Селектор Каналов). Это самым драматическим образом упрощает сборку и настройку схемы. Также в этом проекте радует применение вполне современных деталек и достаточно внятное описание. Начнём с тюнера. В принципе, телевизионные тюнеры — штуки довольно типовые (очень похожие друг на друга), так что для нашей задачи подойдут многие из них. Тюнер может быть с цифровой (I2C) или аналоговой настройкой. Нам нужен, разумеется, цифровой. Автор P-45 предлагает использовать KS-H-148 или KS-H-146 фирмы Selteka. Эти модели выбраны по минимальному потреблению тока, работе от одного источника питания (5 В) и наличию предусилителя сигнала (Weak Signal Booster). Можно подробнее почитать о применении таких тюнеров в радиоприёмниках на сайте Passagen. Я покупал тюнер в местном магазине за 300 рублей. Мой экземпляр называет себя KS-H-148, но скорее всего, это перемаркированная другая модель. Во-первых, в KS-H-148 используется микросхемка TDA6508 с 32 ножками, в моём же — неизвестная микросхемка с 28 ножками. Во-вторых, в моём тюнере не включается режим Weak Signal Booster (при включении соответствующего бита, принимается лишь шипение). Вероятно, мне достался KS-H-144 (в котором используется TDA6502 с 28 ножками и отсутствует режим Weak Signal Booster). Забегая вперёд, скажу, что и с этим тюнером приёмник работает неплохо. Если снять с тюнера верхнюю крышечку (крышечки не припаяны), можно увидеть множество катушек и кварцевый резонатор. Снизу находится микросхемка и много мелких деталек. Три детальки с 4 выводами — высокочастотные полевые транзисторы с двумя затворами (также известные, как Полевые Тетроды). Если смотреть на тюнер в таком положении (антенный вход слева, ножки снизу), слева будет 1 ножка, справа — 11 ножка. 8 ножка никуда не подключена. Земля подключается к корпусу. Для формирования напряжения варикапов тюнеру требуется входное напряжение 33 В, получаемое от преобразователя (насколько я понял, на основе генератора Вачкара). Сборку и настройку приёмной части я начинал именно с преобразователя. У меня без нагрузки он выдавал 42 В. Напряжение с преобразователя подаётся на на 9 ножку тюнера (Vst). Напряжение настройки, подаваемое на варикапы (0..33 В) можно контролировать на 2 ножке (Vt). 10 и 11 ножки — симметричный выход промежуточной частоты (38 МГц). Промежуточная частота подаётся на ПАВ-фильтр. Напряжением на 3 ножке (AS) можно выбирать адрес тюнера на шине I2C. Если ножка подтянута к земле, адрес будет 11000000b. Ножка 1 (AGC) служит для автоматической регулировки усиления (но в нашем случае, лучше сделать регулировку ручной, так будет удобнее принимать слабые сигналы). На ножку подаётся напряжение от 0 В (минимальное усиление) до 5 В (максимальное). 4 ножка (SCL) и 5 ножка (SDA) — шина I2C для управления тюнером. Частота гетеродина в тюнере устанавливается выше принимаемой частоты. Это логично с точки зрения уменьшения диапазона перестройки ГУН-а (генератор, управляемый напряжением). Но при этом полоса ПЧ оказывается отражённой относительно исходной радиочастоты. Например, если установить частоту гетеродина 470.6 МГц, РЧ 433.3 МГц (ниже) преобразуется в ПЧ 470.6 — 433.3 = 37.3 МГц (выше), а РЧ 433.33 МГц (выше) преобразуется в ПЧ 470.6 — 433.33 = 37.27 (ниже). Нужно не забыть об этом, чтобы всё заработало 🙂 Вот так выглядит ПАВ-фильтр (фильтр на поверхностных акустических волнах aka SAW), который я использовал (куплен на eBay). Это фильтр K2960M на 38,9 МГц. Вот АЧХ подобного фильтра. Можно использовать и другие подобные фильтры (например, на 38 или 38,5 МГц), включающие в полосу пропускания промежуточную частоту приёмника 37,25..37,3 МГц. С ПАВ-фильтра промежуточная частота поступает на блок ПЧ и NFM, собранный на микросхемке MC3362 (микросхемка содержит два гетеродина, два смесителя и NFM демодулятор). Полоса пропускания телевизионного ПАВ-фильтра (5,5 или 6,5 МГц) слишком широка для приёмника, поэтому, для улучшения избирательности и устойчивости к помехам, после ПАВ-фильтра установлен дополнительный фильтр ПЧ — два контура на 37,3 МГц. Автор конструкции предлагает использовать готовые контуры на 38 МГц из телевизоров или изготовить их самостоятельно. Готовых контуров у меня не было, так что я выбрал второй вариант. Использовал вот такие каркасики. Это каркас от катушки КИП-205 на 770 нГн из магазина «Чип и Дип» (размер катушки в корпусе — 6,5×6,5×10,5мм). Катушки выбирал таким образом, чтобы исходная индуктивность была поближе к нужной. Думаю, можно использовать каркасы от старой аппаратуры (в крайнем случае, взять с плат от китайских приёмников — «мыльниц»). Катушки содержат по 4 виточка проволокой 0,15 мм (изначально я намотал 4,5 виточка, но в процессе настройки снял по половине витка). Конденсаторы в контурах — на 82 пФ. В готовых контурах они установлены в основании каркаса катушки, я их ставил на плате рядом с катушками. При желании, эти контура можно не ставить. В таком случае, 4 и 5 ножки ПАВ-фильтра, непосредственно подключаются к, соответственно, 1 и 24 ножкам MC3362. Хотя это несколько снизит устойчивость приёмника к помехам. Поскольку шаг настройки тюнера — 31.25, 62.5 или 50 кГц (в приёмнике используется шаг 50 кГц), для более точной настройки перестраивается частота второго гетеродина. Как я уже упомянул, после смесителя тюнера, полоса оказывается инвертированной, поэтому, чтобы принимать большую частоту, мы уменьшаем частоту второго гетеродина. Таким образом, для перестройки в пределах шага тюнера, частота второго гетеродина изменяется от 26,6 до 26,55 МГц (для получения второй ПЧ 10,7 МГц). К 21 и 22 ножке MC3362 подключен колебательный контур второго (в конструкции всего приёмника, но первого в микросхемке) гетеродина. Катушка намотана на таком же каркасе, что и катушки фильтров на 37,3 МГц (автор конструкции советует использовать каркас от готового контура на 38 МГц с удалённым конденсатором). Я использовал каркас от катушки КИП-205 с 10 виточками проволоки 0,15 мм. Катушку второго гетеродина есть смысл залить парафином или забить чем-нибудь мягким, так как иначе она создаёт микрофонный эффект (не критично, но немного раздражает). Второй гетеродин подстраивается с помощью синтезатора частоты, который подключен к ножке 20 MC3362 — буферизованному выходу гетеродина. Напряжение подстройки подаётся на ножку 23 (питание варикапа). С 19 ножки (выход второго смесителя) ПЧ2 подаётся через керамический фильтр на 10,7 МГц на 17 ножку (вход третьего смесителя). Я использовал вот такой фильтр. Маркировка фильтра — E10.7A Murata. Куплен в местном радиомагазине. Керамические фильтры отличаются по полосе пропускания (она указывается цветной точкой), однако в нашем случае она не имеет особенно большого значения, да и достать какой-то определённый фильтр не всегда возможно, так что какой есть, такой и ставим 🙂 Можно использовать фильтры из старых бытовых радиоприёмных устройств. С выхода фильтра второй ПЧ также снимается сигнал для демодулятора FM (используется дополнительный усилительный каскад на транзисторе BC847C). К 3 и 4 ножке подключены детальки третьего гетеродина на фиксированную частоту 10,245 МГц (т.н. «опорник»), который служит для преобразования второй ПЧ (10,7 МГц) в третью ПЧ (455 кГц). 10,7 МГц — 10,245 МГц = 0,455 МГц. На ножке 2 доступен буферизованный выход третьего гетеродина (ножки 2 и 3 взаимозаменяемы). Третья ПЧ с выхода третьего смесителя (ножка 5) через керамический фильтр на 455 кГц поступает на вход NFM-демодулятора (ножка 7). Также с выхода фильтра сигнал снимается для AM детектора. Я использовал фильтр CFU S 455 EY Murata (куплен на eBay): К 8 и 9 ножкам подключены конденсаторы, которые служат частью демодулятора NFM. Также к 12 ножке (согласно даташиту) должен подключаться «квадратурный контур», который тоже является частью NFM-демодулятора. В первой версии P-45 вместо контура используется керамический дискриминатор (во второй — контур или дискриминатор на выбор). Я, конечно, выбрал дискриминатор, чтобы не возиться с катушками и это оказалось ошибкой. Дело в том, что NFM детектор — вещь тонкая и дискриминаторы для них выпускаются специально для применения с определённой микросхемкой. Я использовал такой дискриминатор. Судя по всему, он не подошёл — NFM сигналы (кроме нескольких радиостанций) с ним принимаются очень тихо. Стоило выбрать контур — даташит на MC3362 предлагает использовать его (квадратурный контур можно взять с платы старого приёмника, причём она у меня была). Правда, я использовал не сильно подходящую антенну для диапазона 70 см. Проще говоря, поскольку NFM мне был не очень нужен, я отложил эту проблему :/ 13 ножка MC3362 — выход звуковой частоты с NFM-демодулятора. 10 ножка — выход RSSI (уровень принимаемого сигнала). Это токовый выход, так что к нему подключается датчик тока, с которого снимается напряжение для ADC. Подстроечный резистор определяет его чувствительность. Частоту второго гетеродина задаёт блок синтезатора частоты, собранный на микросхемке LC72131 (я его взял из второй версии P-45, в первой использовался синтезатор на LM7001). Опорная частота задаётся кварцевым резонатором на 7,2 МГц. Из такой частоты делением нацело получаются нужные опорные частоты (1 кГц, 3 кГц, 3.125 кГц, и т.д.). Можно использовать кварц на 4,5 МГц (выбирается программно). Кварц не очень распространённый, но найти можно в некоторых интернет-магазинах или в старой аппаратуре (например, в автомагнитолах). Я выписывал из магазина «Чип и Дип». Важно, чтобы конденсаторы в обвязке кварца были на нужную ёмкость, иначе приёмник будет настраиваться неточно. Она указывается в описании кварца, как «нагрузочная ёмкость». Для моего резонатора была указана нагрузочная ёмкость 32 пФ, так что применение конденсаторов на стандартный номинал 33 пФ обеспечивает достаточно высокую точность. На резисторах и конденсаторах в обвязке LC72131 собран активный фильтр для формирования напряжения настройки (используется транзистор, подключенный к ножкам 19 (AOUT) и 20 (AIN) микросхемки). Ножки 3..5 — управление микросхемкой, по последовательной шине CCB. У микросхемки LC72131 есть программно управляемые ножки (их можно использовать, например, для переключения диапазонов). Ножки BO1..BO4 — выходы с открытым коллектором, IO1 и IO2 — входы или выходы с открытым коллектором. В данном случае, BO2..BO3 используются в приёмнике для переключения диапазонов и отключения звука шумоподавителем. LC72131 бывает в корпусе DIP с мелким шагом (DIP22S) и в корпусе SOIC. В разных корпусах микросхемка имеет разное число ножек: в DIP — 22 ножки (ножки 2 и 14 — «NC»), в SOIC — 20 ножек. Я выбрал микросхемку в DIP22S — под такой микросхемкой получилось поставить 5 конденсаторов и резистор (в отличие от дурацкого планарного корпуса, который занимает ценное место на стороне дорожек, зато впустую оставляет бесхозный кусочек на стороне деталек). Тут была небольшая ошибка в разводке (перемычка сверху), в финальной версии платки она исправлена. С блока промежуточной частоты ПЧ2 (10,7 МГц) и ПЧ3 (455 кГц) поступают в блок демодуляторов AM/FM и усилителя. Блок собран на микросхемке CXA1691 (AM/FM radio), из которой используются только, собственно, демодуляторы и усилитель. Ножки неиспользуемых блоков оставлены болтаться. Остальная обвязка микросхемки — типовая. К 3 ножке подключен керамический дискриминатор на 10,7 МГц, являющийся частью демодулятора FM. Я использовал дискриминатор с маркировкой D10,7M из местного магазина радиодеталек. 16 ножка CXA1691 (Band) — выбор диапазона. Чтобы выбрать AM, ножка притягивается к земле. В оригинальной схеме P-45 ножка подтянута к питанию 5 В, что, по-моему, неверно — во, первых, ножка уже подтянута внутри микросхемки, во-вторых, микросхемка питается от встроенного стабилизатора на 1,25 В, соответственно, уровень «единички» на ножках Band и Mute такой же. В данном случае, весьма кстати, что у LC72131 выходы с открытым коллектором. Ножка Band подключается к BO4. CXA1691 имеет цифровой регулятор громкости, управляемый напряжением на ножке 5. При управляющем напряжении 0 В, громкость максимальная, при 1.25 В — минимальная. Микросхемка CXA1691 (подходят CXA1691A, CXA1691B, CXA1191), также, как и LC72131 бывает в корпусе DIP с мелким шагом (буква S) и в SOIC (буква M). В корпусе DIP с мелким шагом — 30 ножек, SOIC — 28 ножек. В корпусе с 30 ножками на одну землю и NC-ножку больше. Я использовал микросхемку в DIP с мелким шагом по тем же соображениям, что и LC72131. Согласно даташиту на CXA1691, NC-ножки подключаются к земле. Но, согласно мультиметру, NC ножки действительно не подключены внутри микросхемки. Для коммутации звуковой частоты (подключения ко входу усилителя либо выхода демодулятора NFM микросхемки MC3362, либо выхода демодуляторов CXA1691, а также отключения звука) используется половинка аналогового коммутатора 4052. Причём подключены только входы 0 и 1, входы 2 и 3 не подключены. Таким образом младший бит адреса выбирает демодулятор, а старший — выключает звук. Адресные входы также подключены к программно-управляемым выходам LC72131: младший — к BO3, старший — к BO2. Поскольку HEF4052BT — КМОП-микросхемка, адресные входы подтянуты к питанию через резисторы на 10 кОм. Приёмник питается от источника с напряжением 7..9 В. Основное напряжение питания 5 В поступает со стабилизатора 7805. Блоки ПЧ, синтезатора частоты и управления имеют отдельные подшинки питания, соединённые с основным питанием через ферритовые бусинки и заземлённые через конденсаторы на 0,1 мкФ и 47 мкФ. Вместо бусинок можно использовать дроссели на 47-100 мкГн. Полная схемка приёмной части. Блок управления я сделал свой. Он собран на межке 8 (в TQFP корпусе). Межка тактируется от внутреннего RC генератора, настроенного на 8 МГц. Тюнер подключен к ножкам I2C (используются программные процедуры для отправки данных по I2C), LC72131 — к шине SPI. Также блок управления с помощью шимов формирует напряжения для регулировки громкости и усиления тюнера (как во второй версии P-45). Сборка приёмничка — хороший повод потратить нормальный экранчик (не унылый LCD с болотной подсветкой). Хотелось поставить «Sumsung VFD» (экранчик наподобие такого), но он оказался большеват для выбранного корпуса. Покопавшись в коробочках, нашёл Winstar OLED зелёного свечения (на маленькой платке с буквой C) — он подошёл в самый раз. Шина данных экранчика подключена к сдвиговому регистру. Сдвиговый регистр, в свою очередь, подключен к шине SPI межки. Чтение не используется (однако OLED экранчик все команды (кроме очистки экрана) выполняет мгновенно, так что чтение BUSY-флажка не требуется). Также на блоке управления стоит клавиатурка из 4 кнопочек (меню/ок, назад, модуляция, сканировать) и энкодер с нажатием на ручку. К сожалению, полноценная клавиатура не влезла (также, как и нормальная ручка для энкодера)… Органы управления установлены на маленькой платке. Блок управления я собрал в первую очередь — чтобы настраивать основную платку с использованием готового блока управления. Вытравил основную платку, собрал и проверил преобразователь на 33 В для тюнера. При такой установке дросселей, нужно аккуратно формовать ножки — если сильно согнуть ножку возле самого дросселя, проволочка может оборваться. Затем поставил MC3362 и LC72131 — проверил работу синтезатора. На этом этапе нужно настроить второй гетеродин так, чтобы напряжение настройки установилось на уровне 1,5-2 В (подробнее). Мне хватило покрутить катушку, подбирать конденсатор не пришлось. Пришло время припаять все остальные детальки и совершить первый запуск. У меня это выглядело так. Воткнул в качестве антенны кусочек провода и попробовал поймать вещательную станцию. Это удалось сразу. Осталось покрутить катушечки и добиться максимального показания S-метра (в качестве S-метра я использовал осциллограф — окончательная прошивка ещё не была готова). Индуктивность катушечек оказалась большевата (приходилось вкручивать ферритовые сердечники до упора), так что я смотал с катушек по полвитка проволоки (получилось по 4 виточка), так уровень сигнала был максимальным где-то в середине хода стерженьков. В корпусе: В качестве антенны я пока использую кусочек провода длиной 70 см, подвешанный вертикально над окошком. С приёмником «антенна» соединена кусочком коаксиального кабеля с телевизионным разъёмом. Вообще, казалось бы, прелесть приёмника на основе телевизионного тюнера — вомзожность тупо воткнуть в приёмник телевизионную антенну. Но из коллективной антенны чаще больше помех лезет, чем сигнала. Даже кусочек провода оказывается эффективней. Качество приёма сильно зависит от условий. Рано утром, когда эфир почище и на стройках не варят — приём бывает очень хороший (идеальный). Видео размытое и непонятное, но оценить работу приёмничка можно (условия приёма не самые лучшие, но и не сильно плохие). Немного о моей прошивке. Базовый шаг настройки (он же шаг настройки синтезатора) выбирается в меню (1 кГц, 3.125 кГц, 5 кГц, 6.25 кГц, 12.5 кГц, 25 кГц), нажатием на ручку выбирается множитель (x1, x10, x100, x1000). Вращение ручки — настройка. S-метр сделал логарифмическим. Шумоподавитель — пороговый, можно вручную устанавливать задержку. Прошивка умеет сохранять 56 каналов (сохраняется частота, базовый шаг, модуляция, усиление (вход AGC тюнера), уровень шумоподавителя). Для сканирования можно задавать скорость и диапазон частоты (чего мне не хватало в PX-2R). Регулировка громкости — в меню, либо вращением нажатой ручки энкодера. Выбор частотного, либо канального режима — пункт в меню. В канальном режиме кнопка «назад» — возврат в частотный режим. Каналы можно сохранять в частотном режиме. Для сканирования по каналам можно выбирать диапазон каналов (таким образом можно иммитировать банки). Заключение. P-45 мне понравился. Поскольку хотелось повысить шансы получить рабочий девайсик, я не стал делать значительных отступлений от оригинальной схемки. Тем не менее, было много всяких идей, так, что, пожалуй, будет ещё одна попытка. По крайней мере, нужно таки поставить няшный VFD и полноценную клавиатуру. Также есть смысл попробовать использовать блочно модульную конструкцию, чтобы легче было ставить над приёмником разные опыты. Почему вместо этого не использовать SDR с использованием USB тюнера? Можно, но я не люблю SDR. Настоящая аналоговая схема не полезет в интернет качать обновления, не будет рисовать мерзкие окошки с закруглёнными уголками и выдавать «List index out of bounds (-1)» при выключении. Поведение простого устройства понятно и предсказуемо. Зы. Почему-то пачка даташитов не прилепляется, положил её сюда.Используемые источники:

• http://www.s-led.ru/489-shema-integralnogo-am-chm-priemnika-na-ims-cxa1691.html
• http://we.easyelectronics.ru/lifelover/sobral-priemnichek.html