USDX贴片堆栈开源

PCB图如下：

描述

USDX 贴片堆栈

uSDX 是一个开源的、基于 arduino 的 SDR 全模式 HF QRP 收发器。此版本的 pcb 适用于紧凑型收发器。现在大多数组件都是贴片的。因此，PCB 组装大部分可以自动化。t 可以在 LSB/USB 模式下通过 80m-10m 频段进行完全连续调谐，带宽为 2400Hz，最高可达 5W PEP SSB输出并具有基于软件的完整 Break-In VOX，可在语音和数字操作中实现快速 RX/TX 切换。

经过双运算放大器放大和限带后的信号直接馈送到 ATmega328P 微控制器模数转换器多路复用器的输入，该多路复用器用于此处的 Arduino Nano 模块。信号的进一步处理只发生在数字域中，考虑到 8 位微控制器的有限能力，这是一个相当大的成就。ATmega28P 以 62kHz 的采样率对 ADC 输入进行采样，并将这个高采样率抽取到较低的采样率，通过希尔伯特变换执行相移，将结果求和以获得边带抑制；它随后应用了低通滤波、AGC 和降噪功能。使用 10 位 ADC 和 4 倍过采样率，在 2.4kHz SSB 带宽中可以获得 72dB 的理论动态范围。LSB/USB 模式切换是通过改变 SI5351 PLL 的 CLK0/CLK1 信号上的 90 度相移来完成的。三个嵌入式衰减器可用于优化使用动态范围；第一个衰减器是负责 20dB 衰减的 RX FET 开关 Q2，第二个衰减器是由 ATMEGA ADC 模拟参考 (AREF) 逻辑选择的 ADC 范围（1.1V 或 5V），负责 13dB 衰减，第三个衰减器是拉- 关闭 ATMEGA 上的模拟输入，带有一个负责 53dB 衰减的 GPIO 端口。组合三个衰减器可提供 0dB、-13dB、-20dB、-33dB、-53dB、-60dB、-73dB 的衰减步长。接收器电路没有模拟耳机放大器——使用带有 PWM 脉宽调制的数字输出。音频信号足够强，

SSB 发送级完全嵌入在软件中。该 SDR 的核心是 ATMEGA328p，它对输入音频进行采样并重建 SSB 信号，以操纵 SI5351 PLL 相位（超过 800kbit/s I2C）和 PA 功率（通过按键上的 PWM -整形电路）。PWM 驱动的 E 类设计使收发器保持简单和节能。ATMEGA328P 现在正在实现 90 度相移电路、（CW/SSB）滤波器电路和音频放大器电路（现在是 D 类放大器）。 

功能列表：

EER E 类驱动 SSB 发射级

13.8V 电源提供约 5W PEP SSB 输出

全模式支持：USB、LSB、CW、AM、FM

DSP 滤波器：4000、2500、1700、500、200、100、50 Hz 通带

DSP 功能：自动增益控制 (AGC)、降噪 (NR)、语音触发 Xmit (VOX)、RX 衰减器 (ATT)、TX 噪声门、TX 驱动控制、音量控制、dBm/S-meter。

SSB对边带/载波抑制发射：优于-45dBc，IMD3（双音）-33dBc，接收：优于-50dBc

多频段支持，通过 160m-10m 频段连续可调（从 20kHz..99MHz 开始，性能会有所下降）

开源固件，使用 Arduino IDE 构建；允许实验，可以添加新功能，可以通过 Github 共享贡献，软件复杂性：2000 行代码

基于软件的 VOX，可用作快速全插入（QSK 和半 QSK 操作）或协助 RX/TX 切换以操作数字模式（无需 CAT 或 PTT 接口），外部 PTT 输出/PA 控制与 TX -延迟

轻巧低成本的收发器设计：由于 EER 发射器 E 级，它具有很高的功率效率（不需要笨重的散热器），并且设计简单（不需要复杂的平衡线性功率放大器）

全数字和基于软件的 SSB 发射级：采样麦克风输入并通过控制 SI5351 PLL 的相位（通过 800kbits/s I2C 的微小频率变化）和 PA 的幅度（通过 PWM PA键整形电路）

全数字和基于软件的 SDR 接收器级（可选）：对来自正交采样检测器数字混频器的 I/Q（复数）信号进行采样，并在软件中以数学方式执行 90 度相移（希尔伯特变换）并消除一个通过添加它们来边带

三个独立的可切换模拟前端接收器衰减器（0dB、-13dB、-20dB、-33dB、-53dB、-60dB、-73dB）

接收器本底噪声 MDS：–135 dBm，28MHz（200Hz 带宽）

接收器前端选择性：从调谐频率陡峭 -45dB/十年滚降 +/-2kHz

阻塞动态范围：20kHz偏移123dB，2kHz偏移78dB

CW 解码器，Straight/Iambic-A/B 键控器

手术：

目前，以下功能已分配给快捷键（L=left，E=encoder，R=right）和菜单项：

操作说明：

可以通过转动旋转编码器进行调谐。它的步长可以通过短按或长按来减小或增加。可以通过双击来更换乐队。短按右键更改操作模式；双击右键缩小接收器滤波器带宽，每次更改模式时都会重置带宽。按下时转动旋转编码器可以改变音量。

有一个可用的菜单，可以通过短按左键访问。使用编码器可以浏览此菜单。当您想更改菜单参数时，按下左键可让您使用编码器更改参数。使用右键可以随时退出菜单。旋转编码器的同时按下左键可以快速访问菜单和参数，抬起左键可以立即通过旋转编码器更改参数。

对于接收，默认情况下启用 AGC。这会在信号较弱时增加音量，而在信号强时会降低音量。这对 SSB 信号有好处，但对 CW 操作可能会很烦人。AGC 可以在菜单中关闭，这可以减少接收器的噪音，但需要更多的手动音量更改。为了进一步降低噪音，可以在菜单中使用 NR 参数启用降噪功能。要优化使用可用的动态范围，您可以通过启用带有“ATT”参数的前端衰减器来衰减传入信号。特别是在 3.5-7 MHz 的频率上，大气噪声水平要高得多，因此您可以通过增加衰减（例如 13dB）来提高接收器性能，以使本底噪声仍然可以听到。要校准收发器频率，您可以调谐到校准的信号源（例如 WWV on 10 MHz）并通过更改“Ref freq”参数对信号进行零拍；或者，您可以使用计数器测量 XTal 频率并设置参数。可以使用 S-meter 参数选择 S-meter 选择（dBm、S、S-bar）。选择一个 S 条，显示一个信号强度条，其中每个刻度代表一个 S 点 (6dB)。

对于 SSB 语音操作，将麦克风连接到桨式插孔，PTT 或板载“按键”按下将使收发器进入发射状态。使用“TX Drive”参数，可以设置调制深度或 PA 驱动，默认设置为 4，增加它会提供更多的冲击力（SSB 的压缩）。在 SSB 中将其设置为值 8 意味着 SSB 调制以恒定幅度传输（可能会降低 RFI，但会以音频质量为代价）。要监听您自己的调制，您可以暂时增加 MOX 参数。将菜单项“VOX”设置为 ON，进入对讲机 Voice-On-Xmit 操作（一旦检测到音频就进入 TX 模式），可以在菜单中使用“VOX threshold”参数配置 VOX 灵敏度。

对于 FT8（和任何其他数字）操作，通过双击旋转编码器选择预编程的 FT8 频段之一，将耳机插孔连接到声卡麦克风插孔，将声卡扬声器插孔连接到麦克风插孔，然后长按右键进入 VOX 模式。将音量调到最低并启动您最喜欢的 FT8 应用程序（例如 JTDX）。VOX 的灵敏度可以在“VOX 阈值”参数中设置。

启动时，收发器正在执行自检。它正在检查电源和偏置电压、I2C 通信和算法性能。万一出现偏差，启动时显示屏会报错。它还根据制作的模组发现收发器的功能。检测到以下功能并在显示屏上显示：“QCX”表示没有模组的 QCX；“QCX-SSB”用于带 SSB 模块的 QCX；“QCX-DSP”用于 QCX 与 SIDETONE 断开连接并连接到扬声器（通过去耦电容器）；“QCX-SDR”用于带有 SDR 模块的 QCX。请检查此功能是否与模组匹配。

技术说明：

在 QCX-SSB、SDR 收发器的框图下方：

对于 SSB 接收，QCX 模拟相位接收级被数字 SDR 级取代；这意味着移相运算放大器 IC6 变成了普通放大器，从而将单独的 I 和 Q 输出直接馈入 ATMEGA328P ADC 输入以进行信号处理。ATMEGA328P（过）以 62kHz 的采样率对 ADC 输入进行采样，然后将此高采样率抽取到较低的采样率，通过希尔伯特变换执行相移，将结果求和以获得边带抑制; 它随后应用了低通滤波、AGC 和降噪功能。由于没有使用原有的QCX移相网络和模拟CW滤波器，可以省去大约一半的原有QCX元件；通过将 IC7B 的功能组合到 IC6A 中，可以节省另一个运算放大器。ADC 输入经过低通滤波（-40dB/decade 滚降，在 1.5kHz 截止频率处滚降）以防止混叠，输入偏置为 1.1V 模拟参考电压以获得额外的灵敏度和动态范围。使用 10 位 ADC 和 4 倍过采样率，在 2.4kHz SSB 带宽中可以获得 72dB 的理论动态范围。LSB/USB 模式切换是通过改变 SI5351 PLL 的 CLK0/CLK1 信号上的 90 度相移来完成的。三个嵌入式衰减器可用于优化使用动态范围；第一个衰减器是负责 20dB 衰减的 RX MOSFET 开关 Q5，第二个衰减器是由 ATMEGA ADC 模拟参考 (AREF) 逻辑选择的 ADC 范围（1.1V 或 5V），负责 13dB 衰减，第三个衰减器是 ATMEGA 上模拟输入的下拉，带有一个负责 53dB 衰减的 GPIO 端口。组合三个衰减器可提供 0dB、-13dB、-20dB、-33dB、-53dB、-60dB、-73dB 的衰减步长。

对于 SSB 传输，QCX DVM 电路被改变并用作音频输入电路。一个驻极体麦克风（带有 PTT 开关）被添加到连接 DVM 电路的 Paddle 插孔，由此 DOT 输入充当 PTT，而 DASH 输入充当音频输入。驻极体麦克风通过 10K 电阻偏置 5V。一个 10nF 隔直电容可防止射频泄漏到电路中。音频通过一个 220nF 去耦电容馈入 ATMEGA328P 微处理器的 ADC2 输入。ADC2 输入通过 10K 分压器网络偏置为 0.55V 至 1.1V 模拟参考电压，具有 10 位 ADC 分辨率，这意味着麦克风输入灵敏度约为 1mV (1.1V/1024)，这足以处理未经放大的讲话。

一个新的 QCX-SSB 固件上传到 ATMEGA328P，并以完全基于软件的方式促进数字 SSB 生成技术。DSP 算法以 4x4800 个样本/秒的速率对 ADC2 音频输入进行采样，执行希尔伯特变换并确定复信号的相位和幅度；相位变化受到限制注 2 并转换为正（对于 USB）或负（对于 LSB）相位变化，进而转换为临时频率变化，通过 800kbit/s I2C 每秒向 SI5351 PLL 发送 4800 次。这会导致 SSB 载波信号发生相位变化，并提供带宽为 2400 Hz 的 SSB 信号，从而衰减相反边带分量中的杂散信号。

复信号的幅度控制 PA 的电源电压，从而控制 SSB 信号的包络。按键整形电路采用 32kHz PWM 信号控制，可分 256 步控制 PA 电压从 0 到 12V 左右，在 SSB 信号中提供 (log2(256) * 6 =) 48dB 的动态范围。移除 C31 以确保 Q6 作为数字开关运行，这提高了效率、热稳定性、线性度、动态范围和响应时间。尽管幅度信息不是使 SSB 信号可理解的必要条件，但添加幅度信息可以提高质量。复振幅也用于 VOX 模式，以确定何时应该进行 RX 和 TX 转换。可以不使用键整形电路进行 evelope 控制，而是使用（滤波后的）PWM 信号直接偏置 PA MOSFET。

IMD 性能取决于系统的质量：幅度和相位响应的线性度（准确度）以及这些量的精度（动态范围）。尤其是 DSP 位宽、DSP 算法中使用的精度、提供 PA 的 PWM 和键整形电路以及 PA 相位响应都至关重要。减少（或去除）C32 可改善 IMD 特性，但代价是载波周围的 PWM 产品增加。

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