Hardware CANFI

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 :

TCXO_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.

R820T_mods

Voici les caractéristiques du préampli après réalisation (S11 à l’entrée du préampli avec une charge en sortie à la place du dongle) :LNA S11(sur charge en sortie) + S21Le 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.

_IGP0008 _IGP0003
_IGP0004 _IGP0005

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

Hardware_CANFI_V1_Eagle
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Légende:
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Taille: 101 KB

Nomenclature

Parts Value Qty Package Manufacturer Description FARNELL RS MOUSER
R1 16.5k 1 0603     2059425   754-RR0816P-1652D22C
R2 56k 1 0603     2447399    
R3 12k 1 0603     9238611    
R4 100k 1 0603     2447226    
R5 4.7k 1 0603     2447385    
R6 84.5 1 0603     2303053    
R7 1.8k 1 0603     2447283    
R8, R9 0.05 2 2512     1100065   756-LRMAM2512R05FT4
R10 49.9k 1 0603     2447380    
R11 71.5 1 0603     1170672   667-ERJ-3EKF71R5V
R12, R13 97.6 2 0603     2326678   667-ERJ-3EKF97R6V
R15 6.8k 1 0603     2447427    
R16 470 1 0603     2447374    
C1, C4, C8, C13, C23, C24, C25, C30, C33, C35, C37, C42, C44, C46, C53, C55, C56, C58 10nF 18 0603     1759102   77-VJ0603Y103KXACBC
C2, C21, C39 100nF 3 0603     432210    
C3, C5, C26 22uF 3 0805   10V CAPACITOR 2346921    
C6, C15, C16, C17, C19, C20, C27, C28, C29, C40, C41, C43, C45, C47, C54, C57 47uF 16 1210   16V CAPACITOR 1828819   81-GRM32ER61C476KE5L
C7 330uF 1 E5-13   100V POLARIZED CAPACITOR 1907145    
C9 680uF 1 E5-10.5   35V POLARIZED CAPACITOR 1800669    
C12, C14 2200uF 2 E5-10.5   16V POLARIZED CAPACITOR 2346569    
C22, C34, C36 100pF 3 0603     1759066    
C31, C32, C38 1uF 3 0603     1907343    
C48 12pF 1 0603     1759054    
C49 15pF 1 0603     1759055    
C50 220pF 1 0603     1759070    
C51 270pF 1 0603     1759072    
C52 120pF 1 0603     2496885    
F2, F3, F4, F5 NFE61PT102E1H9L 4   MURATA EMI Filter 9528202   81-NFE61PT102E1H9L
L1 744232090 1 1206 WURTH   1636474 500-3032  
L2, L3 820nH 2 0805 COILCRAFT 0805CS-821XJLB 2286433   994-0805CS-821XJLB
L4 MMZ1608B301C 1 0603 TDK EMI Suppression Ferrite Beads 1669686    
L5 270nH 1 1210 COILCRAFT 1008CS-271XGLC 2286664   994-1008CS-271XGLB
L6 470nH 1 1210 COILCRAFT 1008CS-471XJLB 2286707   994-1008CS-471XJLB
L7 680nH 1 1210 COILCRAFT 1008CS-681XGLB 2286670   994-1008CS-681XGLB
IC1, IC6 MGA-30889-BLKG 2 SOT89 AVAGO   1865178   630-MGA-30889-BLKG
IC2 TL783CKCSE 1 TO-220 TEXAS   1703396    
IC3, IC4, IC5, IC7 LT3042MSE 4 MSOP10 LINEAR Ultra low noise positive regulator 2475652    
T1 ZVP4424G 1 SOT-223 DIODES INC. Transistor P-Channel 9526757    
T2 2N2222 1 TO92   NPN Transistror 1611371    
B1 MB6S 1     Bridge Rectifier 1861519    
B2 DBS102G 1     Bridge Rectifier 1A 1861404   583-DB103S-T
TR1 44229 1 EI42-1 MYRRA Transformer 6V 5VA 1689079 732-0540  
TR2 44166 1 EI30-2 MYRRA Transformer 2x15v 2.8VA 1214590 173-9816  
QG1   1 XO-14   TCXO 28,8MHz 0,5ppm (EBAY)      
J1 FN9226-1-02 1   SCHAFFNER IEC Filter 1A 2449537   631-FN9226-1-02
J2   1   FCI USB Connector type B 1097897    
J3 5747844-5 1   TE / AMP SUB-D 9 1653995    
J4 B6252HA-NPP3G-50 1   AMPHENOL BNC angle droit 1076293    
J5 73251-2200 1     FEMALE SMA CONNECTOR 2293854 800-6936  
SH1 403.16 1   OKW     237-2751  
SH2 MS355-10 1         826-6807  
SH3   1   HAMMOND   4272900   546-1455N1201

Schéma

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Routage

Hardware_CANFI_V1_implant_BOTTOM
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Hardware_CANFI_V1_implant_TOP
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Hardware_CANFI_V1_PCB_BOTTOM
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Hardware_CANFI_V1_PCB_TOP
Titre: Hardware_CANFI_V1_PCB_TOP (404 clics)
Légende:
Nom du fichier: hardware_canfi_v1_pcb_top.pdf
Taille: 119 KB