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。接收器威廉希尔官方网站 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 -整形威廉希尔官方网站 ）。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 度相移威廉希尔官方网站 、（CW/SSB）滤波器威廉希尔官方网站 和音频放大器威廉希尔官方网站 （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键整形威廉希尔官方网站 ）

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 威廉希尔官方网站 被改变并用作音频输入威廉希尔官方网站 。一个驻极体麦克风（带有 PTT 开关）被添加到连接 DVM 威廉希尔官方网站 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威廉希尔官方网站 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。按键整形威廉希尔官方网站 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。可以不使用键整形威廉希尔官方网站 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 和键整形威廉希尔官方网站 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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