SDRZero, um R�dio Definido por Software

O circuito do SDRZero comp�e-se de m�dulos em princ�pio nada diferentes aos utilizados em receptores tradicionais. Podemos ter uma primeira id�ia de como ele funciona a partir de um receptor igualmente simples, o receptor de convers�o direta.

O receptor de convers�o direta tem esse nome porque a frequ�ncia do sinal de entrada � convertida em frequ�ncia de �udio diretamente, sem passos intermedi�rios, como acontece por exemplo no super-heterodino, quando � feita convers�o para uma frequ�ncia intermedi�ria, para depois uma nova convers�o trazer o sinal desejado para a faixa de frequ�ncia adequada ao ouvido humano, caso de telegrafia, ou para restituir � frequ�ncia original, como a voz humana em SSB, para citar dois exemplos comuns.

No diagrama de blocos, o sinal que � captado pela antena � convertido no misturador e entregue ao amplificador de �udio, sendo a sa�da ligada a fones ou alto-falante.

O est�gio misturador realiza uma opera��o matem�tica simples entre os sinais da antena e o sinal do oscilador local: o misturador os soma e tamb�m os subtrai e depois apresenta os resultados na sa�da.

Para dar um exemplo, vamos supor que existe um sinal da antena na banda de 40m, em 7.049,0 kHz. Nosso oscilador local � fixo em 7.050,0 kHz. O misturador ir� somar e subtrair o sinal de entrada com o sinal do oscilador:

7.050,0 + 7.049,0 = 14.099,0 kHz (14,099 MHz, banda de 20 m)
7.050,0 ? 7.049,0 = 1,0 kHz (1.000 Hz, tom de �udio)

O resultado soma estar� na banda de 20m e n�o interessa ao receptor por isso ser� desperdi�ado, usualmente atrav�s de um capacitor que curto-circuitar� esse resultado ao terra.

O resultado subtra��o � um tom de 1 kHz, adequado para um uma recep��o p. ex. em telegrafia.

Um problema com esse modelo de receptor � que um sinal da antena em 7.051,0 kHz tamb�m d� como resultado um tom de 1 kHz!

A recep��o de AM e SSB se dar� corretamente para sinais de 7.050, desse modo o resultado ser� a opera��o entre o sinal do oscilador e as bandas laterais do sinal de antena, que cont�m a modula��o desejada.

Esta � uma vis�o simplificada do misturador. O est�gio misturador (ou ?conversor?) � um multiplicador. Ele realiza as opera��es soma e subtra��o descritas n�o s� para o sinal de entrada e do oscilador local, mas tamb�m para todos os harm�nicos de ambos. Harm�nicos s�o m�ltiplos inteiros.

Para facilitar, podemos resumir todas essas possibilidades numa �nica express�o:

Fsa�da = m * Fent � n * Fosc

Fsa�da � o resultado na sa�da,

Fent � o sinal na entrada do misturador,

Fosc � o sinal do oscilador local.

O misturador � um est�gio multiplicador e produz uma quantidade infinita de produtos para somente um sinal na entrada e outro do oscilador local.

Notemos que esse receptor b�sico n�o disp�e de filtros, todos os sinais da antena s�o apresentados ao misturador, a consequ�ncia ser� a exist�ncia de muitos produtos indesejados, comumente chamados esp�rios, que s�o harm�nicos do sinal de entrada com harm�nicos de oscilador local resultando em produtos na mesma frequ�ncia do sinal desejado.

Conhecendo um receptor a convers�o direta torna f�cil entender o funcionamento do SDRZero. Afinal ele � um equipamento realmente simples, a tarefa �rdua fica por conta do computador, pelo processamento no hardware (a parte material, f�sica do PC), segundo � determinado pelo software (o conjunto de instru��es que determina o que o processador faz).

O SDRZero � composto por dois receptores id�nticos, com uma �nica diferen�a: o oscilador local sendo o mesmo, a um dos receptores � fornecido com um atraso de 90�.

Na sa�da teremos 2 canais de �udio em quadratura (iguais por�m a 90� de diferen�a em fase um do outro), que permitir�o a demodula��o dos sinais da entrada.

A demodula��o poder� ser feita em hardware, pelo m�todo conhecido por ?rota��o de fase?, com dois canais de �udio em quadratura cuja soma ou subtra��o permitir�o escolher a banda lateral. A largura de banda ficar� a cargo de filtro anal�gicos em �udio.

No receptor definido por software a demodula��o � feita pelo processador do computador.

Na figura seguinte encontramos o diagrama em blocos completo do SDRZero.

O SDRZero n�o utiliza misturador convencional e sim um Detetor por Amostragem, descrito adiante.

Os sinais da antena s�o inicialmente tratados pelo filtro de entrada. A miss�o do filtro � restringir a quantidade de sinais presentes na entrada do receptor, para evitar esp�rios que s�o gerados quando sinais de amplitude elevada fazem com que algum est�gio saia da faixa de opera��o linear. O filtro � sem ajuste e por isso ele � suficientemente largo para poder funcionar direito contando com a toler�ncia dos componentes.

A largura da faixa passante a -3 dB desse filtro vai de 5,2 a 8,9 MHz. Informa��es mais extensas sobre o filtro de entrada do SDRZero podem ser encontradas na seguinte p�gina:

http://py2wm.qsl.br/SDR/40m_filter.html

O amplificador de RF tem v�rios objetivos a cumprir sendo que amplificar o n�vel dos sinais de antena � o menos importante! Os objetivos s�o:

1. Garantir que o filtro de entrada seja carregado por uma imped�ncia correta de 50 ohms n�o-reativos. Se a imped�ncia de carga imposta ao filtro for diferente ent�o ele n�o funcionar� como projetado.
   
   
2. Garantir ao est�gio seguinte igualmente uma imped�ncia fixa e resistiva, n�o dependente de frequ�ncia ou outra vari�vel. O amplificador realiza esse objetivo perfeitamente at� 100 MHz. N�o se pretende que o receptor v� al�m de 30 ou 60 MHz.
   
   
3. Estabelecer o fator de m�rito do receptor quanto a ru�do, fixando o MDS e definindo a sensibilidade para sinais fracos. Existe uma sensibilidade adequada que permite que o sinal mais fraco seja copiado, limitado pelo ru�do da pr�pria banda e n�o do receptor; Excesso de sensibilidade diminui a toler�ncia a sinais fortes sem aumentar a sensibilidade.
   
   
4. Atenuar o sinal do oscilador local que atinge a antena passando pelo amplificador no sentido contr�rio, causando ronco e microfonia, problemas t�picos da gera��o anterior de receptores a convers�o direta. Detalhes a respeito se encontra no livro ?Experimental Methods in RF Design? de Hayward, Campbell e Larkin, ARRL.
   
   

O amplificador de RF foi projetado seguindo a topologia usual empregadas em MMICs. Ver mais explica��es e detalhes em:

http://py2wm.qsl.br/MMIC/mmic.html

O QSD (detetor por amostragem em quadratura) do SDRZero consiste em duas chaves, S1 e S0 do circuito integrado FST3253, comandadas pelo Oscilador Local. A cada quarto de ciclo (dito de outro modo, a cada 90�) as chaves mudam simultaneamente, segundo a figura. A cada 90� portanto, alternadamente, cada canal de �udio � ligado pelas chaves � entrada (o transformador de RF), e os capacitores s�o carregados ficando com uma amostra do sinal, refeita a cada ciclo do oscilador local.

Vantagens desse circuito s�o a baixa perda, citada em refer�ncias como sendo menor que 1 dB, e o fato de n�o ser um multiplicador, com os muitos esp�rios naquele caso resultantes. Al�m disso, o QSD do SDRZero � completamente equilibrado, ao contr�rio de modelos muito semelhantes como o empregado no Flex Radio SDR-1000; Como o tempo de abertura e de fechamento das chaves n�o � igual, a topologia empregada, que coloca as chaves em s�rie, impede que circule corrente por somente uma chave. No SDR-1000 � utilizado um transformador de RF tipo Ruthroff, com center-tap aterrado para RF.

O transformador de RF, que eleva a imped�ncia de 50 para 200 ohms, tamb�m transforma a entrada aperi�dica em equilibrada, sendo portanto um Balun. A medi��o do modelo empregado no SDRZero indicou larga faixa de passagem, tendo sido medido perda de 1,7 dB @ 500 kHz e 1,2 dB @ 500 MHz, e dentro dessa faixa a perda � desprez�vel.