Как-то раз я прочитал на hackaday.com небольшую заметку об IceRadio . Это проект господина Eric Brombaugh , представляющий собой SDR на базе микроконтроллера STM32 , FPGA производства Lattice серии Ultra или Ultra Plus, АЦП AD9203 или более дорогого ADC14C105, ЦАП CS4344 с интерфейсом I2S , а также тюнера R820T2, используемого в донглах RTL-SDR. Помимо прочего, проект интересен своей модульностью. Он состоит из четырех независимых плат, каждую из которых можно использовать повторно в других проектах. Особенно меня заинтересовал модуль на базе тюнера R820T2 , о котором и пойдет речь в этом посте.

Примечание: Если вдруг вы пропустили вводную статью по Software Defined Radio, вот она — Начало работы с LimeSDR, Gqrx и GNU Radio .

Некоторые компоненты, используемых в модуле, не так-то просто достать. Тюнер R820T2 и генератор на 28.8 МГц проще всего выпаять из RTL-SDR v3 . Устройство продается на eBay. Трансформаторы MABAES0060 ( даташит [PDF] ) были найдены на AliExpress. Прочие же компоненты доступны повсеместно. Плату для модуля я заказал на OSH Park . В итоге получилось следующее:

Спаять модуль оказалось достаточно просто. Процесс этот особо ничем не примечателен. Главное иметь хороший флюс, паяльную пасту, паяльную станцию с феном, лупу с хорошим увеличением, мультиметр, прямые руки и немного терпения.

Модуль питается от 5 В (на плате есть стабилизатор на 3.3 В), общение с ним происходит по протоколу I2C . Для проверки модуля сначала я взял осциллограф и проверил, что от генератора идет сигнал с частотой 28.8 МГц. Затем я использовал HydraBus чтобы убедиться, что модуль отвечает по I2C:

Напомню, что 0 x 34 — это 7 бит адреса устройства и ноль в младшем бите, означающий запись. По аналогии 0 x 35 соответствует чтению с устройства. Согласно даташитам ( основной даташит [PDF] , описание регистров [PDF] ), устройство имеет 32 регистра, каждый размером один байт. При этом в регистре с адресом 0 x 00 всегда хранится значение 0 x 96.

У устройства есть небольшая странность. При записи используется обычный порядок бит msb-first, однако при чтении данные возвращаются в lsb-first. Поэтому в HydraBus мы увидели 0 x 69 (01101001) вместо 0 x 96 (10010110). Есть и другая странность. Устройство позволяет писать данные по любому адресу, но чтение всегда происходит, начиная с адреса 0 x 00. Таким образом, если требуется прочитать данные из 15-го регистра, нужно прочитать 15 байт.

Манипулировать регистрами R820T2 напрямую — дело довольно нетривиальное, и с нуля научиться правильно их использовать займет далеко не один и не два вечера. К счастью, другие люди уже давно во всем разобрались. За основу я взял библиотеку для STM32 за авторством все того же Eric Brombaugh (он, в свою очередь, также опирался на чужие наработки — см исходники). Я портировал библиотеку на HAL, немного отрефакторил по своему вкусу, и в процессе починил баг в оригинале. Код библиотеки вы найдете в полной версии исходников к этому посту.

Интерфейс библиотеки следующий:

Все довольно просто — инициализация разбита на две части, init и calibrate. Я хотел убедиться, что калибровка действительно необходима. Оказалось, что необходима, без нее вообще ничего не работает 🙂 Дальше у нас ручки для выставления частоты и полосы пропускания, три ручки для управления gain’ом и две ручки для включения/выключения automatic gain control (по умолчанию оба выключены). Также есть процедуры для хождения напрямую в регистры, но вы скорее всего не должны этого хотеть.

Для удобства была написана прошивка, позволяющая использовать все это хозяйство по UART:

Как можно заметить, здесь значения регистров конвертируются в msb-first. Тюнер был настроен на частоту 432.5 МГц с широкой полосой пропускания (значение bandwidth задается от 0 до 15). Если воспользоваться подходящей антенной и подключить выход тюнера к осциллографу, можно увидеть радио-сигналы. Например, такие:

Узнали? Это же наш старый знакомый, пульт от гаража с OOK-модуляцией . Для полноты картины отмечу, что здесь модуль подключается к осциллографу без нагрузки. Нагрузку в 50 Ом R820T2 не тянет. Само собой разумеется, с тем же успехом можно ловить сигналы с другой несущей и другой модуляцией. Кажется, все работает!

Чисто теоретически, мы уже можем подключить модуль к входу для наушников компьютера, и назвать это SDR. Для этого нам понадобится буфер (например, операционный усилитель в режиме повторителя напряжения), а также фильтр нижних частот . Однако полоса пропускания такого решения составит не более 20 кГц, поскольку звуковая карта все-таки рассчитана на работу со звуком. К тому же, на входе для микрофона вполне могут резаться верхние частоты. В общем, курам на смех.

Для получения чего-то, что будет больше похоже на SDR, нам понадобится приличный АЦП, хотя бы 8-и битный и с частотой дискретизации 5 Msps. Например, уже знакомый нам AD9280 (8 bit, 32 Msps) вполне сгодится. Но в этом случае мы имеем дело с потоком данных не менее 40 Mbps, которые нужно успевать либо передавать на компьютер, либо обрабатывать в реальном времени, либо куда-то сохранять, чтобы обработать потом ( SD-карта класса C6 или C10 должна справиться). Но это уже тема для другой заметки.

Полную версию исходников к посту вы найдете в этом репозитории на GitHub .

Дополнение: Вас также может заинтересовать статья Микроконтроллеры STM32: пишем драйвер для Si5351 .