It's raining elephants – VA2GKA

Dernièrement, j’ai craqué pour un USRP N210, joli petit joujou disposant d’une bande passante monstrueuse (25 MHz) et permettent même de faire une station de base GSM (avec OpenBTS). La bête n’est pas donnée, et généralement, lorsque l’on casse la tirelire, on s’attend à disposer de perfs au top, avec une qualité irréprochable. Après un petit quart d’heure de manipulation, je dois bien reconnaître que la déception à remplacé l’enthousiasme.

Une fois aligné sur un transmetteur GSM1900 qui dispose d’une horloge interne de qualité (atomique ou GPS), on peut constater les fluctuations de l’oscillateur interne du N210. Bien entendu, le quartz de référence de 10 MHz multiplié par un facteur de 190 perd nécessairement en stabilité, mais dans ce cas de figure, les fluctuations étaient rapides et anormales, au point de faire jammer la PLL qui se trouve derrière. Ce qui m’a invité à creuser la question, c’est le fait qu’un petit FunCubeDongle affiche une très bonne stabilité face au N210. Le FunCubeDongle ne fait que 100$ et dispose d’un seul petit quartz…

J’ai donc sorti les schémas dans l’espoir de voir ce qui pourrait causer cette instabilité, et j’ai identifié un petit bout de circuit accolé à l’oscillateur qui ne me parlait pas trop. Après m’être décidé, j’ai sorti le fer à souder pour retirer 2 diodes et un condensateur, puis déplacer une résistance. C’est toujours un peu tendu de bidouiller un matériel neuf et cher, sans être sur que le fix va apporter une amélioration, surtout lorsque l’on manipule du 0402…

Mais j’ai vu juste et au final ma bidouille a considérablement augmenté la stabilité de l’oscillateur. Voici une petite capture d’écran, avant et après :

Stabilité de l’oscillateur du N210, avant et après le patch (défilement vertical) – Images source ici : avant, après

Pour les curieux, voici une partie du schéma, centrée sur l’oscillateur :

Cliquer sur l’image pour agrandir le schéma

J’ai retiré le pont D502 et le condensateur C529, et j’ai déplacé R522 à la place de C529. Le schéma modifié est consultable ici. Maintenant, la grande question que je me pose, c’est : d’où sort cette topologie et pourquoi ces deux diodes… J’ai beau retourner le problème dans tous les sens, je ne comprends pas l’utilité de cette pincée de composants.

Aussi, si quelqu’un à la réponse, je suis preneur. Je pourrais trouver une réponse, mais je serais alors médisant : Difficile d’imaginer que quelqu’un qui a mis au point un transceiver SDR aussi complexe se soit trompé sur un simple petit montage oscillateur. Si c’est légitime, pourquoi dégrader la stabilité ?

Une raison que l’on pourrait y voir, c’est qu’un module optionnel GPS est vendu 750$ (module qui doit valoir au passage dans les 150$), alors quitte à faire des sous, autant en faire beaucoup… en vendant des modules GPS pour combler un –manque– de stabilité…

Mais avant de tirer à vue, je vais laisser le concepteur de l’USRP répondre à mon courriel concernant cette performance de stabilité.

En attendant, si vous avez une explication sur l’oscillateur “diodé”, je suis preneur, car moi, les diodes je m’en sers justement pour faire varier la fréquence de mon émetteur WSPR.

UPDATE : Après 1 mois, aucune réponse du constructeur. Conclusion ?

Les récepteurs SDR m’ont pas mal occupé dernièrement et je trouve le principe du détecteur en quadrature assez génial. Cette méthode de détection reprend le principe du phasing que certains doivent avoir connu dans les années 80. Ce principe est très bien décrit par F6CRP sur cette page et également sur celle ci. Ayant compris le principe, je me suis vite posé quelques questions d’optimisation.

Tous les types de récepteurs SDR que j’ai vu disposaient de filtres d’entrée (passe bande). Si je raisonne bien, ce filtre d’entrée pourrait être omis car le principe de fonctionnement pourrait le permettre, sans perte de performance. En amont du traitement numérique nécessaire à une bonne discrimination, c’est une sorte de  mélangeur simple qui est utilisé (réellement, c’est un mélangeur de Tayloe qui est mis en pratique). Le signal d’entrée peut-être un signal très large bande, une fois –descendu– de la fréquence de l’oscillateur, il me faut juste correctement filtrer le signal avec un filtre passe bas à 100kHz afin de ne pas altérer le bon fonctionnement de la carte son (96kHz pour ma part).

Ce sont bien les 100 premiers kilos qui m’intéresse, si mon filtre passe bas est efficace, je pense donc que le filtre passe bande d’entrée pourrait être omis. Les cartes son disposent en principe d’un filtre anti-repliement (aliasing filter), mais toutes les cartes ne sont pas d’excellente conception et il vaut mieux prendre des précautions.

L’intérêt me direz-vous ? Et bien les batteries de filtres passe bandes sont plutôt encombrant pour les applications portables que je vise. Par ailleurs, aucun filtre n’est parfait, il y a toujours une perte dans les bobines. La vérité, c’est que je suis fatigué de me taper des centaines de spires sur des tores minuscules :) Blague à part,  je trouve cette solution assez élégante et concept.

Quels inconvénients peut-il y avoir à ne pas utiliser un filtrage d’entrée. Le plus gros risque je pense est de se taper les perturbations/signaux en dessous de 100k, qui n’ont après tout pas de raison de ne pas se retrouver sur mon récepteur SDR. Pour la plupart des conceptions de récepteurs SDR que j’ai vu, ceci serait certainement fortement minimisé car les récepteurs utilisent un transformateur d’entrée qui digère mal ce qui est en dessous de 500kHz. Dans les autres catégories de problèmes possibles, je pense qu’un signal très fort pourrait saturer le multiplexeur chargé d’appliquer le principe de Tyloe. Il faut tout de même y aller un peu fort pour arriver à 5 Volts… A la rigueur, l’ampli-op chargé du filtrage et de l’amplification du signal sortant à moins de 100kHz pourrait être concerné.

Bref, j’ai soudé un petit patch pour faire des tests, voici à quoi cela ressemble :

Petit patch pour un petit test sur le SoftRock RX v9 et son étage d’entrée

Difficile de faire plus simple. C’est juste un petit transformateur qui vient se loger à la place du filter bank.

Résultats : Mes quelques tests montrent que le récepteur fonctionne toujours correctement, qu’il n’y a pas plus de perturbation qu’avec le système de filtrage d’entrée.

Voila une petite expérimentation intéressante, et pour ma prochaine conception perso prévue, je pense que je vais me passer de filtrage d’entrée, on verra si les résultats qualitatifs sont au rendez-vous.

Note : Quelques captures d’écran comparatives prochainement.