Home

Alexandrie

• • Alexandrie (Ἀλεξάνδρεια): interface SPI entre Red Pitaya ou Hermes/Angelia d'un côté, et les filtres (et commutations antennes, lna, atténuateurs... ) de l'autre. Format 10x10cm

NdlR : Cette page Wiki regroupe en fait 3 cartes remplissant plus ou moins les mêmes fonctions, à savoir la commutation des filtres émission et réception d'un SDR OpenHPSDR

Alexandrie tout d'abord, carte qui converti le protocole série /SPI Alexiares V1 émis par une carte OpenHPSDR (connecteur Alex, AKA "J15") ou Red Pitaya, en une multitude de sorties "drain ouvert". Lesquelles sorties commandent des relais qui, à leur tour, font fonctionner les filtres passe-bas, passe-haut, atténuateurs, commutateur d'antennes du frontend OpenHPSDR -par défaut, cartes Hermes et Angelia

Alexandrie V2 , une évolution d'Alexandrie qui supporte les amélioration du protocole Alexiares V2, lequel prend en charge deux filtres de bande pour chacun des ADC des cartes OpenHPSDR de la génération Anan 8000 DLE, 7000 DLE, G2 et suivantes (carte SDR de génération Orion MK2)

AlexI2C , carte initialement destinée à commuter les filtres OpenHPSDR pour les utilisateurs de SDR Hermeslite V1 et V2, lesquels utilisent un bus I2C plutôt qu'un SPI.

Cliquez sur le document pour l'agrandir

Une BOM interactive et un fichier tableur recensant les composants du projet peuvent être téléchargés depuis le dépôt Github

Principe de fonctionnement

Le SDR (Carte Hermes ou connecteur E1 du Red Pitaya) utilise 4 entrées/sorties en mode sériel pour piloter les filtres et périphériques d’Alexiares.

• • Un port « horloge » SPI CLK
• • Un port « données » SPI Data
• • Un port de sélection des fonction réception SPI RX Load
• • Un port de sélection des fonction émission SPI TX Load

Ces flux respectifs sont tout d’abord tamponnés par une paire de buffers inverseurs -74HCT04- puis envoyés dans quatre registres à décalage TPIC6B595. Lesquels convertissent les informations séries en données « parallèles » qui conservent leur état tant qu’un nouveau train de données sérielles ne vient pas annuler l’ordre précédent.

Les TPIC6B595 fournissent une logique négative (commutation vers gnd) sur les connecteurs de sortie J6, J7, J8 et J3. Ces sorties sont directement reliées aux bobines des relais à commander. Ce qui implique que ces bobines de relais sont alimentées d'un coté en permanence par une tension de 12V, et sont activées lorsque l’autre borne de la bobine est mise à la masse par le biais du TPIC6B595.

Au total, 29 relais différents sont activés par Alexandrie :

Coté réception

• • 4 relais d’entrée antenne RX
• • 2 relais d’atténuateur d’entrée
• • 16 relais de sélection des filtres passe-haut, de bypass et d’amplification faible bruit

Coté émission

• • 3 relais de sortie antenne TX
• • 2 à 3 relais de basculement d’émission-réception (selon les configurations)
• • 14 relais de sélection des filtres passe-bas, d’isolation/fermeture du circuit « pure signal »
• • 3 relais -ou plus- excités par la commutation émission-réception (Bias control, mise en série hpf/lpf, connexion pure signal, liaison ampli...)

Les utilisateurs de cartes Hermes, Angelia et semblables peuvent également utiliser les connecteurs J2 et J4 (selon configurations), lesquels servent à relier Alexandrie aux cartes de contrôle de sortie HF, Mentor et/ou carte rosmètre/wattmètre située après l’étage d’amplification finale. Ces deux connecteurs permettent de commander un circuit de protection qui coupera l’émission de puissance en cas de problème :

• • En cas de signal réfléchi important si l’on utilise la carte rosmètre/wattmètre
• • En cas de signal réfléchi important, de température trop élevée, de surconsommation ou de surtension si l’on utilise la carte Mentor

BOM

La BOM est disponible au format CSV ainsi que sous forme de BOM interactive

Github/Gerber

https://github.com/F6ITU/Alexandrie/tree/master/Gerber

Réalisation

Il existe deux versions de cette carte, la seconde édition corrigeant des erreurs de masque de soie et déplaçant un contact du connecteur J6 au connecteur J7. Les fonctionnalités des deux versions sont strictement identiques. La seconde édition se distingue aisément : J7 est un connecteur kk 7 broches (6 broches sur la première version), et un extrait du poème Ozymandias de Shelley est imprimé coté pistes.

Aucune précaution de montage particulière n’est nécessaire pour monter cette carte.

• • Penser à souder les composants de petite taille avant les connecteurs,
• • Vérifier le bon sens des diodes LED avant de les souder, modifier le cas échéant la valeur de la résistance série de chaque diode en fonction du courant spécifié par la feuille de donnée de la LED utilisée (une valeur entre 220 et 330 Ohms devrait convenir, des diodes ne servent qu’aux tests de mise en fonction et sont masquées par le blindage par la suite)
• • Vérifier le sens des circuits intégrés avant de les souder se référant au schéma

Les composants passifs sont des modèles génériques, qu’il s’agisse des résistances ou des condensateurs céramique multicouche, tous en 0805. Il en va de même pour les LED ou la diode schottky de protection (entrée +12V). le niveau de qualité n’est pas un facteur critique.

Idem pour les connecteurs Molex kk. Tous les prototypes et premières cartes de production de série ont été assemblées avec des connecteurs achetés par quantités de 50 sur ebay, à des prix moitié moindre que ceux pratiqués par les distributeurs européens

En revanche, il est vivement recommandé de se fournir chez RS Composants, Farnell et consorts pour ce qui concerne les composants actifs, pour d’évidentes raisons de qualité et de fiabilité.

Note importante pour les possesseurs de carte Red Pitaya Contrairement à la carte Angelia, aucune précaution n'a été prise par les constructeurs de la carte Red Pitaya pour protéger les sorties du FPGA (lequel travaille en logique 3.3V) Il est donc nécessaire de ne pas monter les résistances de "pull up" à 5V R1 à R6 situées en entrée des deux 74HCT04

Un grand merci à F1CHM pour avoir attiré notre attention sur ce point, et à F4GRX pour avoir fourni la solution.

Angelia, quant à elle, intègre un buffer sur chaque entrée du connecteur Alexiares. Les résistance de pull-up sont donc recommandées pour les signaux logiques. Ce n'est cependant pas le cas des deux entrées analogiques "FWD" et "REFL" (broches 9 et 7 de J1) qui, elles, ne devront jamais dépasser 3V à pleine puissance d'amplificateur, que cette tension soit émise par Thémis ou le trio Odysseus/Télémaque/Mentor.

Alex V2, la vengeance du retour du SPI

• • Alexandrie V2 (Ἀλεξάνδρεια): interface SPI entre Red Pitaya ou Hermes/Angelia/Orion/Anvelina d'un côté, et les filtres (et commutations antennes, lna, atténuateurs... ) de l'autre. Le format 10x10cm est inchangé par rapport à Alexandrie V1, les connecteurs utilisés sont désormais au "standard" OpenHPSDR

schéma Alexandrie V2 Cliquez sur le document pour l'agrandir

Une BOM interactive recensant les composants du projet peuvent être téléchargés depuis le dépôt Github

Principe de fonctionnement

Aucune modification par rapport à la version précédente

commentaires sur la seconde version

Avec la généralisation des SDR « double ADC », il a bien fallu se rendre à l’évidence : l’architecture HPF +LPF mono-récepteur du Hermes originel (Alexiares 1.0), ne suffisait plus.

Longtemps, Apache Labs a laissé l’entrée secondaire totalement « nue », à l’exception d’un lpf 50 MHz intégré sur la carte principale (MCL RLP-50+), partant du principe qu’il s’agissait d’un chemin HF expérimental, destiné notamment au branchement d’un tranverter ou d’une série de filtres externes « custom design ». Ce fut notamment le cas des transceivers Anan 100D et de la série 14 bits Anan 10

Avec l’arrivée de l’Anan 8000DLE, les deux voies de réception se sont vues affublées d’une paire de filtres BPF assez larges pour ne pas limiter les réceptions « large spectre », mais offrant un facteur de qualité nettement moindre que le filtre passe-haut elliptique de l’Alexiares originel (voir les chapitres Alexiares_lpf et Alexiares_hpf)

Pour ce faire, il a fallu modifier le gateware pour ajouter au protocole Alexiares la possibilité de commuter les filtres attribués à la voie RX2, et par conséquent ajouter un connecteur de plus à l’interface SPI

Cette extension se traduit également par l’ajout de deux circuits intégrés drivers, qui pilotent les relais commandant la commutation des différents filtres. Alexandrie contrôle donc désormais

• • Un filtre LPF (émission), que ce soit celui de la famille Alexiares ou le filtre Zolotarev « nouvelle génération » destiné à l’amplificateur OpenHPSDR 400W « Munin400 » de Kjell LA2NI
• • Deux filtres BPF ou, selon les souhaits des usagers, un HPF sur la voie RX1 et un BPF sur la voie RX2
• • Les signaux de commande autour de l’extension « Mentor » (réflectomètre/rosmètre, afficheur optionnel, contrôle d’un amplificateur linéaire en tension/intensité/température/réfléchi)
• • Un atténuateur 0/30 dB par pas de 10 dB situé sur la carte HPF
• • Le commutateur 3 antennes TX
• • Le commutateur d’E/S HF réception (transverter/bypass-out/RX2-RX3/TX-relay)

D’un point de vue câblage, cette nouvelle version d’Alexandrie est compatible avec l’ancienne architecture. Pour construire un SDR « ancien gateware Hermes/Angelia »,il suffit de

- ne pas ajouter U5 et U8, - ne pas souder le connecteur IDC « BPF_2 », et - installer le connecteur « attenuator » et « RX Antenna ».*

Attention, toutes les versions de gateware ne gèrent pas nécessairement les deux filtres BPF de réception et/ou l’atténuateur 30 dB (l’atténuateur par pas de 1 dB situé sur la carte SDR principale est commandée par un tout autre bloc de code et ne transite pas par le bus SPI)

Alex V2 est prise en compte dans sa version complète par les gatewares des cartes Orion, Orion MK2, G2 (nom de code Saturn) filière Apache Labs et Anvelina par EU2AV. A l’heure où nous rédigeons ces lignes, nous n’avons pas d’information concernant une adaptation du protocole Alex SPI pour les cartes Angelia, Red Pitaya 14 et Red Pitaya 16

Les informations techniques – schémas Kicad, iBom, ressources techniques- sont disponible sur le github

https://github.com/F6ITU/AlexV2

L’assemblage d’Alex V2 demande à peu près 3 heures de travail et ne pose aucune difficulté particulière. Les circuits intégrés et les composants passifs sont soudés en premier, les connecteurs d’E/S en dernier. La disposition des broches du connecteur d’entrée SPI est conforme au standard de câblage « J15 Alex » des cartes Hermes/Angelia/Orion/Anvelina. Pour ce qui concerne les cartes Red Pitaya 14 et 16 bits, se reporter à la documentation de Pavel Demin dans les « Red Pitaya Notes », chapitre « SDR Transceiver compatible with HPSDR » , chapitre « Alex Connection » (http://pavel-demin.github.io/red-pitaya-notes/sdr-transceiver-hpsdr/)

Alexi2C

• • Alexi2C ( Ἄλεξις) : interface I2C entre red pitaya ou Hermes lite d'un côté, et les filtres (et commutations antennes, lna, atténuateurs... ) de l'autre. Format 5x10cm

Interface I2C universelle 16 sorties tamponnées

Schéma

Cliquez sur le document pour l'agrandir

Principe de fonctionnement

Note liminaire : Alexi2C a été dessiné pour répondre à l'éventuelle demande d'utilisateurs de carte Red Pitaya souhaitant exploiter le protocole I2C géré par le firmware de Pavel Denim.

Ce même firmware gère également le protocole SPI originel, plus "complet" et plus conforme aux spécifications du groupe OpenHPSDR. En d'autres termes, un propriétaire de Red Pitaya cherchant à coller au mieux au standards OpenHPSDR aura mieux fait d'opter pour une carte Alexandrie.

Mais... un utilisateur de carte Red Pitaya pilotant un jeu de carte Alexiares avec le bus ISP (via Alexandrie donc), peut tout à fait ajouter une AlexI2C qu'il utilisera en mode "penny", afin d'émuler le connecteur et les commandes J16. En faisant ressortir ces commandes sur une prise dB25 conformément à la "norme de fait" Hermes/HPSDR, il est possible de piloter par exemple un bpf externe ou les lpf d'un ampli de puissance (ainsi que son passage en émission-réception). AlexI2C n'est pas tout à fait un remplaçant d'Alexandrie... c'est également un complément dans le cadre de certaines configuration matérielles.

Alexi2C est surtout destiné à des utilisateurs qui ne veulent qu'une interface simplifiée, minimaliste, limitée aux commandes des filtres, des atténuateurs, de quelques commutations antennes (mais pas toutes). La majorité des utilisateurs du bus I2C cherchent surtout à commuter des BPF restreints aux seules bandes radioamateur.

Un PCA9555 est chargé de décoder les informations du bus I2C, lesquelles activent les 16 entrées-sorties du circuit. Soit une à une, soit plusieurs à la fois.

Une paire de réseaux de transistors darlington -ULN2803- tamponne les sorties du décodeur I2C et adapte les tensions de fonctionnement des périphériques extérieurs (les relais 12V des cartes Alexiares HPF et LPF par exemple). A noter que si la sortie directe du PCA9555 est en logique positive -état "haut" lorsqu'actif-, le signal en sortie des ULN2803 est en logique négative (sortie à GND lorsqu'active). Ainsi, la sortie d'Alexi2C est strictement identique à celle d'Alexandrie et peut donc piloter les mêmes filtres, avec les mêmes arrangements.

Si l'on utilise le firmware de Pavel Denim, en fonction de l'adresse sélectionnée -0x20 ou 0x21- le circuit décodeur PCA9555 interprète soit le mode par défaut Penelope (aucun jumper), soit le mode Alexiares (jumper sur 0x21)... soit les deux si l'on chaîne les deux cartes en leur assignant une adresse différente. Dans ce cas, le Red Pitaya peut piloter 32 sorties.

Les adresses 0x22 et 0x23 sont réservées à des développements ultérieurs dans le cadre des applications "Red Pitaya".

BOM

La BOM est disponible au format CSV

Github/Gerber

https://github.com/F6ITU/Alexi2C/tree/master/Gerber

Réalisation

La réalisation de cette carte n'appelle aucun commentaire particulier. Il est à noter que les premières cartes prototype pouvaient accepter un régulateur 5V optionnel utilisable dans des conditions très particulières et assez rares (câblage de l'I2C en "trois fils", SCL et SDA en logique TTL). La version "de série" n'intègre pas ce régulateur

La tension appliquée sur le commun des ULN2803 (J3) ne doit pas dépasser 20 V

Lorsque branché à un Red Pitaya, les entrées SCL, SDA et GND sont à repiquer sur le connecteur E2, mais la ligne d'alimentation I2C du PCA9555 doit partir du rail 3.3V (connecteur E1).

Le décodeur I2C ne fonctionnera pas si les signaux I2C sont en 3V et la tension de bus supérieure à 4V

Utilisations annexes

Cette carte peut être utilisée pour interfacer n'importe quel "maitre" I2C (Arduino, Raspberry etc) avec des composants de puissance ou des charges inductives. Le chaînage de 4 cartes identiques utilisant les adresse 0x20, 0x21, 0x22 et 0x23 offre 64 sorties de 300 mA chacune sous 3 à 20 V.

Si l'on omet de monter les ULN2803, il est possible de ressortir les gpio du PCA9555 en n'installant pas les connecteurs J4 et J5, et en soudant les connecteurs J6 et J11. J3, J12 et J13 sont également inutiles, ainsi que la diode D1

Si l'on ne souhaite installer que les ULN2803 -dans le but de tamponner en mode parallèle les gpio d'un Arduino ou d'un Raspberry par exemple- il faut monter tous les connecteurs sauf J1 et J2, ne pas installer R4 à R7, C5, C6 ni le PCA9555.