Hermes SDR

    HPSDR home brew ou ANAN de ApacheLab

Hermes est une monocarte numériques Up et Down Conversion (DUC/DDC) full duplex HF + émetteur-récepteur multimode 6m. issu du projet open source HPSDR .
Je vous conseillerai tout d’abord de lire l’excellente synthése de notre ami F8GHE sur les différents types de SDR, afin de bien comprendre en quoi HERMES est différent.
Il s’agit des cartes mercure, Pennylane,  Métis et les cartes d’ Excalibur (moins TCXO) regroupées sur un seul PCB. La carte communique avec un PC associé par l’intermédiaire du réseau ethernet 100 t/1000 de la maison.
Hermes a les caractéristiques et les équipements suivants :
## Couverture continu, sans interruption, de 10KHz à 55MHz.
## Prend en charge l’affichage en temps réel de toute la gamme de 0 à 55 MHz (avec un logiciel PC adapté)
## Prend en charge 7 récepteurs complètement indépendants (partageant la même antenne – et avec un logiciel PC adapté)
## Chaque récepteur peut afficher 48/96/192 kHz de spectre
## Blocage Dynamic Range (méthode de l’ARRL) – aucune compression de gain détectable sous la surcharge de l’ADC
## Récepteur haute performance – mêmes spécifications que le récepteur HPSDR mercure (c’est à dire Dynamic Range généralement 125dB)
## Rejet de la frequence image en TX RX > 110dB
## Opération duplex intégral, tout fractionnement sur totale de 160m à 6m de portée.
Émetteur bicolore de 3e ordre IMD de – 50dBc sur 20m sortie de 400 MW @
sortie de RF 500mW sur bandes amateur de 160 à 10m, 350mW sur 6m
Préamplificateur intégré haute performance, avec un bruit de plancher en général – 135dBm à 500Hz
Atténuateur d’entrée sélectionnable par logiciel 31dB par pas de 1 dB
Code FPGA peut être mises à jour via le réseau TCP/IP Standard  Ethernet
Sept sorties à collecteur ouvert configurable par l’utilisateur, indépendamment réglable par bande et Tx/Rx (pour commande de relais, etc. – avec séquençage via le code PC)
Connexion séparée du PTT collecteur ouvert pour le contrôle de l’amplificateur, etc., avec séquenceur
Micro PTT sélectionnable par cavalier
Biais pour microphones électret par cavalier
Quatre entrées analogiques de l’utilisateur-configurable de 12 bits (pour la SLA, SWR etc.)
Trois entrées digitales configurable par l’utilisateur (pour amplificateur linéaire au-dessus de la température, etc.)
Peut fonctionner à partir de 13,8 v d’alimentation en courant continu ou + 12v et + 5v fournit
Cavalier sélectionné en construction à faible bruit et haute efficacité interrupteur d’alimentation électrique conçue par Kjell Karson, LA2NI – moins de 600mA
Connecteur de bus I2C pour le contrôle d’appareils externes
Opération de QSK complet (selon le rendement sur les logiciels PC et de contrôle associés)
Sortie de l’émetteur de bas niveau pour transverter utilisation via atténuateur de sortie sélectionnable par l’utilisateur
Audio stéréo sorties au niveau ligne et casque
1W intégré amplificateur audio stéréo pour piloter directement des haut-parleurs
Connexions directes, pour une clef de Morse (droite ou iambique) et PTT
Faible bruit de phase (-140dBc/Hz @ 1kHz à 14MHz) horloge maître 122,88 MHz, ce qui peut être à verrouillage de phase à un interne 10MHz TCXO ou la référence de fréquence externe
Câble d’interface directement à l’amplificateur de puissance Apollo 15W, commande filtres et ATU automatique ou ANAN-10 10W amplificateur de puissance et de faible puissance filtres http://www.apache-labs.com
Industrie Standard TCP/IP réseau Ethernet interface prend en charge statique, APIPA ou DHCP adresse IP
Hermes répond au ping et de requêtes ARP et de vitesse de connexion réseau auto sens
PCB est 160 mm x 120 mm, 8 couches .
Nota: ce produit peut être acheté chez Appache Lab, mais peut aussi être construit par l’amateur qui le desire, du fait de son statut open source. Toutefois j’attire votre attention sur les technologies employées (QFP240 pitch 0.5, QFN, DFN… qui necessitent d’avoir les connaissances et les moyens adaptés pour les opérations de brasage)

Documentations de présentation
        
    
 
documentations techniques
Comme je l’ai évoqué, HERMES n’est pas un kit, il demande certains moyens pour sa réalisation.
Quels sont les points délicats? Je me dois de vous les signaler, non pas pour vous decourrager, mais pour prevenir, si vous voulez vous lancer dans la réalisation, compte tenu du cout elevé de certains composants.

Le circuit imprimé:
Nous sommes sur un strat en 8 couches avec plans de masse interne, ce qui signifie en claire, que pour réaliser certaines brasures il faudra fournir une certaine energie parfaitement controlée, pour ne pas detruire le cip et les composants ,et faire des brasures dignent de ce nom.
Composants critiques:
Ces boitiers là, ne possédent pas de pins, mais simplement des pads, c’est en quelque sorte comme si vous deviez braser “deux circuits imprimé” l’un sur l’autre, vous l’aurez compris, on ne voit rien, le pas des pad est de 500µm et le plus gros en posséde 64…seule une analyse aux rayons X , permet de quantifier le resultat du brasage.
Composants difficiles:
Ici se sont des composants types Fine Pitch (pas fin). Ce sont des composants avec des pins, et le pas entre chaque pins varie de 450µm à 500µm. Pour U9, c’est 240 pins a braser……..
Maintenant comment fait on ????
Pas trente six solutions, il faudra un équipement professionnel qui permet de realiser des profils de brasage ,en respectant les preconisations thermiques fabricants des composants.
Il permettra aussi d’assurer l’alignement SMD/PCB, et de faire le depot de créme à braser par serigraphie . Le brasage sera confié à un four de refusion .
Une fois ces composants  brasés, on finira à la main le reste, qui ne presente pas de difficultées particuliéres, en utilisant le guide d’insertion fournit en premiére page.
NE PAS CABLER LES 18 x RESISTANCES DE 0 ohm… (verifier votre CIP, il semblerait que sur certain, lea pads soient déjà en cours circuit…
 
Attention, j’ai noté quelques écarts dans la BOM, il faudra cabler avec la BOM dans une main, et le schémas electrique dans l’autre…. (je ferai une maj un peu plus tard)

La mise sous tension:
Il est évident qu’avec une telle densité de composants, je vous encourage, à controler à la binoculaire chaque composant, chaque brasure, traquer les eventuels cours circuits, checker les sens……….etc…..
Un petit mot sur l’alimentation d’HERMES, deux possibilités configurables par jumper: (voir user manual)
— soit alimenté en 12 v  et 5 v regulé depuis le connecteur J10
— soit alimenté en 13.8V depuis le connecteur J10, avec alimentation à decoupage 5V interne à HERMES.
C’est ce second choix que je retiens.
Vous pourrez vous aider du schémas pour comprendre la chronologie de la methode de mesure.
Sachez qu’a ce stade , et en suivant cette methode , le risque de voir partir HERMES en fumé reste faible
Aller c’est parti:  +13.8V sur J10.
— Vérifier environ 2.2V sur D21   (controleur de tension)
— Mettre le jumper J18, verifier 12V sur C171  (alim 12V generale)
— Mettre le jumper J17 sur 2 et 3, verifier 12V sur les pins 8 des 2 x OPA2674  (l’exiter est sous tension ici)
— Mettre le jumper J21 , verifier que l’alim à decoupage fournie bien 5V sur Pin 3 de J26. (cette valeur est ajustable par les resistances de precisions, veuillez à bien avoir 5V)
A ce stade :
— Mettre le jumper J26 sur 2 et 3, ce qui permet de mettre sous tension, toutes les alimentions de la cartes, mais ces derniéres ne sont pas encore raccordée au reste de l’electronique (Resistances 0ohm non cablées, capito ???)
Teste des alimentations d’HERMES :
— D1 allumée  verifer le 3.3V sur son anode
                      verifer le 1.2V sur C211
— D23 allumée  verifer le 2.5V sur son anode
— D25 allumée  verifer le 3.3V sur son anode
— D26 allumée  verifer le 3.3V sur son anode
— D27 allumée  verifer le 3.3V sur son anode
— D28 allumée  verifer le 3.3V sur son anode    (generale du controleur de reseau)
                        verifer le 3.3V sur C156            ( alim du KSZ9021)
                        verifer le 3.3V sur C158            ( alim du RJ45)
Si vous êtes arrivé jusqu’ici, alors, bravo, toutes les alimentations fonctionnent.
Mise sous tension les différents blocs technique de la carte:
(vérifier que les alims respectives ne s’ecroule pas , c’est rassurant)
— Cabler R 0 ohm sur R77  verifier le 3.3V sur R55     (Alim RJ45)
— Cabler R 0 ohm sur R87  verifier le 1.2V sur C77    (Alim KSZ9021)
                                          verifier le 1.2V sur C78    (Alim KSZ9021)
                                          verifier le 1.2V sur C164    (Alim KSZ9021)
A ce stade, le controleur de reseau et le RJ45 sont alimenté.
— Cabler R 0 ohm sur R137  >> cela va permettra d’alimenter tous les circuits logiques , de commandes…
— Cabler R 0 ohm sur R136  >> alim du Vsens du LTC2008
— Cabler R 0 ohm sur R132  >> alim 3.3V analogique du LTC2008 et 6400
— Cabler R 0 ohm sur R132  >> alim 3.3V analogique du LTC2008 et 6400
— Cabler R 0 ohm sur R133, R131, R135  >> alim du cyclone et LTC2008
A ce stade HERMES est sous tension, et si vous n’avez pas mis en evidence, une petite fumée blanche significative, c’est que vous avez bien travaillé…..

La programmation du Cyclone III
Je vais profiter d’une pause, pour commencer à aborder la programmation du FPGA.
Cette programmation se decline en deux parties:
Le bootloader, et le firmware.
Pour cela il vous faudra une interface de programmation ALTERA de type USB BLASTER (voir Ebay), recupere la suite Altera Quartus II 13.1 mini  (version web edition), le fichier device pour le Cyclone III
Télécharger les outils de programmation et les fichiers:
Hermes bootloader>>Hermes_Bootloader.pof
Hermes Firmware >> Hermes_V3_1.rbf
Télécharger la documentation de programmation Hermes:
Je ne suis pas parvenu à faire fonctionner correctement USB BLASTER sous Windows 8 (pas trop chercher pour être franc) , j’ai donc ressorti mon bon vieux pc sous xp, et là zero soucis.
Je ne vais pas refaire un tuto pour charger le boot et le firmware, ceux de HPSDR.org (ci dessus ) sont tres bien fait.
Just un information, pour charger le firmware, il faut que le soft detect le HERMES, cela signifie que le boot doit être installé correctement. Vous devriez voir les LEDS de la prise RJ45 s’allumer et clignoter, cela signifie que l’activité reseau est correcte.
Afin que le soft detecte HERMES et puisse installer le firmware,  vous devez donner les priviléges maxi à HERMES pour cela il faut mettre le jumper J11.
Quand tout aura été chargé, vous devriez voir la dizine de leds clignoter sur la carte. Pour information chaque led correspond à une fonction, voir la doc pour cela.
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