Rx Ensemble II – Paso 6 – QSD (Quadrature Sampling Detector)

En esta sección montaremos la última parte del circuito, que es el QSD (Quadrature Sampling Detector) o Detector de Muestreo de Cuadratura.



Este circuito recibe las dos señales de clock del generador por un lado, y la señal de RF de antena a través de los filtros que montamos en la sección anterior y a través del transformador T3.
El transformador proporciona a las dos entradas del doble conmutador FST3253 desfasadas 180 grados entre si, balanceadas.
El QSD utiliza las señales de clock para comandar la selección de salida del conmutador FST3253. De este modo cada  ciclo de reloj obtenemos cuantro muestras de la señal de antena, coincidiendo la frecuencia de reloj con la fecuencia central que queremos recibir.
Las muestras que obtenemos son de 0ºy 180º invertida por las salida 1A del FST3253, y 90º y 270º invertida por la salida 2A. Estas dos salidas son amplificadas por el doble amplificador operacional LT6231, los cuales además realizan las veces de filtro pasa-bajos activos. A su salida obtenemos las salidas I y Q hacia la tarjeta de sonido del ordenador.
Otros QSDs utilizan una configuración diferente, reciben la salida desbalanceada de antena y utilizan un conmutador comandado por las dos señales e clock, que le permite obtener cuatro salidas 0º, 90º, º80º y 270º. Los amplificadores operacionales, entonces realizan la resta de las señales +(0º) + -(º180), y  +(90º) + -(270º) para obtener las señales I y Q.
El QSD del Rx Ensemble es una versión simplificada, aunque a los fines préacticos realiza la misma funcionalidad.

Los components de esta sección son:
R29 – 10k, 1/6W – marrón-negro-naranja-dorado
R30 – 10 ohm, 1/4W, marrón-negro-negro-dorado
R31 -  10 ohm, 1/4W, marrón-negro-negro-dorado
R32 – 4.99k, 1/4W, 1%, amarillo-blanco-blanco-negro-dorado
R33 - 4.99k, 1/4W, 1%, amarillo-blanco-blanco-negro-dorado
R34 – 120 ohm, 1/6W, marrón-rojo-negro-dorado
R35 – 120 ohm, 1/6W marrón-rojo-negro-dorado
C20 – 47 nF, cerámico, radial, color amarillo, marcado “473″
C21 – 47 nF, cerámico, radial, color amarillo, marcado “473″
C22 – 4.5 uF, 16v, cerámico, radial, color azul, marcado “475k”
C23 – 390 pF, cerámico, radial, color amarillo, marcado “391″
C24 -390 pF, cerámico, radial, color amarillo, marcado “391″
C43 – 100 nF, cerámico, SMD, 1206
C44 – 100 nF, cerámico, SMD, 1206
C45 - 100 nF, cerámico, SMD, 1206
C46 – 100 nF, cerámico, SMD, 1206
C47 – 100 nF, cerámico, SMD, 1206
U10 – FST3253 – SOIC-16
U11 – LT6231 – Doble amplificador operacional.
JP1 – Dos jumpers hechos con pines de resitencias o condensadores que hayamos cortado anteriormente. Yo lo he cableado recto, aunque da la posibilidad de colocarlos cruzados para invertir las señales I y Q en el conector de salida de audio J2.
J2 – Conector jack stereo hembra 3.5 mm de montaje en PCB.

Esta es la vista de los componentes montados en la parte superior:


Esta es la vista de los componentes montados en la parte inferior:


Con esto hemos concluido el proceso de soldado de todos los componentes en la placa de circuito impreso.
Sólo resta el montaje en la caja ue fabrica KM5H. El armado de la caja es bien sencillo:


Así se ve completamente montado:


Para probarlo, lo conectamos al puerto USB del ordenador.
Yo tengo un oscilador a cristal que da una salida de 9.999,272 KHz. El nivel de salida del oscilador es de unos 175 mVpp, 61 mVrms (aprox. -11 dBm ó S9+62 dB).
La idea es insertar esta señal en la entrada de antea del Rx Ensemble II, y sintonizar el ocilador local a  4 veces la frecuencia de recepción deseada, que en este caso debería ser 9.998,272 KHz para obtener dos señales I y Q detectadas defasadas 90º entre si de 1 KHz.
La frecuenca en el software de control del Si570 debería ser de 39.99309 MHz.


Hay que tener en cuenta que aún no hemos calibrado la frecuencia del Si570, por lo que puede que haya que moverse hacia arriba o hacia abajo unas decenas de kHz hasta obtener una señal de 1 KHz.
Conectamos el osciloscopio a las salidas I (Canal 1, verde) y Q (Canal 2, amarillo). Utiilizamos las resistencias R35 y R34 para pescar las señales I y Q respectivamenet con las puntas de osciloscopio:



Deberíamos observar esto:


Es decir que la señal de 1 KHz I debe estar adelantada 90º conrespecto a Q.
Luego, cambiamos la frecuencia central a 10.000272. Para eso ajustamos la frecuencia de operación del Si570 a 40.001,09 KHz.
Debemos observar esto:


Es decir que la señal de 1 KHz debe estar 90º atrasada con respecto a Q.
La mejor manera de saber si el defasaje de 90º es correcto es colocar el osciloscopio en modo X-Y. DEberíamos observar un círculo perfecto:



Podemos ver que el círculo no es perfecto, que hay un leve achatamiento. Esto debería afectar al rechazo de frecuencias imágen en el software SDR. Afortunadamente, como veremos en próximos artículos, los programas de este tipo tienen una función que permite compensar la fase y amplitud de las señales I-Q de modo de maximizar el rechazo de imágenes. Con este ajustee, a pesar de que el circuito no sea perfecto, es posible obtener un rechazo de imágenes de unos 60dB sin problemas.
Es importante que  para realizar estas pruebas no utilicemos las frecuencias de cambio de filtro de antena, es decir, 4, 8, ó 16 MHz.
Un dato interesante que he podido observar que a a medida que pasamos los 60 KHz desde la frecuencia central comienza a observarse una ligera caida en el nivel de señal detectada. A los 96 KHz, que sería el ancho de banda que podríamos detectar con una tarjeta de sonido de 196 KHZ de sampling rate, la caida es de asproximadamente 4,5 dB. No es una caida demasiado crítica y será apenas observable en pantalla.

Et voilá. Ya tenemos listo nuestro receptor SDR Rx Ensemble II.
En  las siguientes entradas explicaré como instalar los drivers para el circuito que controla el oscilador Si570 via USB, el software que intermedia entre los programas para recepción SDR  y los programas para recepción en sí HDSDR y PowerSDR.
También probaré de recibir señales de WEFAX, PSK31, JT65A, WSPR y DRM utilizando el cable de audio virtual (VAC).


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