Nouvelle carte d'extension pour ADALM-PLUTO

Voici une nouvelle description qui fait suite à la publication d'octobre 2024.

Le but de la carte précédente était de rajouter au Trx SDR ADALM-PLUTO la génération de tension nécessaire à une tête LNB 10 GHz pour la réception du satellite QO-100 ainsi que la commande d'un relais PTT.

Ce SDR, comme tout ceux qui l'utilisent en SSB le savent bien, n'a pas une stabilité remarquable, l'horloge interne n'est pas très précise. Aussi est-il prévu de connecter sur cet appareil une horloge externe à 40 MHz et des GPSDO ont été développés pour générer un signal très stable.

J'ai donc souhaité rajouter cette fonction sur la carte précédente.

J'ai simplifié au maximum le système de génération du signal, basé sur un développement antérieur qui a été publié dans la revue et sur mon site Internet.

Synoptique d'une STATION QO-100

Exemple d'intégration

Schéma de la carte d'extension

Nous retrouvons dans ce schéma le circuit de PTT ainsi que le générateur 13/18V du LNB commandé par le bus GPIO.

Sont rajouté ici le VC-TCXO 40 MHz contrôlé par GPS.

Pour cette fonction de verrouillage de phase de ce TCXO, nous retrouvons les petits modules de réception GPS ainsi que l'Arduino NANO dont le but est de reprogrammer à chaque mise sous tension le module GPS afin qu'il génère un signal de 100 KHz nécessaire à la comparaison de phase avec le signal issu, après division, du 40 MHZ de notre TCXO.

Un affichage par OLED des coordonnées GPS de l'heure et du QRALOC sur 10 digits est aussi possible, mais il n'est pas indispensable de le monter pour assurer la fonction d'horloge externe du Pluto.

Se reporter aux descriptions du GPSDO déjà publiées.

Le circuit d'alimentation 5V a été modifié par rapport aux premiers prototypes afin de pouvoir fournir l'alimentation en 5V du Pluto.

C'est un régulateur à découpage, U10, qui transforme le 12V en 5V - 1A.

Cette tension est disponible à l'arrière de la carte sur le connecteur JP3.

Le circuit imprimé de la carte

Les composants à montage de surface sont tous soudés sur la face « TOP » du circuit imprimé sauf les deux petits connecteurs coaxiaux IPEX reliant la carte d'extension au Pluto, respectivement sur l'entrée RX2 pour J4 et sur l'entrée « clock in » pour J1.

Le connecteur JP6 2x5 pins femelle est monté coté « BOTTOM », JP6 permet de connecter le bus GPIO du Pluto utilisé pour les commandes du PTT et la gestion de la tension 13 ou 18 volts du LNB.

Les pins de l'Arduino-Nano à souder impérativement sont ceux cerclés sur le circuit imprimé.

Pour fixer le module GPS, redresser et raccourcir les pattes.

Pour éviter de souder le GPS, utiliser de préférence un morceau de support DIP, modèle à pinces et non à lyres.

Maintenir le GPS par deux boulons de 2 mm et deux entretoises plastiques d'environ 5 à 8 mm mm de long, à ajuster.

Sur le circuit imprimé définitif, la configuration du générateur 13/18V pour l'alimentation du LNB est pré-câblée sur le circuit pour un pilotage software, il n'est pas nécessaire de monter les connecteurs JP3, JP4 et JP5.

Le point de test JH1 permet de contrôler la tension d'alimentation du LNB, environ 13,3 V.

La carte se monte en superposition sur le Pluto, le connecteur JP6 « pluguée» sur le connecteur du bus GPIO.

La fiche F femelle du LNB est montée dans ma configuration de boîtier sur la face « bottom » du PCB.

Assemblage

La carte d'extension est immobilisée en position, ici par une vis parker de 2 x 18 mm et une entretoise de 11 mm environ.

La prise SMA à droite sur la face avant est raccordée à la prise coaxiale IPEX TX2 du Pluto.

En effet, par software, les entrées et sorties dans le cas de cette utilisation du SDR en station QO-100 sont basculées sur les connexions internes RX2/TX2 , les E/S standards RX1/TX1 ne seront pas utilisées.

Firmware

Il a été adapté par F5OEO et sera disponible sur son site. Une version bêta est disponible ici.

Une fois flashé par la méthode habituelle, il faut modifier le fichier de configuration « config.txt » qui apparaît dans la fenêtre ouverte lors de la connexion USB du Pluto sous Windows.

Editer avec le bloc note,  les paragraphes à renseigner sont ici en gras :

[USB_ETHERNET]
ipaddr_eth = 192.168.1.220
netmask_eth = 255.255.255.0
gateway_eth = 

[SYSTEM]
xo_correction = 40000000
udc_handle_suspend = 0
# USB Communication Device Class Compatibility Mode [rndis|ncm|ecm]
usb_ethernet_mode = rndis

[ACTIONS]
diagnostic_report = 0
dfu = 0
reset = 0
calibrate = 0

[TEZUKA]
callsign = F1TE
locator = IN94QS42RP
lnb_power = auto
refclk_source = external
maxcpus = 2
attr_name = compatible
attr_val = ad9361
mode = 1r1t
audio_mode = off
rf_input = rx2
rf_output = tx2
serial_force = off

La fonction QO-100 ON/OFF est indiquée par la valeur de la variable lnb_power qui peut prendre les valeurs suivantes :

• lnb_power = off , mode QO-100 désactivé, pas de tension LNB générée
• lnb_power = 13V , mode QO-100 actif, alimentation du LNB à 13V
• lnb_power = 18V , mode QO-100 actif, alimentation du LNB à 18V
• lnb_power = auto , mode QO-100 actif, l'alimentation passe automatiquement de 13 à 18 V si vous changez de transpondeur.

Rappel, le transpondeur bande étroite (NB) couvre de 10 489.5 à 10490 MHz, le transpondeur large bande DATV (WB) couvre de 10 491 à 10 499 MHz

Une fois le fichier modifié, il faut éjecter le Pluto sans le débrancher puis le rebooter pour la prise en compte de la configuration.

Le LNB alors se trouvera alimenté dans le mode choisi et les E/S en service seront alors commutées, de même que l'horloge sera commutée sur le GPSDO, si bien sur les connecteurs IPEX correspondants sont bien raccordés.

Connexion Ethernet directe

Si vous devez raccorder votre Pluto en Ethernet avec un adaptateur USB/Ethernet et un Y OTG vous pouvez indiquer une adresse IP fixe dans le fichier config.txt.

ipaddr_eth = 192.168.1.220 par exemple, de façon a pouvoir le déclarer dans SDR-Console.

Sur le PC Windows, rechercher les connexions réseau.

Clic droit "Propriétés", puis configurer le protocole IPV4 en lui attribuant une IP fixe, compatible avec celle déclarée pour le Pluto.

Vérifier la connexion par un "ping" en invite de commande DOS :

Microsoft Windows [version 10.0.19045.5131]
(c) Microsoft Corporation. Tous droits réservés.
C:\Users>ping 192.168.1.220
Envoi d’une requête 'Ping'  192.168.1.220 avec 32 octets de données :
Réponse de 192.168.1.220 : octets=32 temps<1ms TTL=64
Réponse de 192.168.1.220 : octets=32 temps<1ms TTL=64
Réponse de 192.168.1.220 : octets=32 temps<1ms TTL=64
Réponse de 192.168.1.220 : octets=32 temps=6 ms TTL=64
Statistiques Ping pour 192.168.1.220:
    Paquets : envoyés = 4, reçus = 4, perdus = 0 (perte 0%),
Durée approximative des boucles en millisecondes :
    Minimum = 0ms, Maximum = 6ms, Moyenne = 1ms
C:\Users>

Arduino-Nano

Il est à programmer avec le firmware que nous avons développé pour le GPSDO du REF.

Le code binaire sera mis en téléchargement.

Le boîtier

L'ensemble Pluto plus carte d’extension nécessite un boîtier plus grand.

Avec F1UPL, nous avons déterminé un modèle en impression 3D, fichiers STL sur demande.

Pré-assemblage de la carte

Le pré-assemblage de la carte est en cours et un kit sera mis à disposition à la boutique du REF.

Montage de la carte

Souder sur le circuit imprimé du Pluto le connecteur du bus GPIO livré dans le kit/

Monter la carte mère du Pluto dans la boîtier.

Les composants CMS de la carte d'extension sont posés, il ne reste plus que le module GPS et l'Arduino à monter.

Le GPS se fixe par deux petites vis de 2/2.5 mm et deux entretoises à ajuster. Souder le connecteur après avoir replié le broches à 90 degrés.

L'Arduino est lui aussi à souder, seulement les pins cerclés sur la face arrière du circuit imprimé.

Raccorder les connecteurs IPEX des liaisons RX2 et CLOCK-IN entre la face arrière de la carte et le Pluto ainsi que le connecteur IPEX/SMA pour la sortie TX2.

Ces connexions IPEX sont assez délicates.

Conseil : Souder les Leds par la face TOP une fois la carte d'extension positionnée sur le Pluto et fixée dans le boîtier, une entretoise de 11 mm et un vis sont inclues dans le kit.

Bien sur, accorder l'OLED et monter votre connexion PTT appropriée sur le connecteur située en bas de la carte.

Kit en connexion Ethernet prêt à l'emploi avec un ampli chinois 40 dB/1W en émission 2,4 GHz.

Synchronisation du GPSDO

L'asservissement de la fréquence de l'horloge externe par le GPS peut prendre un certain temps lors de la première mise sous tension, et dépend aussi des conditions de réception des satellites. Une antenne GPS externe est nécessaire.

En plus de l'affichage sur l'écran OLED, deux Leds, Phase et Lock, visualisent l'état de cette synchronisation.

Dès la réception d'un satellite, le programme peut afficher l'heure, mais pour une triangulation précise de la position, au moins trois satellites sont nécessaires et cela peut prendre un certain temps.

La Led "Phase" visualise la comparaison de phase faite entre le signal issue du GPS et celui provenant du VC-TCXO 40 MHz.

Cette petite vidéo montre la capture et le verrouillage de la fréquence.

L'intégration stabilisée du signal de comparaison de phase va permettre le verrouillage de la fréquence du VC-TCXO.

La Led "Lock" elle ne sera stabilisée que si cette tension issue le comparaison de phase est stable ET si le nombre de satellites reçu est supérieur ou égal  à trois.

F1TE