Fishball RF "Expansion Board"

Satellite Interface, "DATV Companion"

V2

Préambule

Le SDR Fishball 7020 semble être à ce jour une des meilleures évolutions SDR pour prendre la relève de l'Adalm-Pluto, tant en terme de performances que de prix.

• Processeur + FPGA très puissant.

• Chip RF Analog Devices 60 MHz à 6 GHz AD9363 devenu un standard.

• Extension de fréquence avec le firmware TEZUKA de 47,5 MHz à 6 GHz.

• Connexion Ethernet intégrée.

Il existe deux modèles de Fishbal 7020 :

• Un sans amplificateur TX et le connecteur GPIO non monté.
• Un autre avec amplificateur TX de type PGA-1021+ de chez Mini-Circuits, donc ayant plus de gain à l'émission, et un connecteur GPIO 2x10 pin femelles installé.

La carte d'extension décrite ici permet de compléter ses fonctions pour transformer un Fishball 7020 "nu" en une plate-forme exploitable pour la DATV ou le trafic sur QO-100.

Seront juste à rajouter les préamplis ou LNA pour la réception et les amplis de puissance spécifiques aux fréquences utilisées et ceci d'autant plus facilement que l'on peut commuter par software les entrées RX1 et RX2 ainsi que les sorties TX1 et TX2.

Les fonctions de la carte

• GPSDO (GPS + VC-TCXO + asservissement logiciel).

• Distribution d'une référence 10 MHz interne et externe.

• Gestion automatique d'un LNA/LNB (13/18 V).

• Alimentation unique 12 V avec tous les rails de tensions nécessaires.

• Commutation TX/RX par relais incorporé.

• Un bus I2C pour des périphériques externes.

• Interface propre avec le Fishball.

Remarque : Les extensions RF indiquées sur le bloc diagramme ne font pas partie de cette description et sont données à titre indicatif.

La carte se « plugue » sur le Fishball par le connecteur GPIO avec 4 colonnettes de 20 mm x 2,5 mm.

Le schéma définitif

Alimentation

Utilisation d'un chip plus efficace pour l'alimentation 5V à découpage du Fishball, plus propre avec un circuit de sortie fortement filtré :

• Chip AP64532Q

• Rendement de 90% @5V-1A

• L4 = 6,8 µH

• L10 = 4,7 µH

• C22 = 100 µF polymère

• C7/C30/C32 = 22 µF en // pour diminuer la résistance interne.

Régulateur 3,3V LK112-33 pour l'alimentation du VC-TCXO et de sa logique associée.

Deux drivers CDCLVC1102

• U8 distribue le 40 MHz.

• U11 distribue le 10 MHz.

Chaque fréquence possède son buffer dédié.

C'est plus propre et très modulaire.

Les deux fréquences disponibles sur prises IPEX1

Alimentation LNA/LNB via câble coaxial

• Circuit RT5047 classique.

• Contrôle par le firmware.

• OFF/AUTO/13V/18V.

• Visualisation de la tension par LED.

Relais PTT

La fonction PTT est reconnue par les logiciels SDR actuels, SDR-TV, SDR-Console, DATV-Easy etc..

• Sorties isolées sur connecteur HE10 2,54 mm

• Visualisation PTT ON par LED.

GPSDO

Délivre un signal 40 MHz et 10 MHz contrôlé par asservissement software via le Fishball.

Un premier étage divise la fréquence par quatre pour fournir au fishball la fréquence de mesure.

Le module GPS fournit un 1 PPS dès l'acquisition des satellites.

le Fishball mesure l'erreur de fréquence par rapport au signal 10 MHz issu du VC-TCXO 40 MHz.

Un script du Fishball corrige progressivement VCXO_TUNE.

le TCXO assure une excellente stabilité à court terme.

le GPS corrige uniquement la dérive à long terme.

Une LED « LOCK » indique l'état de la synchronisation.

• Éteinte → attende des trames NMEA du GPS.

• Clignotant 1 seconde → Trames reçues, en attente de synchronisation.

• Clignotant 0,5 seconde → phase synchronisation.

• Allumée fixe → État synchronisé.

Interface I2C pour afficheur OLED

Un bus I2C permet en option de connecter un afficheur OLED de 1,3 pouce pour afficher les constantes du Fishball .

Il utilise un chip d'interface bi-directionnel PCA9306DCx (format VSSOP8) prévu à cet usage.

Deux autres lignes du bus GPIO sont configurées pour assurer une liaison externe de type UART via un chip translateur TXS0102VDCUR (format VSSOP8)

Firmware

Celui-ci sera le TEZUKA de F5OEO dont on télécharge l'image sur le site :

https://github.com/F5OEO/tezuka_fw?tab=readme-ov-file

Prendre la version adaptée au matériel fishball7020

L'image téléchargée est à copier sur une carte SD, comme indiqué :

https://github.com/F5OEO/tezuka_fw?tab=readme-ov-file#installation--use-the-sd-boot-mode

Logiciels utilisables

La carte d'extension, via le firmware TEZUKA, est gérée parfaitement sous SDR-Console/SDR-Television ainsi qu'avec DATV-Easy.

Routage de la carte.

Circuit Imprimé en Fr-4, 2 couches

Dimensions 51mm X 80mm, identique au Fishball.

Connexion de la carte d'extension au Fishball7020

Un premier connecteur JP1 de 2x10 pins assure la liaison logique entre les deux cartes. Si votre modèle de Fishball ne dispose pas du connecteur femelle, il sera nécessaire d'en souder un.

Le connecteur mâle de hauteur et longueur appropriées à la distance entre les cartes sera lui soudé sur la carte d'extension, positionné face opposée aux composants.

Deux connexions IPEX sont aussi nécessaires.

La première pour la connexion de l'Horloge 40 MHz par un câble coaxial IPEX-1 de 10 cm. Ce connecteur est à monter entre la prise CLK_EXT de la carte d’extension et la prise EX_CLK du Fishball. Voir photos.

La seconde connexion entre la sortie RX de l'injecteur 13/18V de la carte d'extension et l'entrée RX1 ou RX2 du Fishball7020 par un câble IPEX-1 ↔ SMA mâle de 10 cm de long.

Modification du Fishball 7020 pour passer en horloge externe.

Si une prise IPEX existe bien pour rentrer une horloge externe, elle n'est pas câblée, R109 n'est pas montée.

Fishball 7020 avec amplis TX

La résistance R107 de 33 Ohms est à déplacer et à souder sur l'emplacement R109 non câblé (NC). La prise SIG « EXT_CLK »sur le schéma sera alors bien raccordé au signal AD936X_CLK à la place du TCXO de la carte. Attention, résistance format 0402 qui mesure 1,0 mm de long par 0,5 mm de large. Il vaut mieux ne pas récupérer la résistance R107 lors de son dessoudage. Une fois la résistance enlevée, nettoyer les pads délicatement à la tresse à dessouder, décrasser la zone avec alcool et coton-tige et monter une résistance neuve en position R109.

Montage des prises IPEX-1

Pour monter ou brancher un connecteur IPEX-1 (aussi appelé U.FL), alignez-le bien droit au-dessus de la prise de la carte. Appuyez doucement vers le bas au centre jusqu'à entendre un petit clic. Ne poussez jamais de côté pour ne pas casser la broche

Étapes de connexion

• Aligner : Placez le connecteur mâle bien en face de la base femelle sur le circuit imprimé.

• Vérifier : Le sens doit être parfaitement vertical, pas en diagonale.

• Encliqueter : Appuyez avec l'ongle ou une petite pince souple jusqu'au clic.

Conseils importants

Ne tirez jamais directement sur le câble pour débrancher.

Ce petit connecteur supporte peu de branchements (environ 30 à 50 fois max).

Mise en boitier

Un boîtier en impression 3D a été conçu par Lev F4NJJ.

Liste des composants

Liste des composants téléchargeable en format CSV

Une cotation de la carte est en cours pour une carte assemblée avec tous les composants CMS soudés. Les quelques composants traversants seront fournis mais à souder soi-même.

Mais si votre fer à souder est impatient, j'aurai sous peu quelques PCB nus de cette dernière version à disposition.

A suivre.