В этой статье я расскажу о том, как я чинил и модернизировал довольно редкий и несколько необычный советский радиоприемник «Электроника 26–01», и о том, какую «тайну» скрывает его управляющая микросхема.
Приемник
«Электроника 26–01» — советский портативный радиоприемник с часами, выпускавшийся малосерийно как минимум с 1984 года. Сколько их было произведено — неизвестно, но, вероятно, что не больше 10 тысяч штук.
Главная особенность приемника — он имеет синтезатор частоты! За счет этого у приемника есть возможность сохранять в памяти (ОЗУ) частоты радиостанций (7 СВ + 7 УКВ), а частота настройки поддерживается стабильной. Насколько я знаю, в СССР таких бытовых приемников было всего два — этот, и автомобильный «Круиз-203». Привычной ручки настройки частоты тут нет, есть только кнопки перемещения шагами по частотам вверх/вниз.
Про приемник можно почитать у Сергея Фролова: ЖЖ / leningrad.su и в этом музее, хотя в целом информации про него в сети мало.
К сожалению, у меня нет фото своего не модернизированного приемника, так что вот фото с сайта Сергея Фролова:
Судя по всему, этот радиоприемник во многом скопирован с Sony ICF‑M10:
На передней панели приемника хорошо видно часы, которых, очевидно, у Sony нет. Часы тут сделаны в виде отдельного модуля, управляются своими четырьмя кнопками, питаются от отдельной батарейки 1.5В (крышку ее держателя видно справа). В часах имеется будильник, который может включать радиоприемник (включается станция, соответствующая 7 кнопке).
Интересно, что в инструкции и некоторых буклетах приемник описан как «Часы‑будильник с радиоприемным устройством», да на самом корпусе в списке справа «РАДИО» идет последним пунктом:)
К сожалению, часы — это просто часы, несмотря на то, что у приемника есть синтезатор частоты, и, соответственно, довольно развитая цифровая часть, индикации частоты настройки на дисплее нет. В свое время (еще в конце 90х), когда этот приемник попал ко мне в руки, меня это несколько разочаровало.
Приемник внутри имеет довольно плотную компоновку, не характерную для советских бытовых радиоприемников:
Электроника приемника содержит две печатные платы, на одной находится большая часть компонентов, на второй — меньшая часть (в основном, связанная с приемом СВ).
Металлизация на платах только с одной стороны. Снизу приемника должна располагаться магнитная антенна, но в моем приемнике ее крепление сломалось, и я ее снял. Судя по маркировкам деталей, приемник выпущен где‑то в 1986 году, так что ему уже около 40 лет. Хорошо видно, что разработчики не пожалели провода МГТФ, обе платы и часы соединяются друг с другом тоже через кучу таких проводов:
Хорошо видно металлические экраны довольно позорного вида, закрывающие часть платы, насколько я понял, это именно заводские доработки. Красный светодиод рядом с микросхемой служит для индикации настройки на станцию — его свет проходит через окошко‑точку на LCD часов (его видно рядом с кварцевым резонатором):
Модуль часов также содержит выключатель приемника, так что проводов к нему идет много — 6, (на этом фото не хватает еще двух слева).
Интересно, что такой же модуль (2.819.058) использовался в приемнике «Сигнал РП-206».
Возможно, что похожий модуль часов использовался в глобусе «Rahu-87».
На плате модуля часов можно видеть несколько неиспользованных контактных площадок. Я обнаружил, что они нужны для включения на LCD дополнительных элементов в секторе справа — можно включить «заливку» точки и стрелок по отдельности, и включить буквы «У»/«С» (вероятно, УКВ/СВ) и знак стереорежима.
Модернизация приемника
Зачем вообще модернизировать этот приемник?
Первое — этот приемник рассчитан на прием УКВ станций советского диапазона (65,8–73,5 МГц), сейчас тут вещания вообще практически нет (одиночные станции). На СВ в Подмосковье днем тоже ничего не принимается. Получается, что приемник бесполезен, частично его можно оживить, используя специальный внешний понижающий конвертер радиосигнала, но все равно весь современный УКВ радиоэфир (87,5–108 МГц) перекрыть не удастся — ведь приемник имеет диапазон перестройки < 8 МГц.
Второе — мне хотелось все же сделать индикацию частоты, на которую настроен приемник.
Какие способы переделки приемника есть?
Традиционный для практически всех советских бытовых приемников способ перестройки колебательных контуров приемника на более высокие частоты («перетяжка») здесь абсолютно непригоден — синтезатор частоты на цифровом уровне подстраивает частоту, а эталоном частоты служит кварцевый резонатор.
Радикальная переделка приемника. Долгое время я думал про как раз про нее — по сути, из приемника вынимается вся родная электроника, и вместо нее устанавливается современная, к примеру, на базе SI4732.
Достоинства — можно получить хорошие характеристики, прием КВ и даже SSB, RDS, в корпусе много свободного места.
Недостаток один, но серьезный — от оригинального редкого приемника остается только корпус.Можно отключить родной синтезатор частоты (PLL), и поставить внешнюю микросхему, управлять ей можно будет с дополнительно микроконтроллера.
Сделать что‑то с родным синтезатором частоты?
Во всех трех последних случаях предполагается, что модуль часов будет заменен новым LCD, на котором и будет отображаться частота настройки.
Проведя определенные исследования, решил пойти именно по четвертому пути. Отмечу, что СВ диапазон мне был не интересен, так что с ним я ничего не делал.
Немного теории работы радиоприемников
Этот приемник работает по принципу супергетеродина: входной сигнал (с антенны) немного усиливается и смешивается с сигналом дополнительного генератора (гетеродина). Гетеродин настроен на частоту, отличающуюся от частоты приема на некую величину, в УКВ приемниках традиционно это 10.7 МГц. Смешивание сигналов (перемножение) приводит к переносу принимаемого сигнала как раз на частоту 10.7 МГц, ее называют промежуточной частотой (ПЧ/IF). Далее сигнал пропускают через достаточно узкополосный фильтр на 10.7 МГц, в результате чего все сторонние сигналы отсекаются. После этого сигнал усиливают (основное усиление — как раз здесь), и подают на детектор/демодулятор, в данном случае — выделяющий частотную модуляцию (ЧМ‑детектор). В результате получается сигнал звуковой частоты, который остается только усилить.
В некоторых случаях УВЧ может отсутствовать.
Замечу, что и в простых «аналоговых» приемниках, и в приемниках с синтезатором частоты схема остается той же, меняется только устройство гетеродина, частота которого прямо определяет частоту приема.
Основа гетеродина традиционно — колебательный контур на базе LC цепочки.
В некоторых аналоговых приемниках переменный конденсатор этого колебательного контура напрямую соединен с ручкой настройки.
Стоит отметить, что на УКВ используются относительно высокие частоты, и там небольшое отношение максимальной частоты к минимальной (в пределах диапазона), что означает, что в колебательном контуре гетеродина можно использовать переменные конденсаторы небольшой емкости. А такой конденсатор можно заменить специальным диодом — варикапом, емкость которого зависит от приложенного напряжения. Получается ГУН/VCO — генератор, управляемый напряжением.
Ну а напряжение уже можно изменять разными способами. Самый простой — переменным резистором. Если взять несколько таких резисторов, и поставить после них переключатель, то можно сделать быстрое переключение между фиксированными станциями. Такой подход использовался раньше в некоторых стационарных радиоприемниках и телевизорах. Но и недостатки у такого подхода имеются — механические элементы настройки (переменные резисторы) не очень удобны в использовании, а частота настройки никак не контролируется и может изменяться при уходе параметров деталей (в то числе — от температуры) и при изменении питающего напряжения.
Этот же подход (ГУН) можно использовать для создания простого, «аналогового» приемника с автопоиском станций. В 90-е годы такие дешевые приемники с 2 кнопками были довольно распространены. Работает такая конструкция просто — при нажатии одной кнопки некая простая логика запускает зарядку конденсатора, соединенного с ГУН, и частота приема начинает расти. Когда попадается станция, зарядка конденсатора останавливается. Вторая кнопка разряжает конденсатор и сбрасывает частоту приема до минимума.
Если хочется получить цифровое управление, то напряжение на входе ГУН можно задавать при помощи ЦАП. Однако и этот подход не имеет обратной связи по частоте. Именно поэтому в приемниках и появились синтезаторы частоты (PLL) — аналогово‑цифровые узлы, предназначенные для контроля за частотой на выходе ГУН, и ее подстройки (путем изменения напряжения на входе ГУН) в соответствии с заданным значением.
Устройство приемника «Электроника 26–01»
Теория — хорошо, а как дела обстоят на практике с конкретным радиоприемником?
Из фотографий выше видно, что на основной плате установлены всего три микросхемы.
А1508ХЛ1 (КА1508ХЛ1?) — «мозг» приемника. Содержит в себе все цифровые части PLL и остальные цифровые части управления приемником, в том числе — ОЗУ, в котором хранятся сохраненные частоты радиостанций.
КР1507ИЕ1 — делитель частоты, используется для понижения частоты, приходящей с гетеродина. Микросхема А1508ХЛ1 сделана по довольно старой технологии CMOS, и может работать только на относительно небольших частотах (<5МГц), так что напрямую на нее сигнал с гетеродина подать нельзя.
A283D — специализированная микросхема для построения АМ/ЧМ приемников. Имеет прямые аналоги — К174ХА10/TDA1083. Странно, конечно, что в советском приемнике установлена иностранная микросхема, при том, что был советский аналог. Содержит в себе УПЧ, демодулятор ЧМ, УНЧ, и отдельные смеситель и гетеродин для приема АМ.
Вот и выходит, что вся логика работы и управление частотой гетеродина и частотой приема завязаны на редкую микросхему КА1508ХЛ1. Изначальный поиск документации на нее вообще ничего не давал. Кое‑где упоминалось, что аналогом (оригиналом?) является микросхема CX775A, но про нее тоже никакой информации не попадалось.
Как же ей можно управлять? Казалось бы, разработчики микросхемы рассчитывали, что приемник будет управляться с кнопок, так что и вся микросхема должна быть построена так, что и управление будет только с кнопок. В таком случае переделать приемник, используя эту микросхему, невозможно. Или все‑таки есть какой‑то обходной путь?
В ходе поисков я наткнулся на документацию на похожую КБ1508ХЛ4. Даташит небольшой, всего 3 страницы, и по ощущениям — какой‑то обрезанный, но в нем есть распиновка и структурная схема микросхемы. И в нем обнаружились обнадеживающие строки:
«Вход СОА определяет, происходит ли выбор адреса оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) по сигналам внешнего устройства в блоке регистра входной информации (низкий уровень на входе)»
А в распиновке были упомянуты:
«3 — установка в нулевое состояние регистра приема информации R; 4 — вход синхронизации регистра приема информации SYN; 5 — информационный вход регистра приема информации DRG».
Выглядит, как классическая синхронная последовательная шина данных.
Ну а из структурной схемы выходило, что используя эту шину, можно управлять настройками делителей PLL (про них далее), и, следовательно, менять частоту настройки приемника!
Однако никакого протокола в даташите не было, а без него ковыряться можно было очень долго.
И вот тут мне по‑настоящему повезло — вот тут я встретил скромную строчку: «Микросхемы, отмеченные „#4“, описаны в справочнике: Новаченко И.В.,Телец В.А.,Краснодубец Ю.А. Микросхемы для бытовой аппаратуры.Доп.четвертое.‑ М.:Радио и связь,1995 г.».
В сети эта книга нашлась, а в ней нашлось описание группы микросхем КБ1508ХЛ1/2. В книге микросхемам было посвящено 6 страниц, и во многом мне этого оказалось достаточно.
Интересный вывод, который можно сделать из этой картинки — версия микросхемы КБ1508ХЛ2 могла работать и в современном УКВ диапазоне. Это нужно было для экспортных вариантов приемников (которые так и не появились), или эта версия появилась уже в 90е — неизвестно.
Тут тоже есть структурная схема (хотя и более запутанно нарисованная, по сравнению КБ1508ХЛ4):
В описании выводов тоже есть:
«3 — вход установки в нулевое состояние регистра приема информации (CLR1); 4 — вход синхронизации регистра приема информации (IP1); 5 — информационный вход регистра (ID);»
Хотя названия выводов здесь отличаются.
Но главное — следующее описание протокола:
В случае управления синтезатором от внешних устройств информация о коэффициенте деления поступает на ДПКД с RG в параллельном 12-разрядном коде, а на RG — от внешнего управляющего устройства в последовательном 17-разрядном коде. При этом информация по разрядам распределяется следующим образом:
разряд 17 (первый бит информации в последовательной кодовой посылке) определяет работу ДПКД от RG или ОЗУ (лог. 1 — РВИ, лог. 0 — ОЗУ);
разряд 16 определяет канал работы синтезатора: лог.0 — диапазон дополнительно определяется сигналами по ISM‑ и ISF‑входам СО, лог. 1 — ЧМ‑канал;
разряды 15 — 13 определяют адрес ОЗУ, в который может быть занесена информация из RG: 000 — 0-й адрес, 001 — 1-й адрес, 010 — 2-й, 011 — 3-й адрес и так далее;
разряды 12 — 1 определяют код Kдпкд, 1 — 4 — код делителя A, 5 — 12 — код делителя N, причем при кодировании для ЧМ‑канала код для делителя N умножается на 10.
Веса коэффициентов деления соответственно по разрядам: 1–1, 2–2, 3–4, 4–8, 5–1, 6–2, 7–4, 8–8, 9–16, 10–32, 11–64, 12–128.
Регистр RG управляется внешними сигналами по входам IRI, ID и CLR.
В целом, из описания можно видеть, что для управления PLL нужно загрузить в его регистр конфигурации RG 17 бит данных. Далее часть из них используется для управления режимами приема, а часть (12 младших) задают два коэффициента деления, используемые для настройки PLL (ДПКД — делитель с переменным коэффициентом деления).
Отмечу, что некоторые вещи в документации описаны путанно, так что для описания принципа работы PLL пригодится другой документ.
Схемы на этот приемник, вероятно из‑за малой серии, в сети нет, а для модификации приемника она бы очень пригодилась. В какой‑то момент я подумал — а вдруг она есть на Sony ICF‑M10?
И поиски, внезапно, увенчались успехом, нашлась не просто схема, а Service Manual! Для приемника из начала 80х это очень хорошо.
Тут есть описание CX775A:
Интересно, что распиновка CX775A в основном совпадает с КБ1508ХЛ1, но вроде, я видел и некоторые различия. В Service Manual выводы 3–5 и возможность внешнего управления PLL вообще не упоминается. Так что совершенно непонятно, является ли КБ1508ХЛ1 копией CX775A, или сделана как совместимый аналог. Но можно отметить, что из существования КБ1508ХЛ2/4 можно предположить, что на Микроне эту микросхему далее модифицировали.
Нижний рисунок как раз показывает принцип работы PLL (на верхнем рисунке это все, что выше «Scan Counter». Слева на вход микросхемы поступает сигнал от гетеродина/ГУН, далее он подается на вход делителя (ДПКД). Также на микросхему поступает сигнал от кварцевого генератора, он подается на второй делитель (его коэффициент деления определяет минимальный шаг перестройки частоты и переключается при смене режима СВ/УКВ). Далее оба сигнала подаются на фазовый детектор, далее — на интегратор/фильтр, в результате чего формируется некое напряжение, которое можно подавать на ГУН. Получается, что PLL постоянно сравнивает частоту на своем входе с частотой кварца, и основываясь на результате, меняет напряжение на ГУН. Изменяя коэффициенты деления, можно менять частоту ГУН, а стабильность поддержания частоты будет определяться именно кварцем.
Интересный факт — почему‑то в некоторых рекламных буклетах про этом приемник прямо сказано, что у него микропроцессорное управление:
Но из структурных схем и описания CX775A/КБ1508ХЛ1 видно, что никакого процессора тут нет. Совершенно непонятно, почему так вышло.
В Service Manual есть и структурная схема приемника:
А вот тут уже видно серьезное отличие между Sony и Электроникой. IC1 (uPC1018C) немного похожа на A283D, но и имеет и определенные отличия — в ней нет ЧМ‑демодулятора и УНЧ, и здесь они сделаны на отдельных компонентах.
«OSC Q2» здесь — это как раз УКВ гетеродин/ГУН, красными стрелками я показал, как управляющее напряжение проходит к нему от PLL. Синими стрелками показано, как сигнал он гетеродина проходит к PLL.
В Service Manual работа предделителя (IC3 — uPB552C) совершенно не раскрыта. Важно то, что этот делитель включен так, что его коэффициент деления можно переключать, а сигнал для переключения поступает с управляющей микросхемы. В «Электронике» КР1507ИЕ1 имеет два варианта коэффициента деления — 40 и 44, и PLL переключает их, реализуя некое подобие ШИМ. В книге методика управления описана, но я не до конца уверен, что описана там корректно, так что опишу, как я понял ее сам.
Выше я уже писал, что в состав PLL входят два счетчика/делителя — один у кварца (ДОЧ), второй — переключаемый (ДПКД). Кварцевый резонатор в приемнике — на 3.6 МГц (совпадает со значением из книги). Также в книге упомянуто, что коэффициент деления сигнала с кварца в режиме УКВ — 144.
3.6 МГц / 144 = 25 кГц — это опорная частота, которая поступает на фазовый детектор. Представим, что сигнал с гетеродина имеет частоту 90 МГц, а ДПКД настроен на деление на 90.
В таком случае 90 МГц / 40 / 90 = 25 кГц, все совпадает, подстройка напряжения ГУН не нужна. Вот только шаг перестройки частоты при этом получается 40 * 25 кГц = 1 МГц. Это слишком много для УКВ диапазона, тут нужно хотя бы 0.1 МГц.
Если уменьшить коэффициент деления внешнего делителя в 10 раз, до 4, то частота сигнала на входе PLL подскочит до 22.5 МГц, а такая частота выходит слишком высокой для микросхемы. Именно поэтому разработчики микросхемы пошли на такой трюк с управляемым внешним делителем.
ДПКД на самом деле состоит из двух счетчиков — один 4-битный (A), второй — 8-битный (N), они упомянуты в описании протокола выше. Cигнал с N уходит на фазовый детектор, а сигнал с A используется для управления внешним делителем частоты. Максимальный и фиксированный коэффициент деления счетчика A — 10. Пока значение счетчика A ниже заданного коэффициента, на выходе управления внешним делителем — логическая 1, потом он переключается в 0, и счетчик A перестает считать до тех пор, пока счетчик N не досчитает до заданного значения. В таком случае на выходе действительно получается ШИМ, коэффициент заполнения которого напрямую зависит от значения, записанного в A, а средний во времени коэффициент деления внешнего счетчика выходит дробным, за счет чего и получается уменьшить шаг перестройки PLL до 0.1МГц.
Общий коэффициент деления ДПКД равен 40*N + 4*A. С точки зрения программиста тут все просто — в N записываем целые значения МГц желаемой частоты ГУН, в A — доли 0.1 МГц.
В итоге, я разобрался с протоколом управления PLL, аккуратно отпаял ножки 3–5 микросхемы и поднял их, и припаял к ним провода:
Провода я подключил к плате с ESP32, написал простую программу для загрузки заданных значений в регистр RG, поковырялся с логикой управления сигналом CLR1 — и ручное управление PLL заработало, шум приемника начал меняться!
Далее я столкнулся с ожидаемой проблемой — частота гетеродина не поднималась выше 96 МГц, что соответствует приему около 85 МГц. Требовалось доработать гетеродин, а для этого нужно было провести реверс‑инжинеринг платы. Он показал, что входные каскады приемника практически полностью совпадают со схемой Sony (ниже показана ее часть, связанная с приемом УКВ):
На Q2 здесь собран гетеродин, на Q1 — смеситель. D2 (варикап) + C125 + L102 образуют LC‑контур. Для перестройки его на более высокую частоту я заменил родной C125 = 7 пФ на SMD конденсатор 2 пФ, после чего предельная частота гетеродина стала 121 МГц. Приемник начал перестраиваться во всем современном УКВ диапазоне, но оказалось, что даже мощные станции принимаются плохо. Похоже, за долгие годы в приемнике возникла какая‑то аппаратная проблема...
Ремонт
Отмечу, что ранее мне никогда не приходилось серьезно ремонтировать супергетеродинные приемники.
Первым делом я решил измерить чувствительность приемника. Для этого нужен ВЧ‑генератор, в качестве него я использовал трансивер hackrf и программу SATSAGEN.
У ЧМ‑приемников чувствительность определяется хитрым образом — нужно сравнить на выходе приемника амплитуду сигнала и амплитуду шума (при этом в эфире должна быть ВЧ‑несущая). Момент, когда их отношение становится равным 20 дБ, и определяет чувствительность приемника.
Судя по моим измерениям, чувствительность «Электроники» вышла на уровне -50 dBm ~700 мкВ — это очень плохо. У простых приемников она должна быть на уровне 100 мкВ, хорошие современные <5 мкВ, а значение из инструкции к приемнику — 15 мкВ. Чувствительность была низкой и на родном диапазоне в районе 70 МГц.
Далее я пробовал подключать hackrf к выходу и ко входу усилителя ПЧ. hackrf использовался при этом как обычный SDR приемник. При этом я действительно видел на 10.7 МГц станции, но оказалось, что и довольно далеко от этой частоты видны станции, причем их уровни больше, чем на 10.7 МГц, что совершенно ненормально (там вообще не должно быть никаких сигналов).
Далее я сделал на базе трансивера Plutosky и программы SATSAGEN генератор качающейся частоты (ГКЧ), работающий в диапазоне 65–75 МГц. Сигнал на входе усилителя ПЧ анализировал этой программой. Получился вот такой график:
Хорошо видно, что форма графика (он показывает избирательность приемника) совершенно ненормальная — тут должен быть довольно узкий пик на 10.7 МГц, но тут, наоборот, есть провал на 10.7 МГц.
Реверс‑инжинеринг приемника, что керамический полосовой фильтр на 10.7 МГц тут только один — CF101 нет. Подключил hackrf на выход трансформатора TF1 (установлен после смесителя, и работает как полосовой фильтр), и получил такой график:
Видно, что пик находится не там, где нужно. Пробовал покрутить сердечник трансформатора — не вышло (все катушки в приемнике в принципе имеют дрянную конструкцию). Оставалось только менять конденсатор, соединенный с ним (на схеме у него нет номера и номинала). Выпаял конденсатор из своего приемника, его номинал оказался равным 82 пФ. Подбором конденсаторов я добился пика на 10.7 МГц:
Однако спектр сигнала на входе усилителя ПЧ остался все равно таким же паршивым — горбатым. Судя по всему, керамический полосовой фильтр на 10.7МГц CF102 сломался. Заказал новый (SFELF10M7HA00-B0). В итоге, после замены фильтра спектр радикально улучшился:
Однако в и таком режиме чувствительность приемника была низковата, так что я полез в сторону ЧМ‑демодулятора. Как я уже писал выше, в приемнике от Sony демодулятор устроен по‑другому, и схема тут уже больше не помогает.
В микросхеме A283D часть ЧМ‑демодулятора есть внутри, но часть — должна быть снаружи, на дискретных компонентах. Речь идет про фазовращатель, который должен иметь сдвиг фазы в 90 градусов в середине ПЧ (10.7 МГц). При отклонении частоты фаза на выходе фазовращателя будет пропорционально отличаться, и именно этот сдвиг должен обнаруживать фазовый детектор, входящий в состав A283D.
Схема этого фазовращателя примерно такая, в моем приемнике, насколько я понял, она аналогичная:
Попробовал я покрутить сердечник L7, звук стал ощутимо лучше. Кроме того, раньше я наблюдал на выходе НЧ какие‑то искажения синусоиды (при приеме ВЧ сигнала от hackrf), а подстройка помогла их убрать. Однако попробовал подстроить точнее — все, реакция на вращение пропала. Эх, лучшее — враг хорошего...
Поковырявшись с этой катушкой, решил ее выпаять и разобрать. Разобрал, и уже в конце разборки понял, что сломал ее(
Насколько я понял, это связано с тем, что все катушки в приемнике щедро залиты парафином, и при попытке выпаять катушку, парафин затекает внутрь, и попытка разобрать ее приводит к такому результату. Зато стало понятно, в чем проблема с сердечником — в пластиковом корпусе катушки на стенках в принципе не было резьбы, так что в одну сторону сердечник под давлением отвертки идет, а в другую — нет. Фото обломков катушки:
Слева — катушка до разборки; в центре — верхняя часть катушки, видно вкрученный в нее сердечник с углублением; справа — основание катушки, в его центре видно остаток — половину ферритовой «гантели», на которую и был намотан провод. Сердечник в данном случае не заходил внутрь обмотки, а просто приближался к «гантели». Восстановить катушку было невозможно. Покопавшись в своих запасах электроники, я нашел похожую на нее по размерам (часть видеомагнитофона). С ней мне повезло — даже по выводам она более‑менее вставала на место старой катушки. С трудом ее разобрал, смотал часть провода — чтобы получить индуктивность, близкую к оригинальной, потом еще при помощи конденсатора 150 пФ и hackrf проверил, есть ли резонанс на 10.7 МГц. Потом процедуру пришлось повторить еще раз, и в итоге LC контур вышел на резонанс на заданной частоте.
Поставил катушку в приемник — прием опять восстановился. Вращение сердечника явно давало определенный пик громкости сигнала. Однако прием лучше, чем при первом эксперименте, получить не вышло. Итоговая чувствительность вышла -70 dBm (~70 мкВ). Все еще меньше, чем заявлено в инструкции.
Я предположил, что может быть, есть какая‑то проблема с трансформатором L8-L9 (там тоже вращение сердечника не помогало). Долго пытался поддеть сердечник и выкрутить его — не вышло. Выпаял трансформатор, попытался разобрать — и тоже сломал, но тут у меня уже было предчувствие, что так и выйдет. Устроен от был аналогично, только на «гантелю» было намотано сразу два провода.
Аналогичным образом сделал новый трансформатор, но прием это не улучшило — чувствительность так и осталась на уровне -73 dBm (~50 мкВ).
Далее я решил проверить работу входных цепей приемника — «Trap board» и полосовой фильтр на L101. Работу этих узлов проверял, используя опять же harckrf + Plutosky + SATSAGEN (так как переноса частот тут еще нет, то SATSAGEN можно использовать напрямую, сразу с двумя трансиверами). И тут оказалось, что не перестроенные фильтры действительно ощутимо ослабляют прием:
«Trap board» я отключил, закоротив проводом катушку, а вот выпаивание L101 привело к росту шума при приеме (хотя провалы на спектре пропали). Оказалось, что доработать фильтр можно было просто — я снял один конденсатор, включенный параллельно C101 (в схеме Sony его нет), и немного подстроил сам C101. После этого чувствительность приемника ощутимо поднялась примерно до -90 dBm (~7 мкВ) — то есть, стало лучше, чем в инструкции.
Переделка приемника
Теперь, когда появилась возможность управлять частотой настройки программно, можно и приступать к переделке приемника — изготовлению новой управляющей электроники. Тут ключевая задача — сохранить корпус, не внося в него никаких доработок.
Главная делать, вокруг которой строится все переделка — новый LCD. Я решил, что в существующее окошко хорошо впишется индикатор 128×32, так и оказалось. Индикатор я решил использовать именно LCD COG, не TFT или OLED — для большей аутентичности. Подобрать подходящий по размеру было не просто. В итоге купил модуль JLX12832G-509-PC (на базе ST7567):
Как видно из фото, сам индикатор прикреплен к печатной плате, на ней установлены всего несколько компонентов. COG модуль (собственно, сам LCD) закреплен в пластиковом корпусе, являющимся рассеивателем света. Слева — пластиковая часть узла подсветки, мне пришлось ее отрезать, так как она мешала вставлять индикатор в корпус приемника. Так выглядит отпаянный LCD:
Следующая сложность — размещение кнопок под индикатором. Этот LCD заметно выше оригинального от часов, и отверстия кнопок оказываются прямо над нижним краем LCD, так что места под кнопки толком‑то и нет:
В итоге я заказал очень мелкие SMD кнопки SKRWAEE030 — 3,7*3,7*0,35 мм. Кнопки такого размера влезали в цилиндрические выступы в корпусе (их хорошо видно выше). Для кнопок пришлось сделать отдельную печатную плату толщиной 0.5 мм — она размещается между корпусом приемника и LCD.
Чтобы правильно нарисовать основную плату, я даже нарисовал верхнюю часть корпуса приемника в 3D.
В качестве MCU я поставил тут избыточный для этой задачи STM32F303CBT6 — так как изначально думал, что буду делать декодер RDS. Окончательная схема вышла такой:
Схема модуля управления приемником
Управление PLL — через площадки P7-P9.
Транзистор Q1 — управление подсветкой.
P3-P5 — контакты выключателя приемника (он разрывает землю).
В центре схемы — усилитель сигнала с выхода ЧМ‑детектора (ножка 8 A283D). Вполне возможно, что он сделан он кривовато.
Также я сделал измерение частоты, поступающей на вход PLL. Для этого нужен делитель R12/R13, сигнал с которого поступает на компаратор COMP2, встроенный в MCU. Негативный вход компаратора подключен к источнику опорного напряжения внутри MCU. Сигнал с выхода компаратора (PA7) заведен на вход TIM2_ETR (PA5).
В отличие от оригинальной платы, теперь к новой плате подключаются все 9 кнопок с верхней панели приемника. Это усложняет сборку приемника.
Печатная плата — самодельная двухсторонняя, изготовлена с использованием фоторезиста. Внешне собранная электроника выглядит так:
К сожалению, защитная маска на этой стороне кое‑где отвалилась.
Слева виден разъем, через который на плату можно подать внешнее питание, прошить MCU, туда же выведен UART. На плате часов в этом месте находятся контакты батарейки. Таким образом, в переделанном приемнике этот разъем будет находится в углублении для батарейки часов.
Так выглядит модуль со стороны LCD:
На плате справа от LCD видно SMD светодиод подсветки. Оригинальный светодиод с этого индикатора был намного ярче, но он бы синюшно‑белым, и я решил поставить яркий желтый светодиод — чтобы было больше похоже на оригинальную подсветку часов, которая вообще была сделана на микролампочке.
А так выглядит финальная сборка приемника:
Уже после сборки всех плат вместе я обнаружил, что кнопки переключения станций 1–7 работают очень плохо. Пришлось разобрать их:
Насколько я понял, мелкая деталь из фольги (2 сверху) должна была быть приклеена к пластиковой мембране (в центре фото). Но она отвалилась и кнопки стали работать неадекватно. Я почистил деталь с контактами и приклеил деталь из фольги к мембране. После сборки кнопки стали работать сносно.
Софт
В принципе, тут все очень просто и банально, так и как задачи у софта очень простые:
Отображение основной страницы
Обработка нажатий на кнопки
Измерение напряжения батареи
Управление PLL по событиям от кнопок
Измерение частоты сигнала, поступающего на вход PLL. Используются два таймера — в режиме Master/Slave. Первый задает интервал измерения времени, второй считает внешние импульсы
Измерение SNR пилот‑тона. В FM для передачи стереосигнала на частоте 19 кГц передается специальный узкополосный сигнал — пилот‑тон. Рядом с ним обычно нет аудиосигналов, так что MCU при помощи связки Таймер+АЦП+DMA захватывает в ОЗУ данные, а потом при помощи алгоритма Гёрцеля измеряет уровень сигнала на частоте 19 кГц и 20.5 кГц. Второй принимается за уровень шума, его значение фильтруется экспоненциальным фильтром. Дальше MCU просто вычисляет отношение этих сигналов.
У меня изначально были мысли сделать декодирование RDS‑данных из сигналов на выходе ЧМ‑детектора; используя программу RDS Spy я даже смог добиться какого‑то декодирования на ПК, но уже с собранной платой, работающей в качестве усилителя, декодирование в RDS Spy работало совсем уж плохо, и я бросил попытки. В первую очередь тут все проблемы связаны с тем, что из‑за особенностей работы ЧМ‑детектора сигнал на его выходе ощутимо ослабляется с ростом частоты — по моим измерениям уровень сигнала на частоте 57 кГц на 20дБ меньше, чем на 3 кГц.
В код прошивки я забил таблицу с названиями и частотами радиостанций, работающих сейчас в моей местности. Используя ее, приемник может показывать названия радиостанций. Решение очень грубое, но и очень простое.
При помощи одной из кнопок под экраном можно переключать режим работы кнопок движения по частотам — можно выбрать шаг 100 кГц, 1МГц, и переключение станций — по вышеупомянутой таблице.
Так выглядит новый экран приемника вблизи:
Общей вид собранного приемника:
Репозиторий с cофтом: https://github.com/iliasam/Elektronika2601
xirahai
Помню в юности видел этот приемник в каком-то из московских магазинов. Было желание приобрести, но не хватило денег. Впрочем и хорошо, ведь больше всего привлек ЖК экранчик. И только сейчас из этой статьи узнал что он оказывается только для часов, а частота не отображалась.