Receptor DSP

Embora existam diversos modelos de receptores DSP no mercado (AliExpress, eBay, Shopee etc.), alguns acabam por não suprir os requisitos de uma boa radioescuta em HF ou mesmo FM (Broadcast). Nesses casos, se torna interessante a montagem de projetos com características distintas, como suporte à recepção em SSB, ajuste de largura de banda, controle de AGC etc.

A ideia deste artigo surgiu inicialmente da publicação da biblioteca do Ricardo (PU2CLR) para o circuito integrado Si4735, no final de 2019. Diversos vídeos no YouTube mostravam uma excelente recepção e o grande diferencial de demodular sinais em SSB através de um patch no firmware, além de um circuito extremamente simples.

Outro módulo que merece destaque é o TEF6686 da NXP, muito utilizado em rádios automotivos, publicado por Sjef Verhoeven (PE5PVB). Apesar de possuir características comparáveis ao Si473x da Silicon Labs, infelizmente não possui suporte à demodulação SSB. Também podemos encontrar diversos vídeos deste projeto sob o nome de Receptor DSP Pro 3 (Thiago Lima).

Si473x (Si4735/Si4732) e Si4825

Nos testes iniciais foi utilizado um Arduino Nano com um conversor lógico de 5 V para 3,3 V, pois este CI, apesar de suportar tensão de 5 V na alimentação, não aceita essa tensão nos pinos do barramento I2C. Além do Arduino, podem ser utilizados microcontroladores STM32 e ESP8266/ESP32, desde que tenham disponível a interface de comunicação I2C e suporte à IDE Arduino para utilizar a biblioteca. Como prova de conceito, foi utilizado o exemplo SI4735_03_POC_SSB disponibilizado com a biblioteca e o Monitor Serial para enviar comandos.

Foram feitos vários testes em HF com uma antena Loop Magnética, constatando-se que a sensibilidade e a seletividade são muito próximas às de equipamentos comerciais, e até superiores utilizando a demodulação SSB. Nos testes iniciais, a antena foi conectada diretamente ao pino AMI através de um capacitor de 0,47 µF. Também foram realizados testes na recepção em FM (broadcast) utilizando um pedaço de fio de 10 cm conectado ao pino FMI, demonstrando boa sensibilidade para rádios mais distantes, embora essa banda não fosse o foco deste projeto. Os mesmos testes, realizados pelos amigos Cláudio (PP5CFL), Guilherme (PU5KNB), Pacheco (PP5AMP) e Rodrigo (PP5NW), também demonstraram excelentes resultados na recepção de estações de broadcast e de radioamadores em HF.

Vários rádios comerciais de fabricantes como Tecsun, XHDATA e Degen utilizam o Si4735. Também existe o Si4825, que não possui suporte a SSB e não necessita de um microcontrolador externo — muito utilizado em rádios da Motobras, apresentando a mesma sensibilidade e seletividade — e o SI4732-A10, que é um part number equivalente e também suporta o patch para recepção SSB, utilizando um encapsulamento mais fácil de se trabalhar. Todos estes part numbers utilizam internamente um LNA e um processador DSP para demodular os sinais de rádio amostrados por um ADC.

Circuito eletrônico Si473x

A montagem desse receptor DSP não apresenta nenhuma complexidade comparada a projetos analógicos baseados em CIs como o NE602, TA7358 ou circuitos Double Balanced Mixer, onde são necessários vários indutores e o acerto de capacitores para não ocorrer desvio de frequência devido a variações de temperatura. O clock do processador DSP é originado de um cristal de 32.768 kHz e dois capacitores de 22 pF — nada crítico, e sem nenhum indutor. L1 é uma antena de ferrite, somente para recepção em Ondas Médias (MW) e Ondas Longas (LW).

O BPF publicado pelo Ricardo (PU2CLR) consegue cobrir toda a banda de HF, utilizando a comutação através de uma chave eletrônica FST3253, que é controlada pelo Arduino.

Com o intuito de simplificar os testes, foi montado um BPF monobanda de 4 MHz – 8 MHz utilizando uma placa virgem de circuito impresso como base e alguns componentes de sucata. A principal diferença notada ao utilizar o BPF foi a melhora na recepção de sinais mais fracos e a redução parcial do ruído na recepção. Como eu não possuía em mãos os toroides Amidon, foram utilizados choques de RF com indutância próxima dos valores especificados.

Para o amplificador de áudio existem várias alternativas, como o TDA2822, LM386, KA2209, 8002D, TPA301 etc., e foi escolhido o LM386 devido à sua grande simplicidade. O Si4735 possui saída de áudio estéreo para a recepção em FM, portanto foi necessário juntar os dois canais (L+R) para utilizar somente um amplificador de áudio mono.

O amplificador de áudio é alimentado diretamente pela tensão de entrada, pois funciona tranquilamente com tensões entre 6 e 12 V, com um volume considerável para um alto-falante.

Montagens

Em relação ao esquema original foram adicionadas algumas modificações, mas nada complexo, e pode ser conferido na imagem a seguir:

No circuito completo é possível verificar todas as conexões do Si4735 e demais periféricos. O circuito referente ao Arduino não está representado, por ser possível conectá-lo diretamente a uma placa de desenvolvimento, sem modificações, utilizando apenas as GPIOs necessárias.

Seguem algumas fotos de montagem deste receptor baseado no Si4735, inicialmente utilizando PCB universal e o método Dead Bug:

Posteriormente, foi adquirida a PCB RADIO DSP PRO, desenvolvida pelo colega Thiago Lima, utilizando como base o projeto desenvolvido por Ricardo (PU2CLR) e Gert Baak.

Firmware

Após inúmeros testes de versões de firmware para a versão touch baseada em ESP32 e Si4732, e ajustes de Mateus (PP5FMM), chegamos a uma versão estável com alguns recursos bastante interessantes, disponibilizada no GitHub.

Firmware for SI473x based receiver – QEX Team

Agradecimentos

Não poderia deixar de agradecer a Ricardo (PU2CLR) por disponibilizar a biblioteca Arduino para o Si4735 e toda a sua vasta documentação, e a Mikael (PU5FON) por buscar os CIs Si4735 e entregá-los ao nosso grupo de amigos. Também não poderia deixar de fora todas as experiências e trocas de ideias com Cláudio (PP5CFL), Guilherme (PU5KNB), Mateus (PP5FMM), Pacheco (PP5AMP) e Rodrigo (PP5NW) durante o desenvolvimento do projeto, e Thiago Lima, por fornecer a PCB para a montagem baseada em ESP32 e TFT touch.

Referências

• Firmware QEX Team PP5FMM PP5MGT
• PU2CLR SI4735 Library for Arduino
• PU2CLR SI4735 Library for Arduino (source)
• Band Pass Filter controlled by Arduino
• ELEKTOR. England: Elektor International Media, set. 2010.
• SI47XX para radioescutas
• Si47XX for Radio Experimenters
• RECEPTOR FM/OM/SW (AM SSB e CW) com SI4735 protótipo
• Mini Curso 00 – Dicas para iniciar um projeto de rádio baseado no SI47XX da Silicon Labs
• Mini Curso 01 – Biblioteca Arduino para Si4735
• Biblioteca Arduino para o SI4735 com suporte SSBRX
• SI4735 PROJECT – Etapas de desenvolvimento e montagem
• Radio DSP on the board demo
• Si4735 – Removing the loud click in the speaker during power down and power up
• RECEPTOR SSB ARDUINO NANO SI4735 protótipo
• Orientações de uso da biblioteca Arduino para o Si4735
• Multi-Band Receiver on a Chip Controlled by Arduino
• SI47XX for hobbyists ([email protected])
• SI4735 Radio with OLED Display and SSB receiving
• SI4735 Radio KIT – SSB Test
• SI4735 radio KIT (AM FM LW SW SSB)
• Thiago Lima (YouTube)