Sarebbe
il caso di dare un premio al progettista dell'Si4825, un
magnifico integrato che contiene tutto il necessario per ricevere la
banda FM, AM e SW e lo fa in modo meraviglioso; sfoggia alta
selettività, alta sensibilità e soprattutto stupefacente stabilità (una
volta sintonizzato su una frequenza non si riesce a fargliela cambiare
anche mandandogli aria calda addosso o toccandogli casualmente i pin).
Prima di proseguire vi invito a vedere questo video che rende evidente il passaggio netto da una stazione ad un'altra senza indecisioni o "sbavamenti" tipici delle radio analogiche, inoltre vi invito a notare la limpidezza del segnale audio.
Questo integrato è digitale ma usa il sistema di sintonizzazione a rotazione (potenziometro) tanto famigliare a molti appassionati di radio ricevitori, lo schema a blocchi del chip è il seguente:
Premetto che i componenti di contorno all'integrato sono ridotti all'osso ma questo non deve farvi cadere nella certezza che tutto funzionerà bene appena data l'alimentazione; il costruttore rilascia delle linee guida per fare la scheda, ma di questo non dovete preoccuparvi dato che ci ho già pensato io a progettarla cercando di rispettarle il più possibile e devo dire che ci sono riuscito dato che, a parte i problemi di adattamento tra antenna a stilo e ingresso LNA che mi hanno preso po' di tempo, non ha manifestato gravi malfunzionamenti generalizzati.
Le caratteristiche peculiari dell'Si48265 sono le seguenti:
Banda FM: 64- 109MHz
Banda AM: 504 - 1750 KHz
Banda SW: 2.3 - 28.5 MHz
Attenzione però che ogni banda (sia che appartenga alla FM, alla AM o alla SW) non può essere scansionata nella sua totalità con un unico giro di potenziometro ma va selezionata tramite una combinazione di resistenze come vedremo oltre.
Le bande FM, AM, la de-enfasi (FM) e lo spazio tra i canali (AM) usati in Europa sono le seguenti:
Dato che desideravo creare un ricevitore il più semplice possibile ho deciso di non implementare la banda SW in questo progetto.
Altre caratteristiche importanti dell'integrato sono:
Alimentazione: 2 - 3.6V
Assorbimento: 20 mA
Questa bassa alimentazione e il basso assorbimento permette di alimentare il chip con due batterie a stilo, io l'ho alimentato a 9V con una batteria piatta (ovviamente a bordo c'è un regolatore a 3.3 V per alimentare il solo Si4825) dato che ho usato l'LM386 come finale di potenza.
Schema elettrico:
La selezione delle bande viene effettuata dal gruppo di resistenze R2, R3, R4, R5 e R6, mentre la scansione di frequenza nella banda stessa viene effettuata dal potenziometro da 100K collegato al test point TP1 (TUNING). La commutazione tra la modulazione FM e AM viene effettuata dal deviatore collegato al test pint TP2 (collegando il pin 2 con il 3 si seleziona la FM, mentre ponticellando il pin 2 con il pin 1 si seleziona l'AM). Per maggior chiarezza fare riferimento allo schema dei collegamenti sotto:
L'application note AN738 fornisce delle tabelle dove sono riportate le bande di frequenza, la de-enfasi e il valore della resistenza (sul nostro schema la somma di R5 con R6) che deve essere usato per una specifica banda. Per l'FM la tabella è la seguente:
Quindi R5 più R6 deve essere 57K, per l'AM bisogna invece consultare la tabella seguente:
Occorrono 237K, questo valore deve essere pari alla somma di R4, R5 e R6, dato che il valore della somma R5 + R6 lo abbiamo già determinato è semplice ricavare R4:
R4 = 237K - (R4 + R6) = 237K - 57K = 180K
Per ultimo la somma delle resistenze vista dal pin 2 verso massa deve essere sempre, per tutte le possibili bande prescelte, pari a 500K (senza il potenziometro TUNING), da cui si determina R2 e R3 (che sono in parallelo):
R2 // R3 = 500K - (R4 + R5 + R6) = 500K - 237K = 263K
Ho dovuto utilizzare due resistenze in parallelo (R2 di 270K e R3 di 10M) per ottenere questo valore.
Attenzione, tutte le resistenze debbono essere dell' 1%.
Adesso passiamo alla parte più delicata del sistema, ovvero all'adattamento tra l'antenna a stilo e l'ingresso LNA. Premetto che nelle normali condizioni ambientali, dove si ascolta in genere la radio (ovvero dove il segnale delle emittenti è a livello normale), non servirebbe adattare lo stilo all'ingresso LNA, infatti basterebbe un pezzo di filo per ricevere praticamente tutte le stazioni. Il mio laboratorio è sito in una cantina che si trova sotto il livello stradale ed è circondata da cemento, tubi e cancelli metallici, lì il segnale è estremamente basso (addirittura non mi prende il cellulare) in quelle condizioni con questo ricevitore (ma anche con altre radio commerciali) si ricevono solo le emittenti più forti. Adattando lo stilo all'LNA come per miracolo le si ascoltano tutte come se si fosse in strada!
Ed ora una precisazione; il pin 6 dell'integrato deve essere collegato a massa per il buon funzionamento dell'LNA, questo vien fatto con un induttore (L2) da 4u7 che presenta una impedenza al segnale FM piuttosto alta tanto da non attenuarne il livello, in questo progetto la funzione di mettere a massa il pin 6 la fa L1 che serve anche per l'adattamento, quindi in questo caso L2 non va montato pena attenuazione del segnale AM che tramite L1 e L2 sarebbe posto praticamente a massa. Se non volete adattare lo stilo dovete montare L2.
Per determinare esattamente l'impedenza che vede il pin 6 verso lo stilo l'ho misurata con il NanoVna prima di montare l'S4825 come nella figura sottostante (per evitare che il cavo dello strumento funga da secondo braccio dell'antenna falsificando le misure, ho dovuto avvolgerlo per un paio di spire su un toroide di ferrite):
Con questa misura sono venuto a sapere sia l'impedenza dello stilo che la capacità parassita della pista nell'insieme, il valore letto è stato 150 ohm in serie con 16 pF a metà banda FM (97.8 MHz). Trasformando questa impedenza da serie a parallelo (conviene lavorare con risonanza parallelo per avere il Q più alto) ottengo una resistenza di 217 ohm in parallelo con 5.18 pF sommando a questa capacità quella dell'ingresso LNA dichiarata dal costruttore (5pF) ottengo una capacità complessiva di 10.18 pF che risuona, alla frequenza di 97.8 MHz, con L1 di circa 260 nH.
Il Q ottenuto e' sufficiente per i nostri scopi (- 0.7 dB a 97 MHz e -0.96 dB a 108 MHz).
L2 l'ho dovuta fare in aria perché non avevo l'smd di quel valore, comunque la sceda è predisposta per accogliere una induttanza smd di case 1210, L2 deve essere costruita con 14 spire di filo AWG 24 su supporto (aria) di 3 mm di diametro.
Notate che ho montato delle resistenze di 1/8 watt al posto di quelle smd, questo perché, purtroppo, c'è stato un errore da parte del venditore di componentistica che non mi ha spedito le resistenze smd di quel valore. Ricordatevi, comunque, che la sceda è stata concepita per accogliere sul lato rame solo componenti smd.
Per l'antenna AM è sufficiente una barretta di ferrite di materiale adatto a lavorare con le frequenze delle onde medie, il valore necessario non è critico e può andare da 180uH a 450uH, quella che ho fatto io ha una induttanza di 220uH.
Credo di avere detto tutto, qui trovate tutti i file necessari alla realizzazione del ricevitore. Le immagini sono state salvate con risoluzione di 600 d.p.i. Se usate la carta blu per fare lo stampato ricordatevi che la stampa va eseguita a specchio. ATTENZIONE, non usate flussante e protettivo per circuiti stampati di cattiva qualita', se lo farete probabilmente l'integrato non funzionera'.
Buon lavoro.
Fabio
Prima di proseguire vi invito a vedere questo video che rende evidente il passaggio netto da una stazione ad un'altra senza indecisioni o "sbavamenti" tipici delle radio analogiche, inoltre vi invito a notare la limpidezza del segnale audio.
Questo integrato è digitale ma usa il sistema di sintonizzazione a rotazione (potenziometro) tanto famigliare a molti appassionati di radio ricevitori, lo schema a blocchi del chip è il seguente:
Premetto che i componenti di contorno all'integrato sono ridotti all'osso ma questo non deve farvi cadere nella certezza che tutto funzionerà bene appena data l'alimentazione; il costruttore rilascia delle linee guida per fare la scheda, ma di questo non dovete preoccuparvi dato che ci ho già pensato io a progettarla cercando di rispettarle il più possibile e devo dire che ci sono riuscito dato che, a parte i problemi di adattamento tra antenna a stilo e ingresso LNA che mi hanno preso po' di tempo, non ha manifestato gravi malfunzionamenti generalizzati.
Le caratteristiche peculiari dell'Si48265 sono le seguenti:
Banda FM: 64- 109MHz
Banda AM: 504 - 1750 KHz
Banda SW: 2.3 - 28.5 MHz
Attenzione però che ogni banda (sia che appartenga alla FM, alla AM o alla SW) non può essere scansionata nella sua totalità con un unico giro di potenziometro ma va selezionata tramite una combinazione di resistenze come vedremo oltre.
Le bande FM, AM, la de-enfasi (FM) e lo spazio tra i canali (AM) usati in Europa sono le seguenti:
Dato che desideravo creare un ricevitore il più semplice possibile ho deciso di non implementare la banda SW in questo progetto.
Altre caratteristiche importanti dell'integrato sono:
Alimentazione: 2 - 3.6V
Assorbimento: 20 mA
Questa bassa alimentazione e il basso assorbimento permette di alimentare il chip con due batterie a stilo, io l'ho alimentato a 9V con una batteria piatta (ovviamente a bordo c'è un regolatore a 3.3 V per alimentare il solo Si4825) dato che ho usato l'LM386 come finale di potenza.
Schema elettrico:
La selezione delle bande viene effettuata dal gruppo di resistenze R2, R3, R4, R5 e R6, mentre la scansione di frequenza nella banda stessa viene effettuata dal potenziometro da 100K collegato al test point TP1 (TUNING). La commutazione tra la modulazione FM e AM viene effettuata dal deviatore collegato al test pint TP2 (collegando il pin 2 con il 3 si seleziona la FM, mentre ponticellando il pin 2 con il pin 1 si seleziona l'AM). Per maggior chiarezza fare riferimento allo schema dei collegamenti sotto:
L'application note AN738 fornisce delle tabelle dove sono riportate le bande di frequenza, la de-enfasi e il valore della resistenza (sul nostro schema la somma di R5 con R6) che deve essere usato per una specifica banda. Per l'FM la tabella è la seguente:
Quindi R5 più R6 deve essere 57K, per l'AM bisogna invece consultare la tabella seguente:
Occorrono 237K, questo valore deve essere pari alla somma di R4, R5 e R6, dato che il valore della somma R5 + R6 lo abbiamo già determinato è semplice ricavare R4:
R4 = 237K - (R4 + R6) = 237K - 57K = 180K
Per ultimo la somma delle resistenze vista dal pin 2 verso massa deve essere sempre, per tutte le possibili bande prescelte, pari a 500K (senza il potenziometro TUNING), da cui si determina R2 e R3 (che sono in parallelo):
R2 // R3 = 500K - (R4 + R5 + R6) = 500K - 237K = 263K
Ho dovuto utilizzare due resistenze in parallelo (R2 di 270K e R3 di 10M) per ottenere questo valore.
Attenzione, tutte le resistenze debbono essere dell' 1%.
Adesso passiamo alla parte più delicata del sistema, ovvero all'adattamento tra l'antenna a stilo e l'ingresso LNA. Premetto che nelle normali condizioni ambientali, dove si ascolta in genere la radio (ovvero dove il segnale delle emittenti è a livello normale), non servirebbe adattare lo stilo all'ingresso LNA, infatti basterebbe un pezzo di filo per ricevere praticamente tutte le stazioni. Il mio laboratorio è sito in una cantina che si trova sotto il livello stradale ed è circondata da cemento, tubi e cancelli metallici, lì il segnale è estremamente basso (addirittura non mi prende il cellulare) in quelle condizioni con questo ricevitore (ma anche con altre radio commerciali) si ricevono solo le emittenti più forti. Adattando lo stilo all'LNA come per miracolo le si ascoltano tutte come se si fosse in strada!
Ed ora una precisazione; il pin 6 dell'integrato deve essere collegato a massa per il buon funzionamento dell'LNA, questo vien fatto con un induttore (L2) da 4u7 che presenta una impedenza al segnale FM piuttosto alta tanto da non attenuarne il livello, in questo progetto la funzione di mettere a massa il pin 6 la fa L1 che serve anche per l'adattamento, quindi in questo caso L2 non va montato pena attenuazione del segnale AM che tramite L1 e L2 sarebbe posto praticamente a massa. Se non volete adattare lo stilo dovete montare L2.
Per determinare esattamente l'impedenza che vede il pin 6 verso lo stilo l'ho misurata con il NanoVna prima di montare l'S4825 come nella figura sottostante (per evitare che il cavo dello strumento funga da secondo braccio dell'antenna falsificando le misure, ho dovuto avvolgerlo per un paio di spire su un toroide di ferrite):
Con questa misura sono venuto a sapere sia l'impedenza dello stilo che la capacità parassita della pista nell'insieme, il valore letto è stato 150 ohm in serie con 16 pF a metà banda FM (97.8 MHz). Trasformando questa impedenza da serie a parallelo (conviene lavorare con risonanza parallelo per avere il Q più alto) ottengo una resistenza di 217 ohm in parallelo con 5.18 pF sommando a questa capacità quella dell'ingresso LNA dichiarata dal costruttore (5pF) ottengo una capacità complessiva di 10.18 pF che risuona, alla frequenza di 97.8 MHz, con L1 di circa 260 nH.
Il Q ottenuto e' sufficiente per i nostri scopi (- 0.7 dB a 97 MHz e -0.96 dB a 108 MHz).
L2 l'ho dovuta fare in aria perché non avevo l'smd di quel valore, comunque la sceda è predisposta per accogliere una induttanza smd di case 1210, L2 deve essere costruita con 14 spire di filo AWG 24 su supporto (aria) di 3 mm di diametro.
Notate che ho montato delle resistenze di 1/8 watt al posto di quelle smd, questo perché, purtroppo, c'è stato un errore da parte del venditore di componentistica che non mi ha spedito le resistenze smd di quel valore. Ricordatevi, comunque, che la sceda è stata concepita per accogliere sul lato rame solo componenti smd.
Per l'antenna AM è sufficiente una barretta di ferrite di materiale adatto a lavorare con le frequenze delle onde medie, il valore necessario non è critico e può andare da 180uH a 450uH, quella che ho fatto io ha una induttanza di 220uH.
Credo di avere detto tutto, qui trovate tutti i file necessari alla realizzazione del ricevitore. Le immagini sono state salvate con risoluzione di 600 d.p.i. Se usate la carta blu per fare lo stampato ricordatevi che la stampa va eseguita a specchio. ATTENZIONE, non usate flussante e protettivo per circuiti stampati di cattiva qualita', se lo farete probabilmente l'integrato non funzionera'.
Buon lavoro.
Fabio