Este projeto surgiu após iniciar uma prova de conceito da biblioteca para Arduino escrita pelo Ricardo (PU2CLR), disponibilizada em seu GitHub. Diversos vídeos no Youtube mostravam uma excelente recepção e o grande diferencial de demodular sinais em SSB através de um patch no Si4735, sem modificações no circuito. Nos testes foi utilizado um Arduino Nano com um conversor lógico de 5 V para 3,3 V, pois este CI apesar de suportar tensão de 5V na alimentação, o mesmo não se aplica aos pinos do barramento I2C. Além do Arduino, podem ser utilizados microcontroladores STM32 e ESP8266/ESP32, contando que tenha disponível a interface de comunicação I2C e suporte a 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 seletividade são muito próximas a equipamentos comerciais e até superior utilizando a demodulação SSB. Nos testes iniciais, a antena foi conectada diretamente ao pino AMI através de um capacitor de 0.47µF. Também foi testada a recepção em FM (broadcast) utilizando-se um pedaço de fio de 10 cm conectado no pino FMI, demonstrando uma boa sensibilidade para rádios mais distantes, porém essa banda não foi o foco desse projeto. Os mesmos testes realizados pelos meus amigos Cláudio (PP5CFL), Guilherme (PU5KNB), Pacheco (PP5AMP) e Rodrigo (PP5NW) também demonstraram excelentes resultados na recepção das estações Broadcast e de Radioamadores em HF. Como base de comparação na recepção, foi utilizado um Tecsun PL-600 e um Kenwood TS-590, ambos conectados na mesma antena Loop Magnética com diâmetro de 1,2m.
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Vários rádios comerciais de fabricantes como Tecsun, XHDATA, Degen etc 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 que também suporta o patch para recepção SSB, utilizando um encapsulamento mais fácil de trabalhar. Todos estes part number utilizam internamente um LNA e um processador DSP para demodular os sinais de rádio amostrados por um ADC.
Este artigo é uma compilação de informações utilizadas na montagem e desenvolvimento deste receptor, testes práticos, alguns adicionais como a montagem do amplificador de áudio e avaliação de um BPF (Band Pass Filter) para a banda de HF. Também foi utilizado como base o artigo The Elektor DSP radio publicado na revista Elektor, aproveitando a etapa de front-end para os primeiros testes e o circuito de alimentação do Si4735.
A montagem desse Receptor DSP não apresenta nenhuma complexidade comparada a projetos analógicos baseados em CI como o NE602, TA7358 ou circuitos Double Balanced Mixer, onde são necessários vários indutores e o acerto de capacitores para não ocorrer o 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 22pF, nada crítico, e sem nenhum indutor, já é possível obter uma boa sensibilidade e seletividade.
Para o front-end do pino FMI corresponde a banda de FM (Broadcast), foi utilizado um circuito bem simples conforme o projeto The Elektor DSP radio publicado na revista Elektor e no esquema de um Rádio Motobras.
Em HF, foram realizados diversos testes, inicialmente utilizando apenas um capacitor de 0,47μF conectado diretamente à antena, esta configuração se mostrou funcional, porém não muito eficiente no acoplamento de uma antena de 50Ω e o circuito utilizado no projeto do Gert Baak com um transformador de acoplamento obteve melhores resultados com a antena Loop Magnética.
Este circuito funcionou muito bem para a banda de HF, porém para a ondas médias (MW) e ondas longas (LW), os melhores resultados foram obtidos utilizando uma antena feita com um bastão de ferrite conectado diretamente ao pino AMI através de um capacitor de 0,47μF e GND. A antena de bastão de ferrite pode ser retirada da sucata de algum rádio AM/FM, não sendo crítico seu valor.
Como este receptor se tornou o protótipo, foi adicionada uma chave para utilizar o acoplamento direto através do capacitor ou com o transformador de acoplamento, possibilitando testes de BPF sem ter que abrir a caixa que abriga o circuito.
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 que foi notada ao utilizar o BPF é a melhora na recepção de sinais mais fracos e redução parcial do ruído na recepção. Como eu não possuía em mãos os toróides Amidon, foram utilizados choques de RF com a 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 a sua grande simplicidade. O Si4735 possui saída de áudio estéreo para a recepção em FM, logo 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 - 12V com um volume considerável para um alto-falante.
A alimentação de 3,3 V do Si4735-D60 é proveniente de um regulador de tensão linear LM1117-ADJ, com encapsulamento SMD 4-Pin SOT, entregando 800 mA. O mesmo regulador de tensão foi escolhido para alimentar o microcontrolador ATmega328 com 5 V. Também existem as versões de tensão fixa LM1117-5,0 e LM1117-3,3, dispensando os resistores externos para ajuste da tensão de saída. Outra vantagem deste regulador é o valor de dropout de 1,2 V, possibilitando alimentar o receptor a partir de 6,2 V (tensão mínima para fornecer 5 V ao ATmega328). Descartei o uso de qualquer tipo de regulador de tensão chaveado para evitar qualquer tipo de ruído de comutação no circuito.
Para controlar o Si4735, foi escolhido o microcontrolador ATmega328 de encapsulamento DIP-28 (PTH), o mesmo utilizado em um Arduino Uno, porém na configuração Arduino on a Breadboard. Também poderia ter sido utilizado o próprio Arduino Uno ou Nano, porém como eu possuía vários microcontroladores em estoque, acabei optando pela montagem diretamente na placa universal.
Como display, foi utilizado um LCD 20x4 com conversor I2C, aproveitando o mesmo barramento do Si4735-D60 antes do conversor de nível lógico.
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Entre o ATmega328 e o Si47-35-D60, foi necessário adicionar um conversor de nível lógico, convertendo o barramento I2C de 5 V para 3,3 V. Também é possível utilizar um Atmega328 com a tensão de alimentação de 3,3 V e clock de 8MHz, necessitando de algumas configurações adicionais na IDE Arduino. O circuito é bem simples, apenas um transistor MOSFET BSS138 e dois resistores. Também foi utilizado um MOSFET 2N7000 sem nenhum problema, que é encontrado com maior facilidade nas lojas de componentes eletrônicos e foi montado na mesma placa universal do ATmega328.
No circuito completo, é possível verificar todas as conexões do Si4735 e demais periféricos. O circuito referente ao Arduíno não está representado por ser possível conectar diretamente a uma placa de desenvolvimento, sem modificações, utilizando apenas as GPIO necessárias. O cenário ideal para mais recursos de firmware ou mesmo um display LCD colorido é utilizar uma placa Blue Pill (STM32F103C8T6), que possui mais processamento (ARM CORTEX-M3 de 32 bits) e baixo consumo de energia.
Na montagem final, é possível verificar que foi utilizado uma placa virgem de circuito impresso como malha de aterramento e base para as diversas placas (RF Si4735-D60, Atmega328, amplificador de áudio etc). Esta malha de aterramento é muito importante para eliminar os ruídos provenientes da parte digital do circuito. Esta técnica também é muito utilizada em placas de circuito impresso, deixando um layer como malha de aterramento.
Como o Si4735-D60 utiliza o encapsulamento SSOP24, foi necessário utilizar um adaptador DIP, possibilitando o uso de uma placa universal e para os primeiros testes em Protoboard. As ligações da etapa de RF do Si4735 devem ser as mais curtas possível. Para prova de conceito, foi possível o uso da Protoboard, porém com alguns ruídos do barramento I2C entrando na etapa de áudio.
Na placa de RF do Si4735 foi basicamente montando o BPF de FM (FMI), circuito de mute e fonte de alimentação de 3,3 V. Após a montagem sobre a PCB de aterramento, os resultados foram excelentes, gerando uma blindagem na parte inferior que diminuiu a diferença de potencial entre os pontos de aterramento. O acoplamento de HF (AMI) foi montado diretamente na PCB de aterramento.
A etapa de áudio do LM386 foi montada utilizando a técnica dead bug e a parte digital do Atmega328 em uma placa universal. Para conexão da antena, foram escolhidos conectores BNC, que são muito práticos e bem menores que os conectores UHF SO239.
Arquivos referentes a documentação e montagem do projetoMontagem realizada pelo Rodrigo (PP5NW) utilizando um display LCD touch e microcontrolador ESP:
Montagem realizada pelo Guilherme (PU5KNB) utilizando um display OLED e microcontrolador Atmega328 (Arduino Nano):
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 prototipo
Orientações de uso da biblioteca Arduino para o Si4735
MULTI-BAND RECEIVER ON A CHIP CONTROLLED BY ARDUINO
SI47XX for hobbyists [email protected]
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