Control & VFO circuit based on PIC microcontroller and DDS for QRP Iler 40 (In English).

This is my first post in English, so please excuse me if I have mistakes in redaction. The idea is to continue improving with each publication.

My goal is to develop a VFO based on DDS and PIC microntroller for the famous QRP kit Iler 40 (by Spanish amateur radio EA3GCY). Originally, this kit uses VFO with a variable capacitor (polyvaricon) to control frequency, with a range about 30kHz to 50kHz (portion of 40 meter band). EA3CGY offers a very effective DDS kit that lets use the entire band, but I decided to built my own version with more functions that are not considered on this kit. This is my homebrew Iler 40 QRP. In this post, I´ll show you schematics, give .hex program to load in microcontroller and advices to complete the transceiver.

Fig. 1 My version of Iler 40 QRP, with Control & VFO circuit based in DDS and PIC microcontroller.

My version include:

    • Rotary encoder knob to control frequency, in steps of 0.1kHz, 1kHz and 5kHz, selected by push button.
    • Up and Down push button to move frequency with accuracy.
    • SSB receiver clarifier. It permit to move frecuency in receiver RX mode, without affect transmission TX frequency (RX offset). With this function we can to receive stations with TX frequency shift.
    • 3 easy access and save/erase frequencies memories (M1, M2 and M3), loaded to internal flash memory in the microcontroller.
    • Digital thermometer, directly in contact with power stage heat sink. In future, I´ll build a litle circuit to control a fan to dissipate heat, special to use in a large QSOs.
    • ATT  (RX attenuation for receive local stations) and AMP (PTT to switch RX/TX external linear amplifier), both controlled by push buttons.
    • RSSI RX display with barrs and S-scale  direct lecture.
    • DC supply voltmeter, with indicator Low, Good or High.

I implemented the idea showed in Fig. 2. I have my Iler 40 kit without VFO coil L6 (to eliminate oscillator stage), and a DDS module generates VFO RF signal. For more information about DDS fundamentals, you can view my post about it (only in Spanish, at yet).

This DDS VFO requires a frequency offset of 4913,52 kHz (defined by pass frequency of SSB filter in Iler 40 PCB). When I turn on my QRP, I can adjust this offset if it would be neccessary (I have to push one button to access offset configuration… but now I don´t remember wich button, jejejeje… it could be ATT button… as soon as possible I will complement this information, or you can try with all of them).

If you want to build this version QRP Iler 40, you would read this document about connection between Iler 40 and external DDS VFO.

Fig. 2 General idea of this setup. We can see the connections between boards in my Iler 40 version. Click to view in details.

Fig. 3 shows schematic of control unit, and Fig. 4 let to know pinout used un this setup. In Fig. 5 you can see how to connect rotary encoder and push buttons.

Fig. 3 Control unit schematic, based on PIC16F877A and DDS module with AD9850. Click to view in details.
Fig. 4 Connections between Iler 40 and my homebrew control unit. Click to view in details.
Fig. 5 Push buttons and rotary encoder connections. Click to view in details.
Fig. 6 General view of muy setup.

It´s neccesary to avoid long wires with digital signals close to Iler 40 board, because RX stages are sensitive to EMI. Special care with LCD wires. Usefull idea would be to put both PCBs (Iler 40 and control unit + LCD) in different metallic boxes (Faraday´s boxes), with RF wires with ground shield (coax) and digital ones as short as possible, and far to analog wires.

To program PIC16F877A, download this .HEX file and upload to PIC microcontroller with your favorite programmer (I´m using PiCkit 3). While you are programming this target, jumper J6 must to stay open. After load software, close it.

Download .HEX file to load in PIC16F877A

In this video, I made a RX test, usign a End Fed Half Wave antenna put at 2 meter above the floor. When I put my phone (camera) close this transceiver, EMI produce noise.

Because my antenna is no ideal (SWR too high) in this video, I don´t used TX mode (PTT stayed open), but with dummy load and my NISSEI RS-50, I metered output power about 4W P.E.P., when supply voltage is about 12.5 [V].

I really love this QRP kit (to buy one, visit www.qrphamradiokits.com), and with my control unit & VFO is perfect for me!!.

I´m glad to receive your comments.

Best regards (73´s),

Emerson

CD3EMT

Construcción de un transceptor para la banda de 40 metros B.L.U. de bajo costo.

(Homebrew SSB 40 meter band transceiver, based on ILER 40 kit and DDS VFO)

Hace ya bastante tiempo que quería probar el ILER 40, kit transceptor SSB para la banda de 40 metros desarrollado por EA3GCY, pues se trata de un circuito bastante simple con muy buenos comentarios en foros de radioafición. El diseño original utiliza un oscilador local basado en cristal de cuarzo, al que se varía levemente la frecuencia a través de condensador variable (polyvaricon). Construyendo tal cual el Iler 40 obtuve un resultado bastante bueno, destacando el bajo consumo de energía (ideal para operar con baterías) y mínimo nivel de ruido (al no tener circuitos digitales, es bastante silencioso en RX). Sin embargo, el control de la frecuencia de operación no es del todo adecuado, pues el rango de frecuencias que abarca en VFO es de no más de 40 kHz (muy inferior a los 300 kHz de toda la banda) y no cuenta con una visualización de esta. Además, quiero disponer de acceso rápido a frecuencias de uso habitual, como lo son los 7.050 kHz (Frecuencia Nacional de Encuentro), 7.085 kHz (Red Nacional de Emergencias de Chile), 7.148 kHz (Rueda de la Amistad), las que quiero almacenar en memorias fácilmente reconfigurables. Otro aspecto importante es que necesito disponer de un «Clarificador» SSB, donde pueda desplazar la frecuencia RX sin afectar la de TX, para así recibir en forma adecuada aquellas estaciones que estén desplazadas en frecuencia.

Todas estas mejoras se pueden hacer en forma rápida, sencilla y económica si utilizamos como VFO un sintetizador digital directo. En el comercio encontramos el módulo DDS basado en el chip AD9850 de Analog Devices, con un generador de reloj de 125 MHz. Como resultado, obtuve el transceptor mostrado a continuación:

Estación QRP para 40 metros, B.L.U., basada en kit Iler 40. (SSB QRP Station, 40 meter band, based on Iler 40 kit).

Vamos a construirlo….

Básicamente, lo que debemos construir es un sintetizador de frecuencias que cubra un rango adecuado como oscilador local. La frecuencia intermedia en TX y RX del Iler 40 es F.I. = 4.913 kHz, y a través de ensayos he observado que la frecuencia óptima de OffSet para el VFO es de 4.913,52 kHz (desviación adicional que permite óptimo ajuste al filtro para banda lateral inferior). Por lo tanto, la frecuencia de salida del VFO debe variar entre (7.000 + 4.913,52) kHz y (7.300 + 4.913,52) kHz para cubrir toda la banda de 40 metros (7.000 a 7.300 kHz). A través de la programación del microcontrolador se puede extender levemente el rango de operación, pero ya estaría fuera del rango de frecuencias para radioaficionado. Pruebas técnicas me confirman que el Iler 40 anda bien entre los 6,8 y 7,3 MHz. También es posible reducir el rango de operación a sólo aquel en que se trabaja fonía SSB.

El centro de nuestro diseño será el sintetizador digital directo AD9850 de Analog Devices, el que adquirí en forma de módulo que incluye el generador de reloj a 125 MHz y filtro elíptico anti-alias. Estará comandado por el microcontrolador de Microchip PIC16F877A (mi viejo caballo de batalla). Utilizaré un display de 20×4 caracteres, pulsadores (botones) y el codificador rotatorio de bajo costo KY-040 para el dial principal.

Conexiones entre Iler 40 y el hardware diseñado por mi para este transceptor (imagen extraída de mi post en inglés).

Más información sobre Síntesis Digital Directa en este link, artículo que publiqué en mi web hace algunos meses.

El circuito implementado es el que muestro a continuación:

Esquemático de la unidad de control, construida en base al microcontrolador PIC16F877A y el sintetizador digital directo AD9850. (Haz click sobre la imagen para ver detalles).
Conexionado botones y Rotary Encoder KY-040.
Conexionado entre unidad de control y módulo DDS. Salida filtrada de RF se conecta a pin L.O. (Oscilador Local) en Iler 40. Haz click para agrandar imagen.
Vista general del interior del transceptor.
Tarjeta de RF Iler 40, desarrollado por EA3GCY, con PCB con circuitos necesarios para operar el Iler 40 desde el microcontrolador. Más info sobre el Iler 40, visitar la web www.qrphamradiokits.com.
Vista de circuitos digitales de este QRP. Se observa tarjetas con DDS AD9850 y PIC16F877A.

Y en este link puedes descargar el archivo .HEX para programar el microcontrolador: QRP_40metros_VersionOctubre2018.

También construí una sencilla fuente de alimentación lineal de 12VDC 3A, a la que dispuse 2 jack de salida. Conecto este QRP en uno de estos jacks, mientras que el otro lo utilizo para el FT-817ND.

Interior de la fuente de poder lineal 12VDC 3A para QRPs.

La fuente anda bastante bien. Le puse un ventilador de 24VDC, pero alimentado directamente desde el puente rectificador (previo al regulador de voltaje), recibiendo unos 16VDC, con los que opera más lento y, por ende, menos ruidoso. El flujo de aire generado es suficiente para mantener una adecuada temperatura en la circuitería, especialmente en el transitor de paso de corriente (un TIP35C). Pronto publicaré detalles constructivos de esta fuente. ACTUALIZACIÓN: Este es el link con detalles de la fuente de poder.

Y bueno… una breve prueba RX con una antena de hilo largo. No lo hice operar en TX pues arriesgo el transistor de potencia, dada la elevada R.O.E. de esta antena. En todo caso, pruebas con carga fantasma me indican que el equipo entrega unos 4W P.E.P. sobre 50 Ohmios.

Notarás que el equipo hizo ruidos extraños cuando acerqué la cámara con que grabé este video. Ocurre porque la electrónica de RF no está apantallada (es una caja plástica!), lo que la hace sensible a ruidos electromagnéticos generados por fuentes cercanas, como mi teléfono celular.

Cuando el tiempo y el espacio me lo permitan, construiré una antena para 40 metros y les mostraré nuevos videos de este sencillo y efectivo transceptor SSB.

Si te animas a contruirlo y necesitas orientación, no dudes en escribirme.

Estaré atento a tus comentarios.

Saludos y buena semana,

Emerson Sebastián

CD3EMT