Записки программиста

Вашему вниманию предлагаются рецензии на очередные десять прочитанных мною книг. В этот раз я читал книги о радио и цифровой обработке сигналов. Предыдущие рецензии можно найти по тэгу «Литература».

Digital Signal Processing and Software Defined Radio, Revised Edition
Albert F Peter (AC8GY), Dr. Jack Purdum (W8TEE)

Книга описывает SDR трансивер T41-EP. Название расшифровывается как «Teensy 4.1 Experimenter’s Platform» и часто сокращается до T41. Это обновленная версия книги, вышедшая в мае 2023. Платы трансивера V012 были доработаны по сравнению с теми, о которых рассказывается в книге, вышедшей годом ранее. Характерно, что на момент публикации книги платы и прошивка V012 еще находились в бете.

Помимо Teensy 4.1 в трансивере использованы модулятор и детектор Тейло на базе 74CBTLV3253, а также операционные усилители MC33078 (они чуть лучше NE5532), Si5351, АЦП PCM1808 и ЦАП PCM5102, TFT дисплей 800x480 с интерфейсом SPI на базе контроллера RA8875, а также УМ класса AB на паре транзисторов IRF510. Цифровая обработка сигналов основана на открытой (Apache 2.0) библиотеке CMSIS. Особое внимание авторы уделили самописному декодеру телеграфа.

Не скажу, что согласен со всеми решениями, принятыми в дизайне T41-EP. Также часть представленной информации почти наверняка неверна. Так авторы сообщают, что рассчитанные и измеренные ими аналоговые ФНЧ имеют вносимые потери в полосе пропускания около 3 dB. Такого быть не может. Несмотря на все это, книга в целом понравилась. Однако начинающим конструкторам я бы ее не рекомендовал.

Всех интересующихся самодельными SDR-трансиверами авторы приглашают в тематическую группу на groups.io. (А я, пользуясь случаем, приглашаю в тематический Telegram-канал.)

Understanding Digital Signal Processing, 3rd Edition
Richard Lyons

Эта книга несколько раз рекомендовалась в предыдущей наряду с The Scientist and Engineer’s Guide to Digital Signal Processing. Последнюю я читал, а первую нет. Было решено ознакомиться. В книге без малого 1000 страниц. Однако написана она простым и понятным языком. Существенная часть объема приходится на иллюстрации и упражнения.

Помимо классики на тему преобразования Фурье, FIR и IIR фильтров рассматриваются специальные DSP фильтры, такие как дифференциаторы, фильтры IFIR (interpolated FIR) и FSF (frequency sampling filter). Дифференциаторы используются для демодуляции ЧМ. FSF и IFIR фильтры интересны тем, что при определенных условиях обладают теми же характеристиками, что и FIR фильтры, но требуют меньше вычислительных ресурсов. Не в последнюю очередь книга ценна тем, что доступно объясняет математику, на которой основана DSP.

Особого внимания заслуживает последняя глава, посвященная различными «трюкам». Из нее вы узнаете, как вычислительно эффективно реализовать перенос частот на f_s/2 или f_s/4, где f_s — это частота дискретизации, посчитать FFT одновременно для двух действительных последовательностей сэмплов или одной последовательности удвоенной длины, а также про передискретизацию, дизеринг и быструю свертку.

Это лучший учебник по DSP, который мне встречался.

Communications Receivers: Principles and Design, 4th Edition
Ulrich Rohde, Jerry Whitaker, Hans Zahnd

Ликбез по беспроводной связи. Здесь рассказывается о прохождении, работе аналоговых и цифровых фильтров, о том, какие бывают приемники, смесители, генераторы, модуляторы и демодуляторы. Что такое чувствительность, избирательность и коэффициент шума, откуда берутся интермодуляционные искажения и зеркальные каналы, как бороться с пораженными частотами, и так далее.

Субъективно, «Communications Receivers» рассчитана на подготовленного читателя. Здесь много полезной информации, но дается она в сжатом виде, без глубокого разбора какого-либо отдельного вопроса. Хорошо подойдет тем, кто уже что-то знает о радио и DSP, однако хотел бы убедится в отсутствии пробелов в знаниях.

Think DSP: Digital Signal Processing in Python
Allen Downey

Легкое чтиво на предмет цифровой обработки сигналов в Python. Приводятся примеры использования NumPy, Matplotlib и SciPy. Объясняется, что такое спектр сигнала, алиасинг, свертка, весовая функция, и откуда берется spectral leakage. Приводится пример рисования спектрограмм на Python, а также как при помощи корреляции определить фундаментальную частоту периодического сигнала точнее, чем это позволяет FFT.

Еще здесь можно почерпнуть кое-какие знания о музыке. Например, каким нотам соответствуют какие частоты, сколько центов в полутоне, или что такое глиссандо и почему его можно сыграть на тромбоне, но не на фортепиано.

Книга лучше всего подойдет тем, кто уже что-то знает о DSP, и теперь хотел бы ознакомиться с возможностями Python применительно к соответствующим задачам. Также может представлять интерес для программистов, проявляющих интерес к музыке.

Любительские КВ трансиверы
Владимир Дроздов, RA3AO

Книга 1988 года. Основной интерес в ней представляет описание самодельного трансивера. Это аналоговый супергетеродин с одной ПЧ около 9 МГц. Основан на полупроводниковых компонентах, без ламп. Трансивер работает на прием и передачу в диапазонах 160, 80, 40, 30, 20, 15 и 10 метров, и только на прием в диапазоне 17 метров, в соответствии с регламентом тех лет. Есть частотомер и электронный телеграфный ключ. Выходная мощность в CW составляет 9 Вт, а пиковая мощность в SSB — 7.5 Вт. Аппарат весит 10 кг при размерах 277x163x340 мм.

ГПД устроен необычно. Предлагается сделать его на высокую частоту, 100+ МГц. В качестве колебательного контура используется отрезок самодельной жесткой коаксиальной линии, нагруженный на КПЕ. Это увеличивает добротность контура. Благодаря высокой частоте генератора коаксиальная линия получается короткой. Затем частота ГПД делится при помощи логических вентилей и сдвиговых регистров, и получается частота, нужная для конкретного диапазона.

В книге приводятся все схемы с объяснением их работы, чертежи печатных плат, кожуха и шасси, а также подробные инструкции по сборке и наладке устройства. Перечислены компоненты, которыми можно заменить рекомендуемые. Словом, есть все, что нужно для повторения проекта. Многим радиолюбителям действительно удалось его повторить. В наши дни объявления о продаже трансивера Дроздова нередко встречаются онлайн.

Любительская радиосвязь на КВ
Б. Г. Степанов, Я. С. Лаповок, Г. Б. Ляпин

Книга 1991-го года на 120 страниц. Представляет собой что-то вроде настольной книги радиолюбителя, только в конспектном изложении. Здесь объясняется прохождение на коротких волнах, приводятся схемы генераторов, усилителей, смесителей и фильтров, даются инструкции по изготовлению антенн, согласующих устройств, и т.д. Рассчитана на подготовленного читателя.

Для меня особый интерес представляли схемы на отечественной элементной базе, например, JFET’ах КП302, двухзатворных полевых транзисторах КП350, ферритовых кольцах М20ВЧ. Названные компоненты все еще вполне доступны на онлайн-барахолках. Также понравилась подробная инструкция по изготовлению гетеродина с температурной компенсацией. Теоретически, если запастись временем, деньгами и терпением, то можно собрать КВ-трансивер, используя только схемы из данной книги.

Приемники прямого преобразования для любительской связи
Владимир Поляков, RA3AAE

Книга 1981-го года на 80 страниц. Вопреки названию, рассказывает не только о ППП, а о конструировании КВ-приемников в целом, как прямого преобразования, так и супергетеродинов. Производится сравнение первых со вторыми, описываются их слабые и сильные стороны.

Помимо прочего, объясняется, что такое селективность и чувствительность, зачем в приемнике нужны аттенюатор и отключаемый УВЧ, откуда берутся пораженные частоты и зеркальные каналы, как рассчитать двухконтурные и трехконтурные полосовые фильтры, приводятся схемы подавления нежелательной боковой полосы, а также смесителей и усилителей.

Получился эдакий конспект самого главного, что нужно знать о конструировании приемников.

Трансиверы прямого преобразования
Владимир Поляков, RA3AAE

Что-то вроде продолжения предыдущей книги. На этот раз рассматриваются вопросы, связанные не только с приемом, но и с передачей. Книга вышла в 1984 году, объем составляет 140 страниц.

Особое внимание уделено фазовому и фазофильтровому методам формирования и приема SSB. Фазофильтровый метод интересен тем, что при работе на передачу любые побочные продукты оказываются в полосе сигнала. То есть, из-за погрешности в номиналах компонентов лишь немного ухудшается качество сигнала, но эфир при этом не засоряется, как в обычном фазовом методе.

Приводятся схемы генераторов, усилителей, смесителей, фазовращателей и компрессоров. Особенно интересными мне показались схемы смесителей на JFET (КП301, КП302, КП303, КП305) и встречно-параллельных диодах. Также понравились схемы минималистичных трансиверов на 4-5 транзисторах, или двух транзисторах и операционном усилителе.

Электромагнитная совместимость
И. В. Гончаренко (DL2KQ, RA3S), М. Н. Купин (R3AS)

Игорь Гончаренко широко известен, как автор книги Антенны КВ и УКВ. Оказывается, еще у него есть книга об ЭМС, написанная вместе с Михаилом Купиным.

Книга рассказывает о том, как при разработке своего устройства (например, трансивера) огородиться от окружающих помех, а также не создать помех другой электронике. Вы узнаете, как правильно разделить аналоговую и цифровую земли, как сделать эффективный развязывающий дроссель, а также чем hourglass фильтры отличаются от фильтров Чебышева 2-го типа и эллиптических фильтров. Больше всего понравилась последняя глава про молнии и защиты от них.

Из минусов книги не могу не отметить переплет. Он разваливается после первого прочтения. «Антенны КВ и УКВ» имеют ту же проблему.

Справочное пособие по высокочастотной схемотехнике
Эрик Тарт Ред

Широко известная в узких кругах книга 1990-го года. Горячо рекомендуется в «Электромагнитной совместимости».

Приводятся формулы и коэффициенты для расчета фильтров Баттерворта и Чебышева, а также эллиптических фильтров, схемы трансформаторов, гибридных ответвителей, смесителей, кварцевых фильтров, генераторов и усилителей, в том числе двунаправленных. Приводится схема регулируемого синтезатора на ФАПЧ для КВ приемника или трансивера с ПЧ 45 МГц. Особый акцент делается на использовании модульных конструкций из 50Ω-ых блоков.

Книга рассчитана на подготовленного читателя. Начинающим конструкторам она не подойдет.

Также я начинал читать «Справочную книгу радиолюбителя-конструктора», авторы А. А. Бокуняев, Н. М. Борисов, Е. Б. Гумеля и др. Поначалу она очень нравилась. Но когда речь пошла об устройстве магнитофонов и телевизоров с ЭЛТ, интерес был утрачен. Книгу было решено отложить до лучших времен.

Дополнение: Рецензии на прочитанные книги: 31-ый десяток

Метки: Литература.