Quand on ouvre un ancien récepteur ondes courtes, on découvre généralement une électronique assez impressionnante : oscillateur local, mélangeur, amplificateurs FI, filtres, détecteur AM, BFO pour la SSB, circuits d’AGC… Avec le Si4732, une grande partie de cette électronique tient désormais dans un circuit intégré de quelques millimètres.
Associé à un Arduino ou un ESP32, ce petit composant permet de réaliser un véritable récepteur AM, FM et SSB. Mais comment fonctionne-t-il réellement ?
Le Si4732, c’est quoi exactement ?
Le Si4732 appartient à la famille Si47xx développée par Silicon Labs. Il s’agit d’un récepteur radio intégré utilisant massivement le traitement numérique du signal, ou DSP – Digital Signal Processing.
Son principe peut être résumé ainsi :
Antenne → étage RF → Si4732 → traitement DSP → audio
À l’intérieur de la puce se trouvent une grande partie des fonctions nécessaires à la réception : synthétiseur de fréquence, conversion du signal, filtrage, démodulation, contrôle automatique de gain et mesure du niveau reçu.
Autrement dit, le Si4732 constitue pratiquement un récepteur complet sur une seule puce.
Du superhétérodyne au Si4732 : une grande partie des fonctions analogiques traditionnelles est désormais regroupée dans une seule puce et réalisée par traitement numérique DSP.
Il ne faut toutefois pas le confondre avec un microcontrôleur. Un Arduino ou un ESP32 reste nécessaire pour commander le récepteur et gérer son interface utilisateur.
Le microcontrôleur devient le chef d’orchestre
Dans un montage typique, nous retrouvons :
Encodeur + boutons + écran
↓
Arduino / ESP32
↓ I²C
Si4732
↓
Amplificateur BF
↓
Haut-parleur
Le microcontrôleur communique avec le Si4732 par le bus I²C.
Lorsqu’on tourne l’encodeur pour passer de 7,100 MHz à 7,105 MHz, par exemple, ce n’est donc pas l’Arduino qui reçoit cette fréquence. Il transmet simplement au Si4732 une commande lui demandant de modifier sa fréquence de réception.
De la même manière, il peut commander le volume, la largeur du filtre, l’AGC ou encore le mode de réception.
Cette séparation des tâches explique pourquoi un ESP32 relativement modeste suffit pour réaliser un récepteur très complet.
Architecture d’un récepteur Si4732 : la puce assure la réception et le traitement DSP, tandis que l’ESP32 pilote les réglages, l’affichage et l’interface utilisateur.
AM et FM directement dans la puce
Le Si4732 est initialement destiné aux récepteurs grand public.
La réception AM permet notamment de couvrir les grandes ondes, les ondes moyennes et les ondes courtes, tandis que la partie FM est destinée à la radiodiffusion FM.
Mais les radioamateurs se sont surtout intéressés à une possibilité beaucoup plus séduisante : la réception SSB.
Et c’est là que l’histoire devient intéressante.
Le fameux « patch SSB »
Le Si4732-A10 peut recevoir les émissions USB et LSB grâce au chargement d’un logiciel complémentaire appelé patch.
Au démarrage du récepteur, le microcontrôleur transfère ce programme dans la mémoire RAM du Si4732.
Une fois ce patch installé, de nouvelles fonctions deviennent accessibles et le récepteur peut notamment travailler en :
LSB – Lower Side Band
USB – Upper Side Band
Cela permet évidemment d’écouter les communications radioamateurs HF.
Mais il existe une particularité : le patch est chargé en mémoire volatile.
Lorsque le Si4732 est mis hors tension, il disparaît.
Au prochain démarrage, l’Arduino ou l’ESP32 doit donc recommencer le chargement avant que la réception SSB soit disponible.
Ce mécanisme explique les quelques secondes supplémentaires que l’on peut parfois observer au démarrage de certains petits récepteurs utilisant cette puce.
Et le BFO dans tout ça ?
Les radioamateurs habitués aux récepteurs classiques connaissent bien le BFO – Beat Frequency Oscillator.
Dans un ancien récepteur, il s’agit généralement d’un oscillateur physique permettant de restituer correctement la SSB ou la CW.
Avec le Si4732, cette fonction est réalisée numériquement.
Le logiciel peut modifier très finement le décalage du BFO. On peut donc accorder précisément une station SSB sans devoir modifier directement la fréquence principale du récepteur.
C’est ce qui permet à certains montages équipés d’un encodeur de proposer deux réglages :
- accord principal de la fréquence ;
- réglage fin du BFO.
Une approche particulièrement pratique pour écouter la SSB.
Réception SSB avec le Si4732 : l’ESP32 charge le patch USB/LSB dans la mémoire du circuit, puis le BFO numérique permet d’affiner précisément l’accord de la station.
Des filtres qui n’existent plus physiquement
Autre changement spectaculaire par rapport aux anciens récepteurs : les filtres.
Autrefois, obtenir plusieurs largeurs de bande pouvait nécessiter plusieurs filtres céramiques, mécaniques ou à quartz.
Dans le Si4732, une grande partie de ce travail est effectuée par le DSP.
Le logiciel peut donc demander au circuit d’utiliser différentes largeurs de bande suivant le type de signal reçu.
Une bande relativement large conviendra à une émission AM de radiodiffusion, tandis qu’une bande plus étroite sera préférable pour une communication SSB ou CW perturbée par une station voisine.
Nous avons donc virtuellement plusieurs filtres dans un seul circuit intégré.
RSSI, SNR et AGC sont également disponibles
Le Si4732 peut également fournir au microcontrôleur différentes informations sur le signal reçu.
Le RSSI donne une indication de la puissance du signal.
Le SNR renseigne sur son rapport signal/bruit.
Ces informations peuvent être affichées sur un écran sous forme de chiffres ou d’un traditionnel S-mètre.
Le circuit possède également un AGC, contrôle automatique de gain, permettant d’adapter automatiquement le niveau du récepteur lorsque l’on passe d’un signal très faible à une station extrêmement puissante.
Jusqu’où peut-on écouter ?
Dans les réalisations radioamateurs utilisant le Si4732-A10 et le patch SSB, on rencontre couramment une couverture allant approximativement de 150 kHz à 30 MHz en AM/SSB.
Cela permet notamment d’explorer les bandes :
160 m, 80 m, 60 m, 40 m, 30 m, 20 m, 17 m, 15 m, 12 m et 10 m.
À cela s’ajoute la bande de radiodiffusion FM, typiquement autour de 64 à 108 MHz suivant la configuration utilisée.
Un minuscule circuit peut donc couvrir une partie considérable du spectre radio intéressant l’écouteur et le radioamateur.
Est-ce vraiment un SDR ?
Voilà une question intéressante.
Le Si4732 utilise bien du traitement numérique du signal, mais il ne faut pas pour autant le comparer directement à un RTL-SDR, un SDRplay ou un Airspy.
Avec ces véritables récepteurs SDR, le logiciel peut généralement récupérer les signaux I/Q et analyser simultanément une portion relativement importante du spectre.
C’est notamment ce qui permet d’obtenir un spectaculaire waterfall panoramique.
Avec le Si4732, le DSP reste essentiellement enfermé dans la puce. Nous lui demandons de recevoir une fréquence et il nous fournit le signal audio ainsi que différentes informations sur la réception.
On pourrait presque dire :
le Si4732 est une radio utilisant un DSP plutôt qu’un SDR ouvert sur l’extérieur.
Cette différence est importante.
Pourquoi voit-on autant de récepteurs Si4732 ?
Le succès de cette puce auprès des amateurs s’explique facilement.
Avec :
un Si4732 + un ESP32 + un écran TFT + un encodeur + quelques boutons + un amplificateur BF
on peut construire un petit récepteur AM/FM/SSB étonnamment performant.
C’est le principe que l’on retrouve derrière de nombreux récepteurs portables modernes et dans différentes réalisations personnelles.
La bibliothèque Arduino développée par PU2CLR a également énormément contribué à populariser cette famille de circuits. Elle simplifie considérablement le pilotage du Si4732 et la gestion du patch SSB.
Tout n’est pourtant pas dans la puce
Il serait tentant de croire qu’il suffit de raccorder une antenne au Si4732 pour obtenir immédiatement un excellent récepteur HF.
La réalité est évidemment un peu différente.
La qualité finale dépend énormément de ce que l’on place autour du circuit : adaptation d’antenne, filtrage RF, alimentation propre, implantation du circuit imprimé, blindage et découplage.
Un ESP32, un convertisseur DC/DC ou même un écran TFT peuvent générer suffisamment de parasites pour dégrader fortement la réception des signaux faibles.
Deux récepteurs utilisant exactement le même Si4732 peuvent donc présenter des performances très différentes.
C’est précisément ce qui rend cette petite puce intéressante pour l’expérimentation radioamateur.
Une formidable base pour expérimenter
Le Si4732 permet finalement de comprendre l’évolution spectaculaire du récepteur radio.
Les fonctions qui nécessitaient autrefois plusieurs étages analogiques, des bobinages, des quartz et de nombreux réglages sont aujourd’hui concentrées dans quelques millimètres carrés de silicium.
Mais le radioamateur conserve encore beaucoup de choses à expérimenter autour de cette puce : filtres d’entrée, préamplificateurs, antennes, réduction du bruit numérique, interfaces utilisateur ou encore logiciels de commande.
Et surtout, le Si4732 permet de construire soi-même un véritable récepteur HF pour un budget particulièrement raisonnable.
Une excellente raison de sortir l’ESP32, l’encodeur… et le fer à souder.
