A strange LSB demodulation problem on my Yupiteru MVT-9000

I bought my Yupiteru MVT-9000 from an on-line auction at what seemed quite a fair price. I was a former nostalgic owner of the MVT-7100 model, that I had sold when I thought I wasn't interested anymore in using a scanner receiver.
The radio was in very good functional and cosmetic conditions, but I soon realized that it was affected from a strange LSB demodulation problem, that I documented in this short video:

At a first impression, it seemed that the unit worked in USB mode even when the LSB mode was selected.
Some researching on the web and questions posted on specialized forums produced no solutions in terms of unit configuration, reset, etc.. Also, it was clearly not a common issue for the radio: no trace of a similar problem experienced by others.
Finally, I decided to inspect the schematic diagram. Quickly enough I found the area of the circuit where the BFO was located. It was apparent that the selection between LSB and USB was performed by slightly modifying the output frequency of the BFO, as described in diagram below:

The BFO section of Yupiteru MVT-9000

There was two control signals from the CPU that seemed to play an important role: first, CARSEL (CARrier SELect) was in charge of adding/removing an additional capacitor in parallel with the crystal X3, thus causing the BFO frequency to switch between the USB value (lower) and the LSB value (higher). In fact, the BFO of the MVT-9000 is actually a VXO, with two selectable output frequencies depending on CARSEL value.

Second, the SSB/CW control signal from the CPU (together with signals AM/W-FM and N-FM, which have a similar function) was used to switch the input of the AF (audio) amplifier onto the proper demodulation path and bandpass filter. When SSB/CW is active, the audio amplifier takes its input from the mixer stage (transistor Q12 in previous image), which combines the BFO signal with the received RF spectrum (that is the output from the 455 kHz IF filter).

Well, it was time to dismount the radio and to inspect things directly during its behaviour.

Disassemblyng the Yupiteru MVT-9000 was fairly easy (below some photograps taken during the process).

Then I gained access to some important measurement points:

The measurement of the DC levels of control signals CARSEL and SSB/CW in modes AM, LSB, USB showed that they was working as expected.
On the other hand, it seemed that the BFO output frequency was changing only by a very small quantity when the operating mode was switched between USB and LSB. Respectively, 453.65 kHz in USB mode (which is a pretty good value, that is about 1.5 kHz below the center frequency of the IF filter) and 453.77 kHz in LSB mode, which is wrong. A value of about 456.5 kHz would be expected (about 1.5 kHz above the IF frequency).

Even if I was measuring the BFO output frequency with a tiny, very old and cheap frequency counter (a little SOAR FC-841), the results matched well with the observed erratic behaviour of the receiver.

Well, so it resulted that the VXO was actually switching between two frequencies, but one of them was out of specs. This seemed to suggest that one at least of the trimmer capacitors (TC2 and TC3), in parallel with the X3 crystal in the BFO circuit, needed to be realigned.
So I needed to furtherly dismantle the radio to reach the involved devices.

In the image below, you can see the other side of the printed board which hosts the BFO circuit, with trimmer capacitors TC2 and TC3 and the test point TP1 where to check the VXO output frequency. Also visible is the Murata CFJ455K device, which is the IF filter.

Exactly when I was ready to try a realignment, my old SOAR FC-841 frequency counter decided to stop working (to be honest, I broke it accidentally, by connecting a power supply with inverted polarity). So I had to buy a new frequency counter.

When it arrived, some days later, I re-checked the BFO frequencies in LSB and USB and (surprisingly) they both looked good! I was measuring about 456.55 kHz in LSB mode and about 453.67 kHz in USB mode, as recorded in the short video below.

I really couldn't explain what happened. After some additional verification (like connecting a temporary antenna to verify that the LSB demodulation was now acceptably clear), I decided to reassemble the radio and to make a live test. This confirmed that LSB was now a properly working mode on my Yupiteru MVT-9000 scanner, as documented in the short video below:

Prove di ricezione in AM con Siemens D2155

Questo video mostra i miei esperimenti di ricezione di emittenti AM broadcast nel tardo pomeriggio di ieri, usando il voltmetro selettivo Siemens D2155.
L'antenna è la solita loop multi-spira sintonizzabile autocostruita. Il segnale audio è prelevato all'uscita del convertitore SSB incluso nello strumento, che trasla il segnale di 1 kHz. Questo può andare bene per segnali CW (anche se un più tradizionale BFO variabile sarebbe stato più gradito). Per i segnali AM, invece, si è costretti a regolare la sintonia 1 kHz sopra o sotto la frequenza nominale dell'emittente, selezionando poi rispettivamente la banda laterale inferiore (LSB) o superiore (USB).
La larghezza del filtro selezionato è ovviamente 3.1 kHz (in questo caso il filtro da 20 Hz è completamente inutilizzabile per ovvii motivi). Un filtro più largo di 3.1 kHz sarebbe stato utile, così come un altro filtro stretto di valore intermedio (diciamo 500 kHz). Ovviamente sarebbero risultate utili anche altre funzioni comuni sui ricevitori radio, come AGC, AF gain, ecc. ma d'altra parte un voltmetro selettivo NON è un ricevitore radio, sebbene possa funzionare meglio di molti ricevitori in alcune applicazioni specifiche.

Il mio PM-SDR "a scatola chiusa"

Il PM-SDR, progettato e prodotto da Martin Pernter IW3AUT, è stato il secondo front-end SDR della mia carriera di radio-appassionato, dopo il minuscolo Softrock RX Lite II monobanda (per la banda dei 40 metri) che tanto mi aveva sorpreso per le sue prestazioni, svelandomi il magico mondo della radio basata sull'elaborazione software dei segnali convertiti in digitale (appunto SDR, Software Defined Radio).
Come il Softrock, anche il PM-SDR adotta un'architettura basata sul cosiddetto Quadrature Sampling Detector (QSD), spesso indicato anche come mixer di Tayloe (da Dan Tayloe che ne è l'inventore).
I front-end SDR di questo tipo solitamente non producono direttamente segnali convertiti in digitale. Sono piuttosto equivalenti a ricevitori a conversione diretta, anche detta "zero IF conversion" in quanto produce un segnale, con larghezza di banda determinata dalle caratteristiche del mixer, il cui spettro di frequenza è una copia della porzione di spettro RF ricevuto in ingresso (centrata sulla frequenza dell'oscillatore locale del mixer), ma traslato a frequenza zero dall'operazione di conversione (principio della supereterodina).
Rispetto ad un normale ricevitore a conversione diretta, un mixer QSD produce in realtà due segnali a valle della conversione di frequenza, tra loro identici ma sfasati di 90 gradi nel dominio del tempo (ovvero, "in quadratura"). Questi due segnali sono indicati solitamente come I e Q e sono questi segnali che - dopo un opportuno condizionamento, ovvero amplificazione e filtraggio - devono essere convertiti in digitale per poter poi essere elaborati (demodulati, filtrati, visualizzati, registrati, ecc.) dalla parte software del sistema SDR.
La tecnologia dei personal computer ci viene qui in aiuto, in quanto per convertire in digitale una coppia di segnali, con spettro di frequenza centrato sullo zero, abbiamo a disposizione le funzioni offerte dalle schede audio stereo dei nostri PC, disponibili sia per bus PCI che con connessione USB, tra cui diversi modelli che offrono funzioni di ADC (analog-to-digital conversion) a 24 bit/campione e con frequenza di campionamento di 192 kHz, che vuol dire poter processare mediante il software quasi 192 kHz di banda ricevuta (centrata attorno alla frequenza dell'oscillatore locale del mixer QSD), con un range dinamico di tutto rispetto.
Dopo questa lunga premessa, sicuramente piena di imprecisioni e di lacune (che spero potrete colmare accedendo alla ormai vastissima letteratura accessibile via Internet), riprendo il filo principale del mio discorso. Dunque, dopo aver soppesato i pro e contro e i costi delle diverse opzioni a mia disposizione, decisi di acquistare il PM-SDR di Martin Pernter (e non me ne sono ancora pentito). Più in là l'ho anche completato con la sua scheda preselettore a sintonia automatica, che ne ha migliorato ulteriormente le prestazioni.
Nel corso degli anni, il PM-SDR rimase poi stabilmente il mio ricevitore d'elezione. Le cose cambiarono quando - per liberare spazio sulla scrivania - decisi di sostituire il mio PC mini-tower con un più piccolo ed agile PC portatile, la cui scheda audio integrata ahimè non era all'altezza del ricevitore.
La scelta per una scheda esterna USB di adeguate prestazioni cadde sul noto modello E-MU 0202 di Creative Labs. Ottima scheda, ma un tantinello esosa in termini di corrente prelevata dalla presa USB del povero PC. Ecco quindi fare la sua comparsa un piccolo hub USB alimentato esternamente da un alimentatore lineare da 5V (gli alimentatori switching "da muro" sono terribilmente rumorosi, specialmente in LF).
Siccome l'appetito vien mangiando, perchè non aggiungere un filtro che isolasse galvanicamente il PM-SDR dal PC per quanto riguarda le linee di segnale e di alimentazione provenienti dalla porta USB? Un piccolo kit basato sul dispositivo ADum4160 della Analog Devices permise in effetti una riduzione del rumore captato dal ricevitore, ma a sua volta richiese l'aggiunta di un altro piccolo alimentatore lineare da 5V per fornire al PM-SDR - via USB - un'alimentazione che fosse indipendente dal PC.
Per farla breve (si fa per dire), ormai l'insieme PM-SDR, E-MU 0202, alimentatori, accessori, cavi e cavetti era diventato sì efficiente, ma difficile da gestire e brutto da vedere sulla mia scrivania.
Fu a questo punto che mi venne l'idea di racchiudere il tutto in un'unica scatola metallica, che permettesse le connessioni strettamente necessarie, ovvero una presa USB verso il PC, una presa BNC per l'antenna e una presa 220V per l'alimentazione. Tutte le altre connessioni e cablaggi tra i diversi componenti del sistema sarebbero rimaste nascoste (e protette) all'interno della scatola.
La realizzazione di quell'idea è appunto quanto ho descritto in questi due post, pubblicati qualche tempo fa sul blog AIR-Radiorama:

PM-SDR a scatola chiusa - Prima parte

PM-SDR a scatola chiusa - Conclusione