UR5FFR

Радиолюбительские конструкции и программы
It is currently 12 Dec 2017, 18:01

All times are UTC + 2 hours




Post new topic Reply to topic  [ 9 posts ] 
Author Message
 Post subject: Si5351 Network Analyzer
PostPosted: 30 Aug 2017, 21:33 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 304
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Применение Si5351 не ограничивается только синтезаторостроением. Из нее можно сделать и другие не менее полезные устройства. Например измеритель АЧХ. И то что на выходе не синус а прямоугольник при правильной схемотехнике совершенно не проблема.

Параметры получились такие - диапазон частот 0,1-150MHz. Номинальное выходное напряжение - 0dBm на 50ом. Динамический диапазон 75-85dB - от шумовой дорожки при замкнутом входе до макс. входного сигнала. Есть как 50ти-омный вход так высокоимпедансный (около 4.5ком). Кроме измерения АЧХ прибор может работать в режиме генератора (2 независимые частоты).
Измерения могут проводиться при достаточно сильных уровнях мешающих сигналов и наводок.

Устройство уместилось на платке размером 6*7см. Схема не содержит дефицитных деталей и может быть собрана за вечер. Все управление с компьютера. Подключение по USB-шнурку либо по bluetooth (опционально). Программа управления и построения графиков - оригинальная разработка.

Проект опенсоурсный - схема, печатка и прошивка будут опубликованы позже по мере подготовки и документирования.

А пока - видео работы с анализатором. В качестве "подопытного кролика" выступает двух контурный ДПФ. Варьируя связь между контурами наблюдаем изменение АЧХ



Прошивка и софт свежие закреплены в первом посте


Attachments:
Si5351_NWT_UR5FFR.9.10.2017.zip [1.38 MiB]
Downloaded 227 times
Top
 Profile  
 
PostPosted: 31 Aug 2017, 18:16 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 304
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
При разработке прибора учитывалось то, что сигнал на выходе Si5351 не синусоидальный, а прямоугольный. Как следствие третья гармоника имеет уровень всего на 10дб ниже уровня основной частоты. От нее не отстает пятая и седьмая имеющие уровень -14дб и -17дб. Использовать такой сигнал в традиционной схемотехнике NWT с широкополосным детектором нельзя. Чтобы было понимание насколько искажается форма АЧХ при этом ниже два графика одного и того же полосового фильтра. Красным цветом - правильная АЧХ. Зеленым - АЧХ снятая с использованием широкополосного детектора и прямоугольного сигнала на входе тестируемого устройства. Видно что по форме АЧХ существенно различаются.

Attachment:
narrow-vs-wide.jpg
narrow-vs-wide.jpg [ 134.73 KiB | Viewed 3360 times ]


Выход напрашивается сам собой - делать измеритель АЧХ по принципу супергетеродинного приемника. При таком построении сигнал гетеродина синхронно изменяется с изменением частоты сигнала подаваемого на вход исследуемого устройства и всегда отличается от нее на частоту ПЧ. Сделать это на Si5351 не составляет труда так как у нее аж целых три независимых генератора.
Такое построение анализатора кроме устранения проблем с несинусоидальной формой сигнала имеет и другое преимущество - ввиду узкополосности измеритель не только нечувствителен к помехам и посторонним сигналам, отличающимся по частоте от частоты на которой проводится измерение, но и имеет более низкий уровень шума, и как следствие более высокий динамический диапазон.
Получилась следующая схема:

Attachment:
Circuit.png
Circuit.png [ 124.63 KiB | Viewed 3360 times ]


Si5351 генерирует испытательный сигнал на разъеме P2 (RF Out) с амплитудой примерно 0 dBm на 50ти омной нагрузке. С выхода исследуемого устройства сигнал подается на вход анализатора. Измеритель АЧХ имеет три входа - два узкополосных и один широкополосный. Узкополосные входы P1 и P7 отличаются импедансом - 50ом и 4,5кОм соответственно. Смеситель реализован на микросхеме SA612. Промежуточная частота выбрана равной 455kHz, что позволило осуществить фильтрацию на дешевых пьезофильтрах F1 и F2. После фильтрации и усиления в УПЧ на Q3, сигнал подается на логарифмический детектор AD8307.

Управление анализатором реализовано на готовом модуле Arduino Nano. На нем лежат функции программирования Si5351, аналого-цифрового преобразования сигнала с детектора и взаимодействия с компьютером.

Кроме двух узкополосных входов анализатор имеет так же широкополосный вход. Он необходим в случаях если исследуемое устройство преобразует входную частоту. Например мы хотим построить сквозную АЧХ приемника. В этом случае сигнал НЧ с приемника подается на широкополосный вход.

Для коммутации входов используются цифровые коммутаторы FSA3157 или 74LVC1G3157. В качестве бонуса анализатор имеет дополнительный выход P5 VFO, на котором может генерироваться сигнал любой требуемой частоты.


Top
 Profile  
 
PostPosted: 31 Aug 2017, 19:09 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 304
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Анализатор собран на плате размер 6*7см. Монтаж односторонний. Верхний слой - земля. Присутствуют 4 перемычки.

Attachment:
DSC06332.jpg
DSC06332.jpg [ 208.66 KiB | Viewed 3359 times ]


Использованы SMD компоненты размера 1206. SA612 и AD8307 в корпусах SO-8. Si5351 установлена на переходную колодку т.к. выполнить качественно площадки под ее корпус средствами ЛУТ проблематично.

Attachment:
DSC06333.jpg
DSC06333.jpg [ 193.6 KiB | Viewed 3359 times ]


Смеситель и детектор закрыты экраном для уменьшения паразитных наводок.

Компоненты и их возможные замены.

SA612 можно заменить на SA602.
УПЧ Q3 - любой ВЧ транзистор (например 2N2222, 2N3903).
Керамические фильтры я использовал такие:

Attachment:
LT455H.jpg
LT455H.jpg [ 129.52 KiB | Viewed 3359 times ]


Можно использовать любые другие пятиштырьковые. Центральная частота у них должна совпадать, полоса пропускания некритична, но предпочтительно узкополосные (буквы H, I)
Ключи FSA3157 или 74LVC1G3157 - у них одинаковая распиновка.
BSS138 можно заменить на 2N7000, 2N7002 или другие N-канальные MOSFETы. Основное требование к ним - у них обязательно должен быть внутри защитный диод. Иначе схема сдвига уровней работать не будет.
Стабилизатор AMS1117-3.3 - любой лоудроп на 3.3 вольта.

В атаче комплект документации для изготовления печатной платы. Верхняя сторона - земля. В архиве есть шаблон для ЛУТа, но можно и просто раззенковать отверстия при сверловке. Перемычки между верхней и нижней "землей" не показаны. Их необходимо сделать примерно 4-5 штук.
Так же в атаче программа отрисовки графиков и исходник прошивки. Для компиляции и заливки нужна среда Arduino IDE.

В случае если прибор планируется использовать только для исследования линейных устройств, то есть частота сигнала на выходе устройства равна частоте на входе, например ДПФ и КФ, то схему можно еще более упростить исключив коммутаторы и пожертвовав широкополосным входом и одним из узкополосных.


Top
 Profile  
 
PostPosted: 03 Sep 2017, 20:57 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 304
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
После сборки подключаем анализатор USB-шнурком к компьютеру, открывает проект NWT.ino в Arduino IDE и заливаем прошивку. После этого открываем окно монитора COM-порта, выбираем скорость обмена 115200 бод. Анализатор после рестарта должен ответить версией прошивки - "1.0".
Далее вводим команду f1000000.
На выходе анализатора должен быть прямоугольный сигнал частотой 1MHz амплитудой примерно 200-300mV. Если сигнала нет то заливаем сектч i2c_scan.ino (гугль) и проверяем есть ли связь с Si5351. Проблемы могут быть в конверторе лог.уровней на полевых транзисторах начиная от банального непропая, не вымытого флюса и заканчивая пробитыми транзисторами.
Соединяем узкополосный 50ти-омный вход с выходом прибора и контролируем форму сигнала на коллекторе УПЧ Q3. Синусоида должна быть чистая, без срезанных верхушек. В случае искажения формы синусоиды корректируем режим работы транзистора уменьшая сопротивление R20. На коллекторе Q3 должно быть 2.4-2.5V.
Вводим команду r0 10. Анализатор должен ответить примерно так:
Code:
4791
4793
4791
4789
4788
4788
4793
4791
4788
4792

Если анализатор выдаст числа по значению большие чем 5000 необходимо несколько уменьшить номинал резистора R22.
После этих проверок запускаем программу управления анализатором и проверяем его работу в различных режимах.


Top
 Profile  
 
PostPosted: 09 Oct 2017, 20:21 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 304
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Обновил прошивку - приатачил к первому посту темы


Top
 Profile  
 
PostPosted: 28 Nov 2017, 17:53 
Offline

Joined: 28 Nov 2017, 17:38
Posts: 2
Позывной: UA9D
Relayer wrote:
Керамические фильтры я использовал такие:

Attachment:
LT455H.jpg


Можно использовать любые другие пятиштырьковые. Центральная частота у них должна совпадать, полоса пропускания некритична, но предпочтительно узкополосные (буквы H, I)

А ЭМФ на 500кГц с полосой 3-1кГц ( у них "прямоугольность" по лучше чем у "пьезиков" )можно применить?
В наличии имеются лежат без дела.


Top
 Profile  
 
PostPosted: 28 Nov 2017, 20:07 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 304
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Теоретически можно, но придется согласовывать их. Иначе потери будут. В общем схему надо переделывать и подгонять усиление чтобы не пере/недо/грузить 8307. Пьезофильтры тут гораздо проще подключаются. По поводу прямоугольности и полосы пропускания - это не критичные параметры. Основная задача - убрать прием на гармониках т.к. сигналы на входе SA612й у нас прямоугольные. И как следствие преобразование на 3й и 5й гармониках


Top
 Profile  
 
PostPosted: 29 Nov 2017, 17:26 
Offline

Joined: 28 Nov 2017, 17:38
Posts: 2
Позывной: UA9D
Relayer wrote:
Теоретически можно, но придется согласовывать их. Иначе потери будут. В общем схему надо переделывать и подгонять усиление чтобы не пере/недо/грузить 8307.

Спасибо! Да я понимаю, что необходимо провести согласование ЭМФ по входу и выходу ну и соответственно сделать коэффициент передачи узла с ЭМФ равным коэффициенту передачи узла с пьезо-фильтрами.


Top
 Profile  
 
PostPosted: 02 Dec 2017, 15:11 
Offline
Site Admin

Joined: 21 Apr 2012, 21:00
Posts: 304
Location: Odessa
Позывной: UR5FFR
Простейший измерительный стенд для настройки кварцевых фильтров

Attachment:
NWT connect.GIF
NWT connect.GIF [ 8.57 KiB | Viewed 401 times ]


И его применение: Делаем QER SSB фильтр за полчаса


Top
 Profile  
 
Display posts from previous:  Sort by  
Post new topic Reply to topic  [ 9 posts ] 

All times are UTC + 2 hours


Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 1 guest


You cannot post new topics in this forum
You cannot reply to topics in this forum
You cannot edit your posts in this forum
You cannot delete your posts in this forum
You cannot post attachments in this forum

Search for:
Jump to:  
cron
Powered by phpBB® Forum Software © phpBB Group