Vysokofrekvenčný signálny generátor
Často potrebujem k svojim experimentom vysokofrekvenčný signál, ale profesionálne generátory sú síce pekné a kvalitné, ale pre domáceho kutila veľmi drahé. Ďalšia cesta je vyrobiť generátor s DDS obvodmi, ale tie majú obmedzenú hornú hranicu kmitočtu, nehovoriac o tom, že ich montáž už nespadá do kategórie domácej dielne. Keď som experimentoval so SDR rádiami, tak sa zrodila myšlienka, prečo neurobiť jednoduchý generátor s oscilátorom Si570? Na základe tejto myšlienky vznikla táto konštrukcia. Jeho realizácia síce vyžaduje určitú zručnosť, no nie je taká náročná, aby to nezvládol priemerný domáci kutil.
Činnosť
Vysokofrekvenčná časť
Samotný vysokofrekvenčný signál vytvára už spomínaný obvod Si570 od firmy SiLab. Tento obvod riadi mikroprocesor cez komunikačný port I2C. Procesor pracuje s napätím 5V a oscilátor s napätím 3,3V, preto na doske VF je LDO štabilizátor a jednoduché prevodníky úrovne s MOS tranzistormi. Firma SiLab vyrába obvody Si570 vo viacerých variantách. CMOS verzia funguje len do 280 MHz, preto pre naše účely treba vybrať obvod z rady B a to s výstupom podľa špecifikácie LVDS. Antiparalelný vysokofrekvenčný signál je privedený na vstup vysokofrekvenčného operačného zosilňovača, ktorý upravuje tvar signálu, a zabezpečí potrebnú úroveň a impedanciu. Po operačnom zosilňovači nasleduje dolná priepusť a za ním prepínače úrovne. Prepínanie úrovní je v záujme čistoty signálu a presnosti je realizované relátkami. Výstupnú úroveň je možné nastaviť od +10 dBm do -45 dBm s krokom po 5 dBm. Výstupnú úroveň 10 dBm treba nastaviť s rezistormi R35, R36, R37. Tento generátor bol pôvodne navrhnutý ako VFO pre SDR prijímače. Ak niekto potrebuje pre iné účely signál s väčšou spektrálnou čistotou, tak musí vyrobiť aj druhú dosku kde sú umiestnené harmonické filtre s prepínačmi. Celá konštrukcia je jednoduchá, preto nikdy nebude spektrálna čistota signálu ideálna, no pre bežné experimenty je to dostatočná. Keď generátor budeme používať ako VFO k SDR, tak filtre potrebovať nebudeme.
Generátor
Filter
Procesor
Riadenie celého zariadenia zabezpečuje mikroprocesor. Jeho úlohou je:
1. Posielať príkazy pre oscilátorový obvod
2. Vypísať potrebné informácie na displej
3. Komunikácia cez sériový port
4. Vyhodnotiť a vykonať príkazy prichádzajúce z tlačidiel
Ako displej ja používam OLED od firmy Electronic Assembly, ale vyhovuje ľubovoľný dvojradový 20 znakový alfanumerický LCD displej s driverom Hitachi 44780. Treba však dávať pozor na podsvietenie, pretože niektoré displeje majú inak umiestnené vývody 15 a 16.
Generátor môžeme riadiť cez sériový port. Jednotlivé príkazy sú:
Fxxxxxxxxx - x je kmitočet v Hz
Sxxxm - x veľkosť kroku, m - merná jednotka (k - kilo, m - mega)
Lxxx - x výstupná úroveň
R - pošle aktuálne hodnoty
Dx - deliaci pomer
Oxxxxxx - medzifrekvencia v Hz
Mx - x=0: krok 1,10,100,1000 atď, x=1: krok pre FM 2.5, 5, 6.25, 12.5, 25 atď
Gx - zaokrúhliť kmitočet podľa aktuálneho kroku x=0 nie, x=1 ano
Tx - x=0 filter vypnutý, x=1 filter zapnutý
Význam tlačidiel z ľava do prava:
úroveň signálu dole
úroveň signálu hore
veľkosť kroku dole
veľkosť kroku hore
kmitočet dole
kmitočet hore
So zatlačením a podržaním tlačidla "úvoveň dole" dostaneme sa do menu. V ramci menu môžeme krokovať tlačidlom "kmitočet dole" a "kmitočet hore". Potrebný bod v menu vyberieme tlačidlom "úroveň hore". V každom bode potrebný údaj nastavujeme tlačidlami "kmitočet dole" a "kmitočet hore". Ak nastavovanie ukončíme tlačidlom "úroveň hore", tak sa nastavený údaj uloží do pamäte (funkcia Save). Výber môžeme ukončiť aj tlačidlom "úroveň dole", ale v tomto prípade nastavený údaj nezapíšeme do pamäte (funkcia Escape).
V menu môžeme nastaviť nasledovné údaje:
MF offset - 0 - 455kHz - -455kHz - 10,7MHz - -10,7MHz - 21,4 MHz - -21,4MHz - custom - -custom. Keď zvolíme custom, tak zadáme neštardardnú hodnotu medzifrekvencie podobným spôsobom ako nastavujeme kmitočet.
Calibration - slúži na kalibráciu kmitočtu. Ku kalibrácii potrebujeme merač kmitočtu (v núdzi prijímač). V hornom riadku vidíme menovitý kmitočet, a do dolného riadku môžeme zapísať skutočný kmitočet nameraný meračom. Po stlačení tlačidla "úroveň hore", procesor prekalibruje oscilátor. Ak stlačíme tlačidlo "úroveň dole", vystúpime z tohto bodu menu bez zapísania kalibračných údajov.
FM steps - frekvencia dole = off, frekvencia hore = on. Určíme či krok bude 1 - 10 - 100 - 1k - 10k - 100k - 1M - 10M, alebo krok bude taký, aký používajú FM prijímače 1 - 10 - 100 - 500 - 1k - 1.25k - 2.5k - 5k - 6.25k - 8.33k - 9k - 10k - 15.5k - 25k - 50k - 100k - 150k - 200k - 500k - 1M - 10M.
Snap to grid - off znamená, že procesor nezaokrúhli kmitočet podľa zvoleného kroku. On znamená to, že procesor nastavený kmitočet zaokrúhly podľa aktuálnej hodnoty kmitočtového kroku.
Mode - ak generátor používame ako VFO k SDR prijímači, tak je možné nastaviť nasledujúce prevádzkové módy: AM, FM - posuv kmitočtu 0 Hz, USB - posuv -1500Hz, LSB - posuv +1500Hz, CWU - posuv -800Hz, CWL - posuv +800Hz (displej bude ukazovať nosný kmitočet).
Divide ratio - na displeji sa objavý údaj, ktorý zodpovedá výstupnému kmitočtu vydelený nastaveným deliacim pomerom. Umožňuje zobraziť skutočný prijímaný kmitočet pri SDR prijímačoch. Možné hodnoty sú 1 - 2 - 4.
Filter - zapnúť alebo vypnúť filter.
Ďalšie možnosti:
Zatlačením a podržaním tlačidla "úroveň hore" sa na displeji objavia aktuálne nastavené hodnoty
Zatlačením a podržaním tlačidla "krok dole" prejdeme do takzvaného DEBUG módu. V tomto prípade horný riadok ukazuje nastavený kmitočet, a dolný ukazuje príkaz, ktorý bol odoslaný do oscilátora. Stlačením a podržaním tlačidla "krok hore" sa vrátime k normálnej prevádzke.
Vyhotovenie
Vysokofrekvenčná časť
V záujme dosiahnutia lepších výsledkov, táto doska je osadená so súčiastkami s povrchovou montáčou (SMD). Výroba a osadenie dosky nie je veľmi náročné, v každom prípade však dobré oči (alebo lupa) a kľudné ruky sú výtané. Po osadení a odskúšaní je doska umiestnená do krabičky z pocínovaného plechu. Na hornej strane dosky sú súčiastky a dolná strana je súvislá zem. Ja dosky vyrábam "žehličkovou metódou", preto neviem vyrobiť dosky s pokovenými dierami. Z uvedeného dôvodu na vyznačených miestach (veľké čierné bodky) treba dve strany dosky kúskom drôtu prepojiť. Relé a konektory sú umiestnené na strane súvislej zeme, preto okolo vývodov týchto súčiastok treba zemniacu fóliu odstrániť!
Szűrő
Digitálna časť
Je to klasický jednostranný plošný spoj s klasickými súčiastkami. Jediná vec na čo treba dávať pozor je, že štabilizátor je umiestnený na strane spojov a pripevnený k chladiči s patričným rozmerom. Ak použijeme vhodné konektory, tak displej ako aj malý plošný spoj s tlačidlami môžeme spojiť s hlavným panelom bez káblov, a pripevniť distančnými stĺpikmi. Takýmto spôsobom dostaneme jeden mechanický celok, ku ktorému stačí pripojiť kábel od VF dosky a filtra, prípadne pripojiť COM port. Keď nebudeme potrebovať komunikáciu cez sériový port, tak súvisiace súčiastky ani neosadíme. Konektory P1 a P2 momentálne nie sú využité, sú rezervované na prípadné rozšírenie funkcií (napr. obvod AD8307 na meranie vf úrovne).
Výkresy plošných spojov vygenerované na výrobu so "žehličkovou" metódou (zrkadlová tlač).
Skutočný rozmer: 54x72 mm
Skutočný rozmer: 54x72 mm
Skutočný rozmer: 119x60 és 117x21 mm
Firmware
Často potrebujem k svojim experimentom vysokofrekvenčný signál, ale profesionálne generátory sú síce pekné a kvalitné, ale pre domáceho kutila veľmi drahé. Ďalšia cesta je vyrobiť generátor s DDS obvodmi, ale tie majú obmedzenú hornú hranicu kmitočtu, nehovoriac o tom, že ich montáž už nespadá do kategórie domácej dielne. Keď som experimentoval so SDR rádiami, tak sa zrodila myšlienka, prečo neurobiť jednoduchý generátor s oscilátorom Si570? Na základe tejto myšlienky vznikla táto konštrukcia. Jeho realizácia síce vyžaduje určitú zručnosť, no nie je taká náročná, aby to nezvládol priemerný domáci kutil.
Činnosť
Vysokofrekvenčná časť
Samotný vysokofrekvenčný signál vytvára už spomínaný obvod Si570 od firmy SiLab. Tento obvod riadi mikroprocesor cez komunikačný port I2C. Procesor pracuje s napätím 5V a oscilátor s napätím 3,3V, preto na doske VF je LDO štabilizátor a jednoduché prevodníky úrovne s MOS tranzistormi. Firma SiLab vyrába obvody Si570 vo viacerých variantách. CMOS verzia funguje len do 280 MHz, preto pre naše účely treba vybrať obvod z rady B a to s výstupom podľa špecifikácie LVDS. Antiparalelný vysokofrekvenčný signál je privedený na vstup vysokofrekvenčného operačného zosilňovača, ktorý upravuje tvar signálu, a zabezpečí potrebnú úroveň a impedanciu. Po operačnom zosilňovači nasleduje dolná priepusť a za ním prepínače úrovne. Prepínanie úrovní je v záujme čistoty signálu a presnosti je realizované relátkami. Výstupnú úroveň je možné nastaviť od +10 dBm do -45 dBm s krokom po 5 dBm. Výstupnú úroveň 10 dBm treba nastaviť s rezistormi R35, R36, R37. Tento generátor bol pôvodne navrhnutý ako VFO pre SDR prijímače. Ak niekto potrebuje pre iné účely signál s väčšou spektrálnou čistotou, tak musí vyrobiť aj druhú dosku kde sú umiestnené harmonické filtre s prepínačmi. Celá konštrukcia je jednoduchá, preto nikdy nebude spektrálna čistota signálu ideálna, no pre bežné experimenty je to dostatočná. Keď generátor budeme používať ako VFO k SDR, tak filtre potrebovať nebudeme.
Generátor
Filter
Procesor
Riadenie celého zariadenia zabezpečuje mikroprocesor. Jeho úlohou je:
1. Posielať príkazy pre oscilátorový obvod
2. Vypísať potrebné informácie na displej
3. Komunikácia cez sériový port
4. Vyhodnotiť a vykonať príkazy prichádzajúce z tlačidiel
Ako displej ja používam OLED od firmy Electronic Assembly, ale vyhovuje ľubovoľný dvojradový 20 znakový alfanumerický LCD displej s driverom Hitachi 44780. Treba však dávať pozor na podsvietenie, pretože niektoré displeje majú inak umiestnené vývody 15 a 16.
Generátor môžeme riadiť cez sériový port. Jednotlivé príkazy sú:
Fxxxxxxxxx - x je kmitočet v Hz
Sxxxm - x veľkosť kroku, m - merná jednotka (k - kilo, m - mega)
Lxxx - x výstupná úroveň
R - pošle aktuálne hodnoty
Dx - deliaci pomer
Oxxxxxx - medzifrekvencia v Hz
Mx - x=0: krok 1,10,100,1000 atď, x=1: krok pre FM 2.5, 5, 6.25, 12.5, 25 atď
Gx - zaokrúhliť kmitočet podľa aktuálneho kroku x=0 nie, x=1 ano
Tx - x=0 filter vypnutý, x=1 filter zapnutý
Význam tlačidiel z ľava do prava:
úroveň signálu dole
úroveň signálu hore
veľkosť kroku dole
veľkosť kroku hore
kmitočet dole
kmitočet hore
So zatlačením a podržaním tlačidla "úvoveň dole" dostaneme sa do menu. V ramci menu môžeme krokovať tlačidlom "kmitočet dole" a "kmitočet hore". Potrebný bod v menu vyberieme tlačidlom "úroveň hore". V každom bode potrebný údaj nastavujeme tlačidlami "kmitočet dole" a "kmitočet hore". Ak nastavovanie ukončíme tlačidlom "úroveň hore", tak sa nastavený údaj uloží do pamäte (funkcia Save). Výber môžeme ukončiť aj tlačidlom "úroveň dole", ale v tomto prípade nastavený údaj nezapíšeme do pamäte (funkcia Escape).
V menu môžeme nastaviť nasledovné údaje:
MF offset - 0 - 455kHz - -455kHz - 10,7MHz - -10,7MHz - 21,4 MHz - -21,4MHz - custom - -custom. Keď zvolíme custom, tak zadáme neštardardnú hodnotu medzifrekvencie podobným spôsobom ako nastavujeme kmitočet.
Calibration - slúži na kalibráciu kmitočtu. Ku kalibrácii potrebujeme merač kmitočtu (v núdzi prijímač). V hornom riadku vidíme menovitý kmitočet, a do dolného riadku môžeme zapísať skutočný kmitočet nameraný meračom. Po stlačení tlačidla "úroveň hore", procesor prekalibruje oscilátor. Ak stlačíme tlačidlo "úroveň dole", vystúpime z tohto bodu menu bez zapísania kalibračných údajov.
FM steps - frekvencia dole = off, frekvencia hore = on. Určíme či krok bude 1 - 10 - 100 - 1k - 10k - 100k - 1M - 10M, alebo krok bude taký, aký používajú FM prijímače 1 - 10 - 100 - 500 - 1k - 1.25k - 2.5k - 5k - 6.25k - 8.33k - 9k - 10k - 15.5k - 25k - 50k - 100k - 150k - 200k - 500k - 1M - 10M.
Snap to grid - off znamená, že procesor nezaokrúhli kmitočet podľa zvoleného kroku. On znamená to, že procesor nastavený kmitočet zaokrúhly podľa aktuálnej hodnoty kmitočtového kroku.
Mode - ak generátor používame ako VFO k SDR prijímači, tak je možné nastaviť nasledujúce prevádzkové módy: AM, FM - posuv kmitočtu 0 Hz, USB - posuv -1500Hz, LSB - posuv +1500Hz, CWU - posuv -800Hz, CWL - posuv +800Hz (displej bude ukazovať nosný kmitočet).
Divide ratio - na displeji sa objavý údaj, ktorý zodpovedá výstupnému kmitočtu vydelený nastaveným deliacim pomerom. Umožňuje zobraziť skutočný prijímaný kmitočet pri SDR prijímačoch. Možné hodnoty sú 1 - 2 - 4.
Filter - zapnúť alebo vypnúť filter.
Ďalšie možnosti:
Zatlačením a podržaním tlačidla "úroveň hore" sa na displeji objavia aktuálne nastavené hodnoty
Zatlačením a podržaním tlačidla "krok dole" prejdeme do takzvaného DEBUG módu. V tomto prípade horný riadok ukazuje nastavený kmitočet, a dolný ukazuje príkaz, ktorý bol odoslaný do oscilátora. Stlačením a podržaním tlačidla "krok hore" sa vrátime k normálnej prevádzke.
Vyhotovenie
Vysokofrekvenčná časť
V záujme dosiahnutia lepších výsledkov, táto doska je osadená so súčiastkami s povrchovou montáčou (SMD). Výroba a osadenie dosky nie je veľmi náročné, v každom prípade však dobré oči (alebo lupa) a kľudné ruky sú výtané. Po osadení a odskúšaní je doska umiestnená do krabičky z pocínovaného plechu. Na hornej strane dosky sú súčiastky a dolná strana je súvislá zem. Ja dosky vyrábam "žehličkovou metódou", preto neviem vyrobiť dosky s pokovenými dierami. Z uvedeného dôvodu na vyznačených miestach (veľké čierné bodky) treba dve strany dosky kúskom drôtu prepojiť. Relé a konektory sú umiestnené na strane súvislej zeme, preto okolo vývodov týchto súčiastok treba zemniacu fóliu odstrániť!
Szűrő
Digitálna časť
Je to klasický jednostranný plošný spoj s klasickými súčiastkami. Jediná vec na čo treba dávať pozor je, že štabilizátor je umiestnený na strane spojov a pripevnený k chladiči s patričným rozmerom. Ak použijeme vhodné konektory, tak displej ako aj malý plošný spoj s tlačidlami môžeme spojiť s hlavným panelom bez káblov, a pripevniť distančnými stĺpikmi. Takýmto spôsobom dostaneme jeden mechanický celok, ku ktorému stačí pripojiť kábel od VF dosky a filtra, prípadne pripojiť COM port. Keď nebudeme potrebovať komunikáciu cez sériový port, tak súvisiace súčiastky ani neosadíme. Konektory P1 a P2 momentálne nie sú využité, sú rezervované na prípadné rozšírenie funkcií (napr. obvod AD8307 na meranie vf úrovne).
Výkresy plošných spojov vygenerované na výrobu so "žehličkovou" metódou (zrkadlová tlač).
Skutočný rozmer: 54x72 mm
Skutočný rozmer: 54x72 mm
Skutočný rozmer: 119x60 és 117x21 mm
Firmware