Синтезатор частоты для трансивера на микросхеме. Простой, универсальный синтезатор на Si5351. Программа для работы трансивера
Фанаты группы ПЕЛАГЕЯ ("Полефаны") В Контакте
Концерт на площади Минина в Нижнем Новгороде 9 Мая 2013
Мини-концерт в Магасе (Ингушетия) 4 Июня 2014
Создайте тему (если она ещё не создана) на форуме http://ra3pkj.keyforum.ru
SDR HAM - Вводная информация
Внимание! В зимнее время возможен выход из строя микросхемы CY7C68013 из-за пробоя статическим электричеством, которое накапливается в воздухе и на окружающих предметах, а затем стекает по непредсказуемому пути. Необходимо, чтобы оборудование было заземлено, а земляная шина SDR была соединена с корпусом компьютера отдельным проводом. Прикосновение к платам и деталям на платах, которые подключены к оборудованию, производить только после снятия статического электричества с рук, например прикоснувшись к массивным металлическим предметам. НАСТОЯТЕЛЬНО рекомендую подключить корпус USB-разъёма (который на плате SDR) непосредственно к земляной шине SDR, для чего необходимо закоротить параллельную цепочку C239, R75 (около USB-разъёма).
По поводу приобретения чистых плат обращаться к Юрию (R3KBL) [email protected]
Скажу сразу - я не изготавливал этот трансивер, просто мне интересна сама тема и результаты. Тем более, что в трансивере применён синтезатор на AD9958 моей разработки, а также написана мной новая прошивка для интегрированного в плату USB-переходника, которая заменила исходную устаревшую прошивку "от немца" (об этом сказано ниже).
Общая информация
Трансивер SDR HAM является клоном SDR-1000, конструктивно разработан Владимиром RA4CJQ. В трансивере использованы известные схемные решения, наработанные многими радиолюбителями. Отличие от известного "киевского" клона SDR-1000UA довольно заметное. Краткое описание особенностей:
1. Одноплатная конструкция.
2. Усилитель мощности передатчика не менее 8 Вт (у кого есть талант, тот может выжать и больше).
3. Синтезатор частоты на микросхеме DDS AD9958 с низким уровнем спуров (синтезатор описан здесь: ).
4. Управление трансивером через USB (USB-переходник конструктивно описан здесь: , но для SDR-HAM прошивка специальная!!!).
5. Питание: +13,8В и двухполярное +-15В.
6. Двухступенчатый релейный аттенюатор на входе приёмника.
7. Измеритель КСВ и мощности.
8. Работа без тормозов в ЛЮБЫХ операционных системах Windows без установки драйвера (используется системный HID-драйвер самой Windows), что стало возможным после замены прошивки интегрированного в плату USB-переходника (об этом сказано ниже).
Информация о прошивках и программном обеспечении
Трансивер работает с официальными PowerSDR от FlexRadio Systems версий не выше 2.5.3 (начиная с версии 2.6.0 трансивер SDR-1000 и его клоны не поддерживаются), но работает с PowerSDR 2.8.0 от KE9NS, которая была в свою очередь адаптирована под SDR-1000 радиолюбителем Excalibur (последний писк моды). Здесь подробнее о этой версии 2.8.0 .
Контроллер AT91SAM7S (используемый для управления синтезатором на AD9958) следует прошивать как описано здесь: .
Теперь
поговорим о прошивке микросхемы
памяти 24C64, которая необходима для функционирования контроллера
CY7C68013 в качестве USB-переходника. Исторически, когда трансивер пошёл в
массы, в микросхему памяти "заливали" прошивку USB-LPT переходника от "немца"
(описан у меня на сайте ), но как
оказалось, в версиях Windows выше, чем Windows 7-32, прошивка
по-человечески не работает. Тормоза и проблемы с цифровой подписью драйвера!!!
(обладатели Windows XP и Windows 7-32 могут спать спокойно). Проблема
была решена после написания мной новой прошивки, которая работает в любых
операционных системах без тормозов и к тому же не требует установки драйвера
(Windows сама найдёт в своих закромах HID-драйвер). Прошивка создана мной в
содружестве с US9IGY.
Но есть нюанс - ПЕРЕпрошивка микросхемы памяти,
находящейся на
плате,
требует упражнений с паяльником, так как связана с поднятием одной ножки
микросхемы и подключением временного тумблера (об этом будет сказано
ниже). Прошитие в плате ЧИСТОЙ микросхемы (т.е. в свежеизготовленном
трансивере или когда микросхема памяти установлена их магазина) не требует
дополнительных упражнений с паяльником. Оба варианта Вашего поведения описаны
ниже:
1. чистую микросхему памяти 24C64 следует прошивать как описано здесь: , за исключением того, что используется специальная новая прошивка и не устанавливается упомянутый в конце указанной страницы основной рабочий драйвер. Скачать новую прошивку sdr_ham.iic: sdr_ham.zip . Прошивка прошивается в самом трансивере через USB (в этом же архиве лежит прошивка sdr_ham.hex для тех, кто пожелает прошить микросхему памяти вне трансивера, т.е. при помощи программатора). Перед прошиванием не забудьте переставить джампер на плате (который около 24C64) в положение разрешения программирования, а также не забудьте потом после прошивания вернуть его в первоначальное положение.
2. кто будет перепрошивать микросхему памяти 24C64 (которая имеет старую прошивку от "немца"), должен сделать всё тоже самое, что описано выше в пункте 1, но с учётом следующего: отпаять временно ножку 5 микросхемы 24C64 (делаем вид, что у нас чистая микросхема) и подключить её через тумблер, переставить джампер на плате (который около 24C64) в положение разрешения программирования и при разомкнутом тумблере подключить SDR к usb-гнезду компьютера. Далее включить питание SDR и запустить программу прошивальщика. Непосредственно перед прошиванием замкнуть тумблер. После прошивания выключить SDR и восстановить всё обратно.
Для справки. SDR (а точнее его USB-переходник) определяется компьютером как Устройство HID, в свойствах которого имеются следующие значения ID: VID_0483 и PID_5750.
После того, как все хлопоты по прошиванию завершены, можно смело выдохнуть и уже спокойно поместить в папку с PowerSDR файл Sdr1kUsb.dll от RN3QMP - cкачать sdr1kusb_rn3qmp.zip . В PowerSDR, в меню General -> Hardware Config поставьте галочку "USB Adapter".
Информация для обладателей различных других SDR-трансиверов!!! В прошивке микросхемы памяти 24C64 (для CY7C68013) я ограничился только тем, что необходимо для SDR HAM. Прошивка не предназначена для модернизации USB-переходников на CY7C68013 для SDR-1000 с DDS AD9854. Это подтверждается экспериментом UR4QOP в трансивере от UR4QBP - DDS AD9854 не работает! Так что констатирую, что прошивка предназначена только для SDR HAM. Что-либо адаптировать в прошивке для других применений (кроме как для SDR-HAM) не имею времени и мотивации.
Чистые платы от yuraws
Чистые платы с металлизацией отверстий, паяльной маской и маркировкой.
Прямая сторона:
Обратная сторона:
Схема
Скачать и распаковать схемы (а также чертежи платы с двух сторон) в формате PDF: sdr_ham_shema_pdf.7z Эти же схемы для общего ознакомления показаны ниже.
Входной аттенюатор, УВЧ:
Диапазонные полосовые фильтры (на схеме кольца Amidon указаны цветом - красные T50-2, жёлтые T50-6):
Смесители, усилители приёмника и передатчика:
Автоматика управления_1:
Автоматика управления_2:
Синтезатор частоты:
Переходник USB/LPT:
Микроконтроллер управления синтезатором частоты:
Усилитель мощности передатчика и АЦП измерителя КСВ и мощности:
Плата
Качественные чертежи платы в формате PDF находятся в том же документе, что и схемы (скачать в предыдущем параграфе). Ниже показан общий вид для ознакомления:
Дизайнерский проект
Скачать проект (со схемой и платой): project_sdr_ham.7z Просмотрщик AltiumDesignerViewer на официальном сайте: http://downloads.altium.com/altiumdesigner/AltiumDesignerViewerBuild9.3.0.19153.zip
Перечень элементов
Перечень от RA4CJQ сформирован автоматически программой разводки печатной платы, поэтому названия многих элементов носят не конкретный, а условный характер. Имейте в виду, что такие названия часто не пригодны для составления заказов на элементы в магазинах. Скачать перечень элементов в формате Excel 2007-2010 : sdr_ham.xlsx .
Перечень от Стива (KF5KOG). Этот перечень, кроме того, включает ссылки на магазины Mouser и Digikey (названия элементов кликабельны). Указаны названия по каталогу этих магазинов (они немного отличаются от названий самих производителей элементов): Parts List with Manufacturer part Numbers 18 Sep 2014.pdf
Ошибки и усовершенствования
Иногда от радиолюбителей поступают сообщения на форумах о замеченных ошибках, а также предлагаются различные усовершенствования. По мере возможности я буду здесь их публиковать.
#1. На плате перепутаны позиционные обозначения резисторов R90 и R94 в обвязке одного из транзисторов RD06 усилителя мощности. На рисунке правильное обозначение (резисторы помечены выделением):
#2. В схеме УВЧ, в цепи питания микросхемы DA1 AG604-89 резисторы R5 и R6 должны быть по 130 Ом каждый.
#3. Неоднократно сообщалось, что на чистых платах от производителя (ссылка на производителя вверху страницы) встречаются коротыши в зоне элементов ДПФ. Причём сопротивление коротышей может быть самым разным, например несколько Ом и выше. В режиме приёма это бывает не особо заметно на слух, а вот при передаче мала выходная мощность. Также коротыши встречались в зоне микросхем INA163, что выражалось в дисбалансе сигналов, подаваемых на левый и правый каналы звуковой карты. Часто коротыши не видны даже при большом увеличении. В таких случаях коротыши надо "выжигать" электрическим током небольшого напряжения, но достаточной мощности.
#4. Обратите внимание, что микросхема DD6 на плате изначально развёрнута на 180 град. по сравнению с микросхемами DD4, 8, 9. Это правильно! Можно машинально припаять DD6 аналогично DD4, 8, 9 и это будет не правильно.
#5. Трансивер требует для питания внешнее двухполярное напряжение +-15В (помимо напряжения +13,8В). В принципе можно питать от трансформаторного источника +-15В, но многие радиолюбители применяют микросхемы преобразователей DC/DC, мирясь с некоторым увеличением шумов от таких преобразователей. Для этого изготавливают платку, на которой распаивают микросхему и элементы обвязки, а саму платку размещают на плате трансивера. Используют микросхемы MAX743 (преобразователь из +5В в +-15В), ссылка на даташит http://datasheets.maximintegrated.com/en/ds/MAX743.pdf , в даташите есть рисунок печатной платы, обвязка микросхемы достаточно сложна. Также используют микросхемы P6CU-1215 (из +12В в +-15В) или P6CU-0515 (из +5В в +-15В), требующих меньше элементов обвязки, ссылка на даташит http://lib.chipdip.ru/011/DOC001011940.pdf . Также упоминаются микросхемы RY-0515D и NMV0515S (обе из +5В в +-15В), последняя шумит мало. Надо сказать, что при использовании преобразователей из +5В в +-15В требуется увеличенный радиатор на стабилизатор +5В, т.к. ток потребления преобразователей заметный.
#6. Для получения выходной мощности 10Вт (и более) следует заменить транзисторы RD06HHF1 на RD16HHF1. Ток покоя каждого транзистора выставить 250мА. Если размер радиатора позволяет, то можно сделать ток покоя значительно больше. Stew KF5KOG в yahoo-группе предлагает поменять номиналы элементов обвязки этих транзисторов. Конденсаторы C254,268 изменить на 0,1 мк, а резисторы R91,102 изменить на 680 Ом.
#7. ВЧ-трансформатор на бинокле BN-43-202 на выходе усилителя мощности сильно греется. Предлагается заменить сердечник на трубки 2643480102 FERRITE CORE, CYLINDRICAL, 121OHM/100MHZ, 300MHZ. Размеры Dвнешн.12,3мм х Dвнутр.4,95мм х Длина 12,7мм, материал-43. Даташит http://www.farnell.com/datasheets/909531.pdf (на фото справа лежит для сравнения прежний трансформатор на бинокле):
Stew KF5KOG в yahoo-группе предлагает заменить сердечник на BN43-3312. Конденсатор C261 изменить на 100пФ, при этом выходная мощность на диапазоне 6м получается не менее 8Вт (при использовании транзисторов RD16HHF1). Вторичная обмотка 3 витка!
По-другому решал проблему радиолюбитель с ником Lexfx (форум CQHAM). Он установил дополнительный дроссель (на схеме красным цветом), при этом средний вывод бинокля уже не используется. Сердечник дросселя 10х6х5мм (вероятно 1000НН), 7 витков в два провода диаметром 0,8мм:
#8. Информация из yahoo-группы. Чтобы уменьшить шум УВЧ необходимо отрезать в одном месте земляную дорожку (на рисунке - Bridge gap), а в другом месте добавить SMD-индуктивность, разорвав в этом месте проводник (на рисунке - Cut Trace):
#9. Для выравнивания шумовой дорожки на панораме PowerSDR рекомендуют уменьшить величину ёмкости конденсаторов C104, 107, 112, 113 (на выходах смесителя FST3253 приёмника) до 0,012мк или даже до 8200пф.
#10. Ошибка при разводке платы. Выводы 2,3 (исток, сток) транзистора VT2 IRLML5103, подающего питание на микросхему УВЧ, надо поменять местами. Как это сделать, решайте сами. Возможно проводочками. Даташит IRLML5103.pdf
#11.
Неудачная схема обхода усилителя мощности. При переходе на передачу кабель
обхода остаётся подключённым к входу усилителя, что приводит к возбуду усилителя
на частоте 50 МГц. Предлагается использовать свободные контакты реле K26 для
полного отключения кабеля обхода. Реле К26 имеет две группы контактов. Выпаиваем
К26 (если оно уже было впаяно) и выполняем согласно схеме и рисунку ниже.
Используем обмоточный провод ПЭВ для перемычек. Возможно придеться немного
подогнуть ножки реле перед запайкой. Будет почти не заметно. На фрагменте
платы белыми чёрточками показаны места перерезания дорожек, а тонкими
чёрными линиями показаны проволочные перемычки:
Радиатор - алюминиевая пластина толщиной 3...4мм, закреплённая снизу платы на стойках. Транзисторы усилителя мощности и стабилизатор +5В распаяны на обратной стороне платы и прикручены к радиатору.
Простой синтезатор для SDR приемников и трансиверов
В качестве вступления:
Заинтересовавшись технологией SDR и собрав для пробы приемник по схеме YU1LM, я столкнулся с проблемой гетеродина для него… Использование для этой цели генератора сигналов – громоздко, кварцевые же генераторы, кроме затруднений в поисках нужного кварца, еще и ограничивали диапазон приема. Приспосабливать для этих целей синтезаторы, разработанные для «обычных» трансиверов – тоже не решение, поскольку не все они для этого годятся, да и, если речь идет не о создании законченной конструкции, а об «ознакомительных» экспериментах, подобные переделки просто нецелесообразны…
Однако, выход есть и идея «лежит на поверхности»: для работы с программами SDR нужны «опорные» частоты с достаточно большим интервалом, определяемым частотой дискретизации звуковой карты, а это, как минимум, 48 КГц – значит можно использовать доступные микросхемы синтезаторов частоты для вещательных приемников, которые без труда обеспечат такой шаг. Но такой микросхемой надо как-то управлять, и тут тоже само напрашивается решение – поскольку SDR немыслимо без компьютера, то пусть тот же компьютер и управляет синтезатором! Подобные решения применяются и есть в сети, но они предназначены, как правило, для вещательных УКВ диапазонов, по крайней мере, мне не удалось найти готового решения для SDR, что и заставило взяться за разработку самостоятельно… Что получилось – судить вам...
Сразу оговорюсь – я не программист и не разработчик радиоэлектронных устройств, все это – чистое «хобби»…
Вариант первый:
Первое, с чем надо было определиться – с микросхемой синтезатора. Выбор пал на LM7000, по очень простой причине – она была в наличии в магазине… Да и остальные детали недефицитны – по принципу «что есть в тумбочке»…
Получилось так (рис.1):
Некоторые пояснения к схеме (рис.1):
На транзисторах VT1-VT3 собран узел сопряжения синтезатора с COM-портом компьютера. Транзисторы включены как повторители. Конденсаторы и резисторы в базах служат для защиты от помех и согласования уровней. Микросхема синтезатора включена по даташиту Кварцевый резонатор 7200 или 8000 КГц. Транзистор VT6 – ключ фазового детектора. ГУН на транзисторе VT10 – обычная емкостная трехточка. На транзисторе VT7 выполнен усилитель ГУН, на транзисторе VT8 – эмиттерный повторитель для лучшей развязки с ГУН-ом и согласования с ТТЛ входом микросхемы DD2 (74АС74). Связь транзистора VT8 и микросхемы DD2 – гальваническая, необходимый уровень обеспечен подбором номиналов резисторов R25, R26. Транзисторы VT4, VT5 – ключи управления реле К1 и К2, которыми изменяется коэффициент деления микросхемы DD2. Ключ на VT9 на печатной плате не разведен, монтируется при необходимости управления дополнительными узлами (УВЧ, АТТ). Питается схема от 13,8 вольт: ключи управления реле – напрямую, микросхемы DD1,DD2 – через стабилизатор +5 вольт, аналоговые узлы – через маломощный стабилизатор +9 вольт.
Как это работает:
Управляющая программа, запущенная на компьютере, через узел сопряжения с COM-портом передает микросхеме DD1 последовательность бит, определяющую выходную частоту синтезатора. Частота эта лежит в пределах 54-62 МГц. На формирователь гетеродинного сигнала смесителя SDR приемника надо подавать частоту в четыре раза большей частоты настройки. Это необходимо для получения пары выходных сигналов со сдвигом фазы в 90 градусов. Таким образом, при частоте ГУН-а 54-62 МГц мы можем перекрыть 20-ти метровый любительский диапазон. Поделив частоту ГУН-а на два и на четыре триггерами микросхемы DD2, можно настроиться, соответственно, на частоты диапазонов 40 и 80 метров. В пределах указанных диапазонов частоту можно изменять с шагом 40 КГц, что позволяет даже при 48-ми килогерцовой звуковой карте получить непрерывное перекрытие.
Конструктивное исполнение:
Синтезатор собран на односторонней печатной плате размером 110 на 70 мм.(рис.2, 3)
рис. 2
рис. 3
Настройка:
Самый критичный к настройке узел – ГУН. Необходимо, чтобы при изменении напряжения в точке соединения резисторов R19, R20 (точка А) от 0,5 до 8,5 вольт, частота ГУН-а менялась в пределах 54-62 МГц. Удобнее это делать так: отсоединить вывод резистора R20 от точки А и соединить его со средним выводом дополнительного переменного резистора номиналом в несколько десятков килоом. Крайние выводы дополнительного резистора соединить с корпусом и +9 вольт соответственно. Изменяя напряжение на варикапе D1 при помощи этого резистора, подбором емкости конденсатора С17 и количества витков катушки L1 (при точной настройке сдвигая-раздвигая витки) надо уложить частоту ГУН-а в нужный диапазон.
Точность выходной частоты синтезатора зависит от точности установки частоты опорного кварца (7200 или 8000 КГц). Эту настройку удобнее делать на работающем синтезаторе, измеряя его выходную частоту и подбирая номиналы конденсаторов С5, С6. Для удобства настройки конденсатор С5 можно заменить подстроечным.
Остальные узлы при исправных деталях в настройке, как правило, не нуждаются.
Программа управления:(Файл SyntSDR_1.zip Скачать )
Рабочее окно программы (рис.4):
рис. 4
Окно установки параметров (рис.5):
рис. 5
Управлять программой несложно (рис.4) – слева кнопки выбора диапазона, внизу – кнопки выбора центральной частоты в пределах диапазона. Выбранная центральная частота отображается в соответствующем окне с точностью до единиц Гц. Кнопка, по умолчанию обозначенная буквой F, служит для включения/выключения дополнительного реле К (рис.1). Нажатием кнопки Setup открывается небольшое окно предварительных установок (рис.5). В нем можно дать название кнопке F (например, АТТ или УВЧ) длиной не более 6 знаков. Также нужно выбрать номинал кварца, реально включенного в схему, и номер COM-порта, к которому подключен синтезатор. Необходимость выбора разделителя (точка или запятая) после единиц мегагерц в окне центральной частоты объясняется следующим: в программе предусмотрено автоматическое сохранение значения выбранной центральной частоты в буфере обмена. Это сделано для того, чтобы при работе с программой PowerSDR в режиме SoftRock удобнее было вносить это значение в окно CenterFreq. Т.е. достаточно только, после изменения значения центральной частоты в программе управления синтезатором, переместить курсор в поле CenterFreq программы PowerSDR и дать команду «Вставить». Но, в зависимости от настройки операционной системы, PowerSDR принимает это число или только с запятой, или только с точкой в качестве разделителя. Чтобы приспособить настройки программы управления под операционную систему, и предусмотрен этот выбор.
Нажатием кнопки ОК сохраняются произведенные настройки и программа возвращается в рабочее окно. При закрытии программа управления синтезатором создает в той папке, откуда была запущена, файл с расширением.INI, в котором хранятся настройки пользователя и, при последующих запусках, она загрузится с теми настройками, с которыми была закрыта.
Плата синтезатора соединяется с COM-портом компьютера «прямым» кабелем, и можно работать (рис.6)…
рис. 6
Разводку печатной платы в формате.lay и схему в формате.spl можно взять здесь:(Файл Dok_1.zip Скачать )
Вариант второй:
При более детальном знакомстве с программой PowerSDR привлекла внимание одна ее особенность, а именно – при включенном режиме Spur Reduction (нажата кнопка SR на передней панели) PowerSDR перестраивает синтезатор подключенного SDR-1000 с шагом 3051-3052 Гц, а в пределах этого шага перестраивается программно с дискретностью 1 Гц. Причем, момент переключения на следующий сегмент шириной 3051-3052 Гц жестко привязан к абсолютному значению частоты. И еще, в программе PowerSDR есть САТ-интерфейс, работающий через СОМ-порт по Kenwood-овскому протоколу. Причем, обмен данными успешно проходит не только через физический СОМ-порт, но и через виртуальные СОМ-порты с другими программами (например, Hyper Terminal).
Эти два свойства PowerSDR натолкнули на мысль – написать программу управления синтезатором на LM7000, которая по САТ-интерфейсу через виртуальный СОМ-порт будет периодически запрашивать у PowerSDR данные о режиме работы (RX/TX) и текущей частоте, и, через физический СОМ-порт, устанавливать выходную частоту синтезатора с шагом 3051-3052 Гц таким образом, чтобы она наиболее точно соответствовала частоте текущего 3-х килогерцового сегмента. В пределах же этого сегмента частота будет перестраиваться программно (кнопка SR при этом должна быть нажата). Это позволит работать с программой PowerSDR не только в режиме SoftRock, но и в режиме SDR-1000, что гораздо удобнее, т.к. позволяет переключать диапазоны и перестраиваться по частоте в пределах трех любительских диапазонов органами управления PowerSDR.
Для реализации такого режима необходимо, чтобы шаг синтезатора был равен 3051-3052 Гц. Поскольку набор коэффициентов деления опорной частоты LM7000 ограничен, необходим кварцевый резонатор определенной частоты. При переборе вариантов оказалось, что вполне подходит для этой цели распространенный кварц 8867 КГц. При его использовании шаг будет 3079 Гц, что не соответствует необходимому на 27-28 Гц. Это несоответствие будет проявляться в том, что при перестройке по частоте через каждые 3051-3052 Гц будет «пропущенный» участок шириной 27-28 Гц, на частоту внутри которого невозможно настроиться. Мне кажется, это небольшая плата за простоту схемы. Еще одной платой за простоту является то, что частоты приема и передачи будут точно совпадать только через каждые 3051-3052 Гц. Это объясняется тем, что в режиме приема в PowerSDR используется промежуточная частота 11,025 КГц, а при передаче сигнал формируется на «нулевой» ПЧ (речь идет о SSB). При переходе в режим передачи, PowerSDR перестраивает синтезатор SDR-1000 точно на 11,025 КГц. Рассматриваемый же синтезатор «шагнуть» с такой точностью не может, но он может «шагнуть» на четыре своих шага, т.е. 12208 Гц (3052*4), что позволит попасть в участок программной перестройки, в одной из точек которого частоты приема и передачи совпадут (рис.7).
Поскольку абсолютные значения частоты, на которых PowerSDR при включенном режиме SR делает переход на следующий 3-х килогерцовый сегмент, «вычислялись» эмпирическим путем – «прошагиванием» диапазонов, синтезатор в этом режиме может работать только в пределах трех любительских диапазонов (на большее терпения не хватило)...
рис. 7
Изменения в схеме по сравнению с предыдущим вариантом минимальны (рис.8) – заменить кварц (на 8867 КГц) и, если предполагается работа на передачу, смонтировать ключ на VT9, который в этой версии переключает режимы TX/RX:
рис. 8
При работе над схемой синтезатора были опробованы другие решения некоторых узлов (рис.9):
рис. 9
В этом варианте схемы (рис.9) для изменения коэффициента деления делителя на микросхеме 74АС74 использовано свойство D-триггера при подаче на вход R низкого уровня работать как инвертор по входу S и выходу Q, т.е. без деления входной частоты. Это позволило исключить из схемы ключи на транзисторах VT4, VT5 и реле, сохранив возможность получать на выходе частоту ГУН-а как непосредственно, так и поделенную на 2 или на 4. Поскольку для управления таким делителем потребовался инвертор (из-за особенностей LM7000), в качестве которого был использован элемент 561ЛН2, еще три элемента этой микросхемы применены для узла сопряжения с СОМ-портом. Работа такого варианта схемы проверена на макете, печатная плата не разводилась.
Программа управления:(Файл SyntSDR_2.zip Скачать )
Для работы программы необходима пара виртуальных СОМ-портов, которую можно создать при помощи программы-драйвера, например:(Файл N8VBvCOMSetup-226a.zip Скачать)
Рабочее окно, режим SoftRock (рис.10):
В этом режиме (рис.10) программа управления синтезатором никак не связана с программой PowerSDR и синтезатор формирует сетку частот с шагом около 44 КГц. Поскольку значение опорной частоты не «круглое», и шаг, и центральная частота тоже не «круглые». Так же, как и в первой версии, значение центральной частоты автоматически сохраняется в буфере обмена для более простого ввода в поле CenterFreq программы PowerSDR. Изменять центральную частоту можно пошагово «вверх – вниз» кнопками «Частота». Центральной кнопкой можно вернуться к начальному значению, близкому к началу SSB участка соответствующего диапазона. Переключение диапазонов производится кнопками «Диапазон» по «кольцу». В отдельном окне отображается выходная частота синтезатора (вычисленная). Именно этого значения надо добиваться подстройкой опорного кварцевого генератора.
Рабочее окно, режим SDR-1000 (рис.11):
В этом режиме (рис.11) программа управления синтезатором по САТ-интерфейсу периодически опрашивает PowerSDR о текущей частоте и настраивает синтезатор на начало текущего 3-х килогерцового участка (кнопка SR на панели PowerSDR должна быть нажата). В пределах этого участка перестройка происходит программно. Частота, отображаемая в поле «Частота настройки», хоть и незначительно, но отличается от частоты, отображаемой в соответствующем окошке PowerSDR. Это связано с крупным шагом сетки частот синтезатора. Правильная частота – в окне программы управления синтезом.
Как упоминалось ранее, частота передачи будет совпадать с частотой приема только при определенных значениях каждые 3051-3052 Гц. Момент совпадения этих частот отображается на панели программы цветовым индикатором (рис.15). Причем, если разность частот не превышает 50 Гц – индикатор зеленый, при разности 100 Гц – желтый, в остальных случаях – красный. Отображается также знак и значение текущей разности частот приема-передачи и текущая частота передачи. В отдельном поле отображается выходная частота синтезатора.
Окно установки параметров (рис.12):
Нажатием кнопки Setup открывается окно предварительных установок (рис.12). В нем выбирается вид опорного кварцевого генератора (для представленных выше схем – фиксированный), вид схемы узла сопряжения с СОМ-портом, вид схемы управления коэффициентом деления микросхемы 74АС74, режим работы, тип разделителя.
В поле выбора частоты опорного кварца два значения – 8867 и 8789 КГц. О первом значении говорилось выше. Второе значение – это частота, при которой шаг синтезатора будет равен точно 3052 Гц, что позволит перестраиваться по диапазону без пропусков в 27-28 Гц. Для кого это важно, могут постараться найти такой кварц, или подстроить частоту кварца 8867 КГц известными методами, например, при помощи отработанного фиксажа…
В поле SyntSDR выбирается СОМ-порт, к которому подключен синтезатор, а в поле Pow.SDR – виртуальный СОМ-порт для связи с программой PowerSDR.
Все настройки сохраняются в.INI-файле, который при закрытии программа управления синтезом создает в той папке, из которой была запущена. При последующих запусках, она загружается с теми настройками, с которыми была закрыта.
Порядок запуска программы управления в режиме SDR-1000 следующий:
- Запустить программу PowerSDR;
- В Setup PowerSDR выбрать режим SDR-1000, или Demo (рис.13);
- В установках CAT Control PowerSDR выбрать протокол TS-50, порт из виртуальной пары, скорость 57600 (рис.14);
- В поле Clock Offset (General - Hardware Config - DDS) записать 0 (значение может изменится при запуске калибровки, что для данного синтеза делать не рекомендуется, т.к. не имеет смысла);
- На панели PowerSDR нажать кнопку SR;
- Запустить программу управления синтезом;
- В окне предварительных установок программы (рис.12) выбрать второй порт из виртуальной пары, физический порт синтеза, частоту кварца, режим SDR-1000 и нажать ОК;
- Нажать кнопку «Старт» - во всех окошках рабочего окна программы должны появиться значения соответствующих частот.
Если программа управления по какой-то причине теряет связь с PowerSDR, в поле «Частота настройки» появляется сообщение: «Нет связи с Pow.SDR». В таких случаях для восстановления связи бывает достаточно заново активировать САТ-интерфейс PowerSDR, для чего в поле CAT Contol надо снять и тут же поставить «галочку» в окошке Enable CAT, после чего нажать последовательно кнопки Apply, ОК и кнопку «Старт» программы управления. Если перечисленные действия не привели к восстановлению связи – перезапустите программу управления, если не помогло и это - перезапустите PowerSDR. Надо отметить, что потеря связи между программами происходит, как правило, при экспериментах и частых перенастройках в обеих программах. При обычной работе (например, при прослушивании диапазонов), программы не теряли связи часами. Кстати, САТ-интерфейс в PowerSDR работает, даже если она не включена (кнопкой Stendby), а просто запущена и находится на рабочем столе или в трее.
В режиме Sofr Rock (рис.16) данный синтез совместно с программой управления работают автономно, как генератор сетки частот, и могут использоваться совместно с любой другой программой SDR приемника или трансивера.
рис.
13
рис. 14
рис.15
рис. 16
Схемы в формате.spl можно взять здесь: (Файл Dok_2.zip Скачать )
Вариант третий:
Для полноценной работы синтезатора на LM7000 с программой PowerSDR в трансиверном режиме, т.е. с возможностью перехода на передачу на любой частоте диапазона, необходимо уменьшить шаг частоты хотя бы до 10-20 Гц. Наиболее просто это сделать «уводом» частоты опорного кварцевого генератора. Такое решение давно и достаточно успешно применяется радиолюбителями. Подобный узел был добавлен и в ранее предложенную схему простого синтезатора для SDR.
Такая доработка позволила отказаться от привязки к шагам PowerSDR, хотя и ценой меньшей точности настройки. Поэтому кнопку SR, как при использовании предыдущей версии нажимать не нужно, точнее – нельзя, во избежание казусов с установкой частоты.
Шаг настройки составляет 3-4 Гц на диапазоне 80 м, 6-8 Гц на 40-ке и 12-16 на 20-ке. На передачу можно переходить на любой частоте рабочего диапазона, частоты RX/TX будут совпадать с указанной выше точностью.
Схема доработанного синтезатора (рис.17):
рис.17
На регистре 74НС595 (DD3) и резисторах R43-R58 собран ЦАП, формирующий ступенчато меняющееся напряжение. При восьми разрядах регистра получается 255 «ступенек», что и определяет указанный выше шаг синтезатора. Кварцевый генератор – обычная емкостная «трехточка». Частота подстраивается в пределах 3-х килогерц варикапом D2 типа КВ109. Границы «увода» частоты устанавливаются подстройкой индуктивности L и подстроечным резистором R. По управляющим входам регистр на 74НС595 включен последовательно с микросхемой синтезатора LM7000, инверторы на транзисторах VT11, VT12 необходимы для согласования фазы управляющих сигналов 74НС595 и LM7000. Остальные узлы синтезатора остались без изменений.
Был отмакетирован и другой вариант схемы (рис.18):
рис. 18
Здесь использован «безрелейный» делитель на 74АС74 и узел сопряжения с СОМ-портом на инверторах. Печатные платы не разрабатывались. На показанных ниже фотографиях представлен макет «комбинированного» варианта обеих схем (рис.19, 20).
рис.19
рис. 20
Программа управления:(Файл SyntSDR_3.zip Скачать )
Программа управления этим вариантом синтезатора претерпела не только внутренние, но и внешние изменения. Рабочее окно программы уменьшено в размерах для того, чтобы его можно было накладывать поверх окна программы PowerSDR (рис.21). Для этого в настройках программы есть галочка «Поверх всех окон». При желании это свойство можно отменить. Из-за уменьшенных размеров окна пришлось отказаться от пояснительных надписей к кнопкам управления, но понять их назначение не сложно, особенно, если приходилось работать с предыдущими версиями программы. Частота настройки в соответствующем поле программы отображается с точностью до десятков Герц. Запуск программы и ее предварительные настройки не отличаются от аналогичных настроек в предыдущей версии (рис.22). По-прежнему, возможны два режима работы программы – SDR-1000 и SoftRock. Для облегчения отладки перестраиваемого опорного генератора предусмотрены дополнительные поля, доступные при щелчке по кнопке без названия в левом нижнем углу (рис.23, 24, 25). В них отображается состояние регистра ЦАП в виде десятичного числа 0-255, выходная частота синтезатора, а также вид регулируемого элемента и момент, когда его нужно подстраивать, причем, в режиме SoftRock в регистре ЦАП можно установить как крайние, так и любое промежуточное значение соответствующими кнопками. Общий принцип такой – при зеленом индикаторе и букве L над ним – подстраивать индуктивность катушки L, добиваясь на выходе синтезатора фактического значения частоты, отображаемого в поле «Выход Synt», при зеленом индикаторе и букве R над ним – вращать подстроечный резистор R, добиваясь того же. Настройки взаимозависимые, их нужно повторить несколько раз. При красном индикаторе настройку производить не рекомендуется. Хотя выходная частота отображается с точностью до единиц Герц, на последний разряд внимания обращать не стоит – достаточна настройка с точностью до десятков Герц.
Галочка «Расширенный диапазон» снимает программные ограничения перестройки частоты в режиме SoftRock, пределы перестройки будут ограничены полосой ГУН-а.
рис. 21
|
|
|
|
|
|
Схемы в формате.spl можно взять здесь: (Файл Dok_3.zip Скачать )
RZ6FY, Бакулин Павел, Ставрополь, 2007г.
Простой, универсальный синтезатор на Si5351 до 160 МГц.
Si5351A — это генератор с тремя независимыми выходами, которые могут генерировать каждый отдельный сигнал от 8 кГц до 160 МГц. Чип SiLabs Si5351А является двоюродный братом известного и популярного Si570 , но гораздо меньше, и на много дешевле. В отличие от Si570 , Si5351A не имеет кварцевого кристалла внутри. Опорная частота может быть 25МГц или 27МГц. Может быть использован как кварцевый генератор или кварцевый резонатор. Si5351A, которая использует интерфейс I2C легко использовать с микроконтроллером Arduino. Все эти особенности, вместе с библиотекой программного обеспечения позволяют легко и быстро настроить Si5351A для использования в вашем следующем проекте в соответствии с вашими потребностями. Три независимых выхода идеально подходят для использования в качестве ГПД (VFO) в супергетеродине или трансивере. Маленький шаг настройки 1 Гц и большой диапазон частот делают его отличным выбором для таких проектов как приемники, трансиверы, техника прямого преобразование или SDR-техника, антенный анализатор, генератор сигналов или тактовый генератор. Дополнительный TCXO делает Si5351A особенно полезным в тех случаях, когда требуется высокая стабильность, необходимых, например, в передатчике WSPR или QRSS.
Предлагаемый синтезатор предназначен для использования в простых самодельных приемниках, трансиверах с кварцевым фильтром, в технике прямого преобразования, SDR — технике, где условием для их работы является удвоение или учетверение (Х2, Х4) частоты на выходе синтезатора. Причем для премо — передающих устройствах с одной ПЧ в районе 9МГц (может быть любая), нужные частоты «опоры» «снимаются» с дополнительного выхода Si5351. Что дает возможность отказаться от классических кварцевых опорных гетеродинов с подстраивающими частото — сдвигающими контурами, конденсаторами для выбора нужной боковой полосы. И при минимальных (никаких) знаниях пользователь сам может поменять, подстраивать их значения.
Так же не составит особого труда выбрать нужный для пользователя режим работы синтезатора.
1. Классический вариант с одним ПЧ и с опорой на борту.
2. Прямой выход. Синтезатор используется как генератор до 160 МГц.
3. Частоты на выходе синтезатора, умноженная на четыре
. Для техники ПП, SDR.
4. Частоты на выходе синтезатора, умноженная на два
. Для техники ПП, SDR.
В синтезаторе предусмотрено включение/выключение PRE/ATT (УВЧ, АТТ) по кругу с помощью одной кнопки. Так же планируется дешифратор для коммутации полосовых фильтров. Пока диапазоны уточняются. Схема и некоторые фото ниже.
25.10.2015
Сборка абсолютно новой конструкции - SDR-трансивера от UT3MK, начата с синтезатора частоты. Далее последует сборка, собственно, самой платы трансивера, ДПФ-фильтров и, возможно, усилителя... Есть идея, изготовить полноценное устройство, используя наработки талантливого радиолюбителя - UT3MK.
Вариант схемного решения обсуждался в этой ветке. Я решил собрать 13-ю версию синтезатора. Плату синтезатора и трансивера любезно изготовил Виктор RA3AIW, за что ему огромнейшее спасибо. Так же, он будет помогать запустить устройство, как радиолюбитель, успешно повторивший, в том числе и данную конструкцию...
Все компоненты были куплены в магазине chipdip , кроме Si570, которая осталась от SDR-трансивера Peaberry RX-TX Sound. Кстати, без проблем ее можно купить на sdr-kits .
Фото процесса сборки будут выкладываться .
Сегодня проходила сверловка платы.
Перед запайкой основных чипов, проверяется рабочее напряжение, настраивается напряжение питания синтезатора (3,3В в моем случае). Потом запаиваются все корпуса, кроме Si570, плата проходится феном, моется, визуально контролируется. Далее, заливается тестовая прошивка и, в случае успешной работы всех функций, запаивается синтезатор. Чтобы заливать прошивки - необходимо будет изготовить программатор для ATmega32. Я хочу попробовать сделать самый простой вариант под LPT-порт.
27.10.2015
Все детали, кроме Si570 запаяны. ATmega32 чуть повернулась против часовой стрелки, но, думаю, это не страшно... Сначала лудились контакты под чипы после нанесения раствора ЛТИ. Потом, прогревались феном, для равномерного распределения олова. Далее, снова ЛТИ и прихватка чипов за крайние ножки паяльником. Далее, прогрев каждой стороны феном, ЛТИ, добавление олова жалом паяльника, снова ЛТИ и финальный прогрев феном. Я для себя выбрал такую методику запайки корпусов...
После того как плата полностью заработает (а я очень рассчитываю, что это произойдет) - будет прогрев остального монтажа с предварительным нанесением ЛТИ и финальная мойка платы.
Выставлено напряжение 3,3В на 7-й ножке Si570. При подключении платы к компьютеру по USB, обнаружено новое устройство, которое под WinXP попросило драйвера. Драйверы были установлены.
Следующий шаг - изготовление шлейфа-программатора на LPT-порт и попытка заливки тестовой прошивки...
29.10.2015
Был изготовлен шлейф на LPT-порт. Поскольку, по хорошему им нужно воспользоваться только пару раз - я не стал заморачиваться на эстетику конструкции. Главное, чтобы интерфейсный кабель выполнил свою задачу.
По началу, с версией, размещенной на сайте ponyprog, прошить не получалось. Интерфейс программы отличался и в меню не было нужной версии ATmega32. Потом, я скачал версию с сайта Юрия по ссылке из доки по прошивке атмеги и все в две секунды успешно прошилось. Далее, выставил и записал фьюзы, считал их и стал тестить устройство через PowerSDR 2.5.3. Все функции работали без проблем. После чего я стер память, залил рабочую версию прошивки (Madeira-6) и запаял Si570. К слову, она тоже провернулась и тоже против часовой стрелки. Наплевал...
По началу все работало нормально. CAT держал связь, валкодер работал и т.п. Единственное - я очень долго не мог откалибровать частоту, которая отличалась от эталонной где-то на 2кГц. Как оказалось позже - виной тому, нарушение в работе одного из каналов SDR-приемника, что давало 100%-ю зеркалку на панораме.
Для калибровки и подавления зеркалки я использую кварцевый генератор на 7,3728МГц. Кстати, эти генераторы имеют достаточно высокий выходной уровень (я ставил 1:100) и очень низкий уровень фазовых шумов - на экране четко стоит пика сигнала и частота строго соответствует указанной на корпусе кварца...
К сожалению, после дальнейших экспериментов стала барахлить связь по CAT и потом вообще отвалилась. Переустановка драйверов, смена номера COM-порта, деинсталляция PowerSDR с чисткой реестра и содержимого в скрытых папках, ничего не дали, что сильно огорчило и испортило настроение...
30.10.2015
Сегодня было замечено, что проблема со сбоем была связана с нарушением контакта(ов) в каком-то месте платы (путем ее изгиба в разные стороны). Пришлось пропаять некоторые детали и прогреть всю плату термофеном (чего не было сделано до того момента) и все заработало стабильно.
Так же, был исправлен дефект в одном из каналов приемника (кстати, того, который в основном используется на Web-SDR). После чего, программа была откалибрована по уровню и подавлению зеркала. Чтобы выставить аппаратное подавление в приемнике - была использована версия программы 1.18.6, когда зеркало еще не давилось в автомате. Подавление составило около 45дБ.
После чего, я вернулся к версии 2.3.5.
Использовалась интегрированная звуковая карта на 48кГц, имеющая все присущие ей недостатки... Этим обусловлены палки по краям от нулевой ПЧ, которая тоже порядком шумит.
Поигравшись чуть с приемом эфира, на сегодняшний день, решил остановиться на достигнутых результатах...
На панораме наблюдалось большое кол-во палок. По прежнему опыту, эта напасть, в значительной степени, пропадала после помещения конструкции в металлический экран...
31.10.2015
Что ж, синтезатор стабильно работает, плата отмыта от флюса. Приемник Тасы снова вернулся в состав WebSDR, обзаведясь экранирующим корпусом, на этот раз. Есть собранная основная плата трансивера версии 3B, есть печатка и все компоненты для версии 2А. Видимо, дальше буду собирать плату ДПФ - 3-й компонент будущего SDR-трансивера, если творческий поиск не уведет в другую сторону...
01.11.2015
Сегодня собрал в кучу плату версии 3B и данный синтезатор.
Часть функций синтезатора пока не используется. Так же, здесь нет никаких фильтров и усилителя. На выходе, при приемлемом качестве двухтонального сигнала, имеем около 1В амплитудного ВЧ-напряжения. Формированием полосы SSB-сигнала, в целом, доволен, но его нужно фильтровать... Есть идея, попробовать в аналогичном корпусе собрать ДПФ-ы и предварительный усилитель.
04.11.2015
Сегодня сделал BPF-фильтр на диапазон 40м. Схема, так же, взята с сайта Юрия. Моделировал данный фильтр в RFSimm99. Однако, после его изготовления и тщательного измерения всех элементов L/C-метром, оказалось, что полоса пропускания фильтра сдвинута выше где-то на 1МГц. Пришлось подбирать емкости и, в конечном итоге, был получен следующий результат:
Как потом выяснилось, была сбита калибровка L/C-метра и все измерения индуктивностей были некорректны... Планирую, позже, ещё раз промерить и переделать фильтр.
Приборчика NWT-7 у меня пока нет, но мой АА-330М вполне сгодится для этой задачи. В принципе, он показывает обратную картинку, как мне видится. И, посредством КСВ на графике, можно определить полосу пропускания фильтра... Методика измерения простая - ко входу фильтра подключается безиндукционная нагрузка - сопротивление 50Ом (два МЛТ-2 100Ом в параллель), выход фильтра подключается к анализатору и сканируется весь диапазон.
Платка для BPF расчитана на 3 фильтра. Планирую сделать ещё диапазоны 80м и 20м. Платку поместил внутрь корпуса.
Есть идея, разместить на оставшемся месте небольшой предварительный усилитель на OPA2764 или AD8009, чтобы получить 1Вт на выходе устройства...
09.11.215
Смоделировал диапазонные полосовые фильтры на 20м и 80м.
Здесь и в других фильтрах подбирал номиналы элементов простым перебором.
10.11.2015
Для диапазона 80м сделал фильтр LPF, на скорую руку.
Со вчерашнего дня, трансивер работает в составе WebSDR приемника, в режиме теста. Суть идеи - переключение приема на разные диапазоны, в зависимости от времени суток (с учетом особенностей прохождения) и проверка стабильности работы узлов трансивера. Процесс управления всеми компонентами системы происходит дистанционно, через удаленный доступ к компьютерам.
13.04.2017
Из опыта эксплуатации данного синтезатора. К плюсам можно отнести развитые возможности коммутации и управления, наличие валкодера и световую индикацию. Очевидных минусов вижу два. Самый главный - занятый com-порт и невозможность стыковки программы синтезатора с программами-логами (я использую UR5EQF). Вроде бы, можно использовать программные сплиттеры для работы различных приложений через один com-порт, но я пока такую возможность не пробовал. Второй, существенный, минус - отсутствие возможности подключения телеграфного ключа или манипулятора.
Продолжение следует...