Компактный генератор сигналов на CS2000
Простой ВЧ генератор от 1,5 до 165 МГц
Генераторы (осцилляторы) составляют ключевую роль во многих радиолюбительских и других конструкциях.
В любительском радио генератор переменной частоты (VFO) часто используется для генерации рабочей частоты приемника, передатчика или приемопередатчика.
При поиске микросхемы для генератора я наткнулся на Cirrus Logic CS2000 и после дальнейшего детального изучения он выглядел довольно многообещающим компонентом…
В то время как было очень мало пользователей устройства и никаких полезных данных приложений от производителя, (заявленный) диапазон вывода чипа 2 – 75MHz выглядел хорошо, текущий ток обещал быть меньше 20mA, и цена была разумной.
Предполагая, что чип использовался в квадратурном генераторе, работающем на четырехкратной рабочей частоте (4xF), он мог работать в диапазоне SDR до 20 МГц, и если использовался квадратурный подход «2xF», он мог охватывать весь диапазон HF до 30 МГц.
Следующим шагом было создание простого генератора с чипом. Я разработал базовую схему с использованием подходящего микропроцессора, на этот раз Atmel ATmega328. Я также добавил компактный I2C 2×16 буквенно-цифровой ЖК-дисплей и поворотный энкодер.
Эта штука боролась со мной всю дорогу. Программное обеспечение кодировщика, которое я использовал в предыдущем дизайне, отказывалось работать должным образом с новыми кодировщиками, которые я недавно купил у Азиатского источника. Решение этого вопроса потребовало определенных усилий.
К счастью, я наткнулся на отличный совет на веб-сайте на немецком языке Georg, DL6GL. Все мои проблемы были связаны с различиями в работе между различными типами недорогих механических роторных энкодеров. Похоже, покупка дешевых деталей приносит свои плоды.
Мой предыдущий дизайн решил проблему вождения ЖК-дисплеев I2C, которые я планировал для нас, поэтому, по крайней мере, дисплей не создавал проблем.
Я тщательно следил за деталями в спецификации CS2000 и начал с кристалла 20 МГц, разделенного внутри, чтобы создать опорную частоту 10 МГц. Это используется в дробной системе PLL для генерации конечной выходной частоты.
Техническое описание подразумевает, что CS2000 будет настраиваться с 6-75 МГц независимо от кристалла. Настройки разрешения, конечно, в основном зависит от кристалла. Когда я тестировал чип, мне действительно удалось получить выход довольно быстро, но потом я начал замечать пробелы в диапазоне настройки. Думая, что это может быть выбранная мной кристаллическая частота, я попробовал несколько других кристаллов, чтобы увидеть, дадут ли они другие результаты. Они сделали, но пробелы все еще существовали в диапазоне настройки 75 МГц.
Например, кристалл 10MHz произвел выходы от 2-4.5 МГц, 4,9-8,5 МГц, 9,7-17 МГц, 20-34 МГц, 39-68 МГц и 78-130мгц. Ну, хорошей новостью в этом тесте было то, что CS2000 мог легко превысить заявленный предел настройки 75 МГц (или 70 МГц, в зависимости от того, где вы смотрите в таблице данных). Некоторые кристаллы, которые я пробовал, позволили мне достичь 160 МГц. Это полезно, но реальная проблема остается — все эти пробелы.
Я нашел, если я использовал Кристалл 13,5 МГц, то я получил 2.2-2.9; 4.4-5.7; 6.8-11.5; 17.6-23; 35-46; 70-92 и 141-166 (чипы, как правило, немного неустойчивы выше 165 МГц, но вряд ли неудивительно!) Кристалл 12 МГц был полной катастрофой. Вы можете увидеть это в результатах, представленных ниже на рисунке для различных кристаллов.
Рисунок 1: выходные зазоры RF с различными кристаллами CS2000
Вы видите гармонические отношения, происходящие там? Я снова тщательно перепроверил свой метод расчета и дважды проверил значения, поступающие на устройство. Я даже закончил тем, что построил отдельный анализатор шины I2C, чтобы поближе взглянуть на эти последовательные данные на случай, если передача данных была каким-то образом испорчена, но нет I2C работал просто отлично. Ну, чтобы быть уверенным, я также перестроил устройство, используя альтернативный трехпроводной последовательный интерфейс SPI. Никакого изменения, та же проблема.
Поэтому я построил еще один со вторым чипом CS2000, который я купил, на этот раз используя процессор Tiny85. Та же проблема…
Рисунок 2: Вторая версия использовала компактный Midas I2C 2×16 буквенно-цифровой ЖК-дисплей и 8-контактный процессор ATtiny85
Поиск по форумам и другим проектам привел к аналогичному тупику. Это было так же хорошо, что я не делал этого по-настоящему в производственной среде с 100 000 единиц резервного копирования на линии.
Ухватившись за соломинку, я попробовал другие кристаллы, чтобы найти узор, который помог бы мне лучше определить проблему. Я получил более широкие полосы выхода (и меньше зазоров), когда я попробовал Кристалл 16.93 МГц на CS2000. Этот кристалл находился за пределами указанного рабочего диапазона чипа, и он не должен был работать, но он работал. И проверяя опорный выход на выводе 4 CS2000, я подтвердил, что он работает очень хорошо на 16.93 МГц!
Поэтому я попробовал кварц 17,5 и 22 МГц. Я получил еще лучшие результаты, с еще меньшим количеством пробелов.
Поэтому я пошел ва-банк и установил единственный высокочастотный кристалл, который у меня был в моей коробке — 24 МГц. И, чудо! Я получил полное непрерывное покрытие от 1.55 – 166 МГц на выходе CS2000 без каких-либо пробелов! Я попробовал с другим чипом и получил тот же результат.
Я задокументировал дизайн здесь, если это поможет кому-то еще. Все это работает, от 1,6 до 160 МГц, и он рисует менее 20 мА, но это все. Но, честно говоря, я не могу рекомендовать использовать эти устройства или, честно говоря, основываясь на моем опыте, многое другое из Cirrus Logic.
Мой последующий VFO на основе si5351a работает именно так, как указано в таблице данных. Хорошо, данные Silicon Labs сложны, и устройство требует довольно сложных вычислений и программного обеспечения для его запуска, но Silicon Labs поддерживает свои чипы и отвечает на вопросы.
дизайн
Компактная конструкция генератора сигналов показана на схеме ниже. (Я покажу схему еще меньшей версии Tiny85 ниже по странице)
Рисунок 3: Схема Схема управляемого генератора CS2000 DDS ATmega328 / генератора сигналов
Микроконтроллер контролирует все. При включении питания он инициализирует дисплей и CS2000, отправляя короткую строку данных I2C на ЖК-дисплей и еще один короткий пакет данных, на этот раз через шину SPI, на CS2000. Процессор запускается с двумя частотами, сохраненными в памяти программы. «VFO A» установлен на 5.00 МГц, и это отправляется на CS2000 при включении питания. «VFO B»(канал «памяти») установлен на 75 МГц. VFO A или B можно выбрать с помощью кнопки A/B. Выход из CS2000 является 3.3 В прямоугольная волна.
Для простоты напряжением питания 3.3 В все в генераторе, включая ЖК. Низкий LM317L регулятор мощности в компактном to-92 пакетов используется для внешнего питания требуется 3.3 В. Внешний источник может быть что угодно от 6 – 12В.
Роторный шифратор позволяет настраивать в шагах 5, 50, 500Hz и 5kHz. Нажатие энкодера внутрь позволяет выбрать шаг. Больше всего в нескольких шагах от 1МГц выбираются с помощью вверх и вниз кнопки. Все входные сигналы кнопки имеют внутренние резисторы pullup внутри микроконтроллера.
Последняя кнопка («4xF») умножает отображаемую частоту на четыре. Например. Если дисплей показывает 10.000 MHz, то выход CS2000 на 40.000 MHz. Это позволяет генератору быть соединенным с делением на 4 квадратурных делителя (например, 74HC74). Они часто используются в SDRs, поэтому эта кнопка позволяет использовать генератор сигналов в качестве VFO с SDR во время тестирования.
Конечно, выходная частота CS2000 не может превышать предел 75 МГц (в соответствии со спецификациями) или 160 МГц в случае моих устройств. Если пользователь пытается превысить выходную частоту 160 МГц,»?»отображается на ЖК-дисплее на дальнем правом краю отображаемой частоты.
Программное обеспечение
Как обычно, я написал программное обеспечение с использованием Bascom, базового компилятора для семейства Atmel AVR. Программное обеспечение доступно для скачивания ниже.
Монтаж
Генератор был построен на образцовой плате. CS2000 был установлен на крошечной печатной плате адаптера DIP-SMD, чтобы сделать конструкцию немного проще.
СМД адаптер с CS2000
Рисунок 4: плата адаптера SMD с CS2000
Имея в виду заряд батареи и отвлекаясь от проблем с чипом, которые у меня были, я экспериментировал во время проекта с дизайном небольшого 3D-печатного корпуса PLA с изогнутым основанием. Я использую Designspark Mechanical для моих 3D-проектов.
Рисунок 5: верхняя крышка корпуса с 3D-печатью.
Квадратное отверстие на правой стороне позволяет получить доступ к разъему программирования после того, как он собирается.
Рис. 6: основание корпуса
В то время как готовая коробка легко помещается на ладони, в базе было достаточно места для одноэлементной батареи AA и компактного преобразователя наддува для создания необходимого питания 3,3 В.
Тем не менее в свете результатов и желания закончить его, приложить больше усилий к лучшему дизайну si5351, я просто использовал внешний источник питания 5V.
В боковой части печатного корпуса было место для необходимого разъема постоянного тока, и именно там я его установил.
Некоторые маленькие печатные кнопки находятся поверх переключателей на прототипной плате, проходя через отверстия в верхней крышке, чтобы переключатели могли быть нажаты.
Художество панели было таким же быстрым дизайном. Он был вырезан и обрезан по размеру, покрыт скотчем и приклеен к крышке корпуса.
Рис. 7: передняя панель
Версия 2: «Teeny Tiny Gennyrator» — Версия Tiny85
Как отмечалось выше, вот схема для второго более компактного варианта этой конструкции, чем которая показана на рисунке 3, выше.
Рисунок 8: схема генератора №2. Эта версия использует I2C для того чтобы управлять и CS2000 и LCD
Если кто-то хочет попробовать этот вариант, напишите мне и я могу отправить вам программное обеспечение.
Выводы
Генератор CS2000 работает, он компактный и перекрывает диапазон от 1,5 до 165 МГц. Выход 3.3 В прямоугольные импульсы.
Теперь, когда я разработал комплексное программное обеспечение для более широко используемого si5351a, при поддержке более отзывчивого поставщика и большего сообщества пользователей, я буду придерживаться si5351a. Это также дешевле, около 25% от стоимости CS2000 и он тоже низкоточный.
Загрузки ПО
Источник: ZL2PD Amateur Radio Website.
Источник
Сигнал-генератор 80 — 900 MHz
| Сергей p-45 (at) mail.ru http://p-45.narod.ru/ |
Лаборатория радиолюбителя своими руками
О проекте
При настройке приемников (да и многих других устройств) часто требуется источник сигнала с требуемой и заранее известной частотой, часто для этого используется сигнал вещательных радиостанций, естественно это не совсем удобно. Желание купить сигнал-генератор было убито слишком большой ценой, и тогда возникла идея сделать такой генератор сигналов своими руками. В интернете встретилась страничка с сигнал-генератором из тв-тюнера (из телевизионного селектора каналов), к сожалению ни схемы, ни подробного описания там нет. Эксперименты с селекторами каналов фирмы SELTEKA подвигли на изготовление подобного устройства, получилось легко и очень быстро — генератор был сделан за 2 дня.
Основные характеристики сигнал-генератора
| Диапазон частот | 80 МГц — 900 МГц |
| Шаг перестройки по частоте | 50кГц 100кГц 250кГц 500кГц |
| Режим модуляции | Без модуляции, AM, NFM, WFM |
| Количество фиксированных частот | 16 |
| Напряжение питания | 7В — 9В |
| Потребляемый ток | 120 мА |
Конструкция
Внешний вид генератора:
Генератор размещен в пластмассовом корпусе G738 из магазина «Чип и Дип».
Вид без верхней крышки:
Конструктивно генератор как и приемник P-45 сделан на одной плате размером 100мм X 115мм из фольгинированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Печатная плата изготовлена методом «лазерного принтера и утюга».
- Файл с рисунком печатной платы для программы Sprint Layout 3.0
Травится только одна сторона платы — нижняя (сторона SMD деталей). Фольга с верхней стороны предстовляет собой сплошную «землю», которая в нескольких местах с помощью перемычек соединяется с «землеными» проводниками другой стороны (эти места отмечены красными кружочками). Отверстия для «нормальных» деталей со стороны сплошной «земли» зенкуются сверлом 2,5 мм или 3,0 мм.
Вид со стороны SMD элементов:
Большинство деталей используемых в генераторе — SMD элементы (элементы для поверхностного монтажа)
Схема генератора
В принципиальной схеме могут быть неточности — она «срисовывалась» с работающего прибора, соответственно в файле с рисунком платы ошибок нет (одна была — исправлена, это про проводок на фото).
Доработка селектора KS-H-132
Собственно именно доработка селектора каналов KS-H-132 от SELTEKA и превращает его в генератор.
Самое сложное в этом деле — это открыть корпус KS-H-132 , потому как он запаян, причем запаяны обе крышки. Если будете вскрывать — имейте ввиду что без паяльника в 60 — 100 ватт не обойтись (при вскрытии этого экземпляра использовался 100 ватный), и учтите там где всего одна пайка — это крышка со стороны катушек, а где их немеряно — это сторона печати и SMD деталей, и надо быть осторожным чтобы все это хозяйство не повредить.
Вид со стороны катушек:
Здесь надо удалить две катушки — их бывшие места отмечены красными «завитушками».
Вид со стороны SMD деталей и сделанными доработками:
С этой стороны удаляем несколько SMD деталей — эти места отмечены красными прямоугольниками, затем надо резрезать три проводника — место отмечено белым кружком и стрелкой. Затем припаять проводок — соединить выход генератора с буферным каскадом (он-же модулятор AM и регулятор уровня сигнала на выходе). И подать питание на этот самый буферный каскад с помощью сопротивления 47 ом — 75 ом . (помечен белой стрелкой) Последнее — проводок который соединит выход буфера с выходным разъемом (а раньше он был входным), места пайки помечены белыми стрелками. Этот проводок проходит со стороны катушек.
Возможно предложенная доработка не самая совершенная — есть поле для творчества.
Детали
Основная деталь устройства — селектор каналов KS-H-132 , — для того чтобы селектор каналов превратить в генератор необходимо чтобы он был сделан с использованием двух микросхем, одна — это смеситель/гетеродин (TDA5736), вторая — синтезатор частоты (TSA5522). Селекторы KS-H-144 , KS-H-146 , KS-H-148 — для этой цели не годятся. К сожалению корпус KS-H-132 (как уже сказано выше) запаян, что существенно усложняет доработку, если уважаемой публике известны аналогичные селекторы, но с легко снимаемыми крышками — просьба сообщить на адрес p-45(собака)mail.ru .
В качестве управляющего микроконтроллера используется PIC16F630 или PIC16F676 фирмы MICROCHIP , последний отличается тем что имеет 5-канальный аналого-цифровой преобразователь на борту (в данной конструкции не используется).
- Файл с прошивкой для сигнал генератора.
Источник
