Каталог статей
| Главная » Статьи » Мои статьи |
Содержание:
1. Предисловие. 2. Кому нужен ваш синтезатор? 3. Cекрет первый. Промежуточная частота.
4.1. Юстировка частоты
Секреты синтезатора RX3AKT.
1. Предисловие.
Закончен труд! Производство моего DDS синтезатора продолжалось около семи лет. И, вот, оно завершено! За это время мною, в домашних условиях, сделано около двух сотен экземпляров. Все они нашли своих владельцев и работают у них в качестве ГПД в самодельных трансиверах, или, как универсальные НЧ-ВЧ измерительные генераторы. Проанализированы ошибки и недочеты конструкции. Появилось понимание, как нужно ПРАВИЛЬНО делать синтезаторы, и с точки зрения “железа и с точки зрения написания программного обеспечения. Пора подвести итоги и поделиться накопленным опытом. А так же некоторыми секретами и “изюминками”, которые были использованы в этой конструкции.
2. Кому нужен ваш синтезатор?
Перед тем, кто отважился создать собственную конструкцию синтезатора всегда сперва возникают определенные вопроы стратегического характера. Сперва надо самому себе честно ответить на некоторые вопросы: - о предназначении синтезатора, о его функциональных возможностях и круге потребителей. Создавать столь серьезную конструкцию только для себя, для своих нужд, я считаю совершенно нерациональным делом. Есть два пути – выложить полностью всю техническую информацию в открытый доступ в надежде на то, что кто то самостоятельно повторит конструкцию. Или производить синтезатор в виде функционально законченного устройства, как ТОВАР для продажи. Оба этих пути имеют право на существование. В первом случае, если конструкция использует современную элементную базу, наверняка круг способных повторить ее будет очень узким. Мало того, что у нас до сиих пор тяжело купить нужные комплектующие “последних моделей”, в основном микросхемы, (бесплатная халява давно умерла!) к тому же сперва надо просто узнать о их существовании (ведь их сейчас на мировом рынке миллионы наименований!), затем как можно подробнее изучить их свойства и способы применения (для этого, как минимум надо знать Английский технический ). Еще их надо суметь припаять к печатной плате, что, при их мизерных размерах очень непросто, и, наконец, надо суметь их запрграммировать. Ведь по-настоящему современные электронные устройства без прикладного программного обеспечения уже немыслимы. Постаравшись, конечно, можно повторить авторскую конструкцию, но это будет только ПОВТОРЕНИЕ, не несущее в себе истинно творческого начала. Во втором случае свои творческие усилия можно переключить от создания “кирпичей” на создание целостного “здания” из готовых “строительных блоков” одним из которых может быть готовое изделие - синтезатор. Кстати, этот путь прошли не только строители, но и электронщики. В свое время, когда появились первые аналоговые и цифровые микросхемы, некоторые умельц пытались собрать их на дискретных элементах, транзисторах, конденсаторах и сопротивлениях. Но с усложнением микросхем даже у этих “Самоделкиных” появилось осознание, что этого делать ненадо. Лучше все же подкопить денег и купить (или достать) необходимый чип. Аналогичная картина наблюдается и сейчас – повторять морально устаревшие конструкции на дискретных элементах, пусть даже очень современных, - тупиковый путь! Одним словом, для применения современной элементной базы и использования передовой схемотехники необходимо иметь ПРОФЕССИОНАЛЬНЫЕ знания и умения. Далеко не все РАДИОЛЮБИТЕЛИ являются профи в области электроники, а руки, тем не менее, у них чешутся. Они страстно желают смостоятельно что то придумать, что то сделать своими руками. Ан, нет! Этим и объясняется современное состояние радиолюбительского конструирования – оно в очевидном упадке! В результате приходится затрачивать гораздо большие средства для покупки импортноой техники. От сюда и упадок интереса и уровня технических тем, обсуждаемых в эфире и на форумах в интернете. Слышится только похвальба друг перед другом очередными вновь приобретенными трансиверами. Настоящие технические беседы сейчас услышишь редко. Таким образом, готовый, покупной синтезатор в виде законченного блока, является важным подспорием самодеятельным конструкторам радиоаппаратуры. А насколько он плох или хорош – решать покупателям. Они голосуют своим рублем. Важно, что бы рынок был бы насыщен синтезаторами и другими блоками и был бы выбор. Этому может быть поспособствует эта и другие мои статьи.
3. Первый секрет. Промежуточная частота.
3.1. Диапазон установки ПЧ
Гетеродин от простого генератора отличается тем, что частота на дисплее его индикатора и выходная частота сдвинуты друг относительно друга на величину ПЧ. Причем сдвиг может быть, как в положительную сторону, так и в отрицательную. В радиолюбительских конструкциях синтезаторов, обычно, величина этого сдвига фиксирована и задается при программировании микроконтроллера устройства. В последнее время появились конструкции у которых ПЧ и знак сдвига задаются через меню. Это правильный путь! Он был осуществлен в моем синтезаторе. Если для генерации используется принцип прямого синтеза – DDS, то это открывает дополнительные возможности и дает большую гибкость в учете ПЧ. В синтезаторах с петлей ФАПЧ (PLL) диапазон перестройки от минимальной до максимальной частоты ограничен и определяется свойствами генератора, управляемого напряжением - ГУН-а. Это сужает диапазон возможных значений установки частоты сдвига. Например для ГУН-ов, предназначенных для работы на КВ, легко реализуются сдвиги на популярные частоты - 500 КГц и 8,8 МГц, но затруднены установки ПЧ для трактов с преобразованием вверх, на частоты 45,0 или 70 МГц. В DDS диапазон перестройки непрерывен начиная от очень малых частот, десятые и даже тысячные доли Герц, до величины, равной половине частоты применяемого опорного генератора. Например в последних версиях моего синтезатора опорная частота равнялась 540 МГц и, соответственно, непрерывный диапазон перестройки был равен от 0 (пост. ток) до 270 МГц с минимальным шагом во всем диапазоне 10 Гц. Это позволяло устанавливать в меню частоту сдвига для, практически, любой конструкции трансивера. Мало того, я решил ограничить диапазон сдвига только разрядностью дисплея. На дисплее может отображаться частота от нуля (0) до 999.999.99 Гц (точность 10 Гц), то есть до 1 ГГц. Так же и ПЧ может устанавливаться в пределах от 0 до +/- 999.999.999 Гц. С точностью до 1 Гц. Зачем нужен такой диапазон установки? Предположим, что мы применяем синтезатор для “диковенного”, но вполне “возможного в природе” тракта, у которого значение первой ПЧ равно 800,0 МГц и требуется принять (передать) частоту 900,0 МГц. Для этого случая установим в меню цифры +800.000.000. При этом выходная частота гетеродина будет вполне доступной для синтеза и равной 100,0 МГц, а на дисплее отобразится необходимое значение 900.000.00 . Для алгоритма контроллерной программы разрядность вычислений не имеет принципиальных ограничений. Почему бы не использовать полные возможности установки?!
3.2. Плюс или минус?
Кроме величины сдвига, также необходимо установить знак разницы. При установке значка “+” реальная выходная частота синтезатора будет выше индицируемой на установленную величину. При знаке “-“ будет ниже. Мой синтезатор имеет пятнадцать переключаемых VFO, (иначе – ГПД) с номерами от “0” до “F”. Каждый номер может также рассматриваться, как ячейка памяти или как номер диапазона. Кстати у синтезатора имеется четырехразрядный выход для подключения внешнего дешифратора, превращающего двоичный код в позиционный, что позволяет управлять внешними диапазонными устройствами. Каждый VFO имеет индивидуальную установку значения ПЧ и знака через меню. Эти параметры, однажды установленные, сохраняются как угодно долго во флэш-памяти контроллера синтезатора и независят от питания. К примеру, для SSB тракта с одной ПЧ и с одним фильтром основной селекции (ЭМФ или кварцевым) такие индивидуальные установки знака ПЧ для разных VFO позволяют легко автоматически менять боковую полосу при переходе на другой диапазон. А особенность установки различных значений ПЧ, позволяет менять боковую в тракте с переключением частот второго гетеродина вокруг АЧХ фильтра. Как, например, в при использовании набора “Кварц-35”.
3.3. Чему равна ПЧ?
Некоторые спрашивают: “Как в Вашем синтезаторе учитывается, и где устанавливается значение второй, третьей и т.д. промежуточных частот?”Такие вопросы возникают из за непонимания сути преобразования частот в супергетеродинном тракте. Конечно можно придумать много “экзотических” вариантов построения такого тракта. Например, можно сделать частоты вторых, третьих и последующих гетеродинов переменными. Тогда их конечно придется учитывать в синтезаторе. Но, такие изощренные приемы построения схем как правило не прменяются и мой синтезатор для таких случаев не предназначен. В более привычных трактах с ЛЮБЫМ количеством преобразований, изменяется, как правило, только первый гетеродин – ГПД. Его сигнал подается на первый смеситель с которого на фильтр поступает первая ПЧ. Вот ее то, и только ее, необходимо учитывать программе синтезатора при вычислении выходной частоты гетеродина. Все остальные преобразования, не зависимо от их количества, “варятся в отдельном котле”. В меню необходимо устанавливать значение ТОЛЬКО первой ПЧ! Чему же она все та ки равна и как попроще, но поточнее определить ее значение, не имея дефицитных частотомеров и другой измерительной техники? На первую половину вопроса нужно определенно ответить: “Для трактов с одной ПЧ ее значение равно частоте второго гетеродина!”. Для трактов с двумя преобразованиями число, устанавливаемое в меню, равно частоте второго гетеродина +/- частота третьего гетеродина. Например, у меня реализован приемопередающий тракт с преобразованием вверх, с первой ПЧ, равной 45,0 МГц и со второй ПЧ (частотой основной селекции), равной 500 КГц (ЭМФ). В меню установлено значение ПЧ 45,5 МГц, или цифры “045.500.000”. На вторую половину вопроса ответ тоже имеется. Дело в том, что одной из особенностей моего синтезатора является свойство довольно неплохой точности абсолютного значения его выходной частоты. Как это достигается – рассказ ниже. Это свойство позволяет использовать сигнал синтезатора в качестве эталона частоты. И, пользуясь старинным методом нулевых биений, определять частоту измеряемого генератора с точностью до единиц герц. Для этого необходим какой либо АМ или SSB приемник способный принимать сигналы в диапазоне измеряемых частот. Причем свойства гетеродинов самого этого приемника, их стабильность и точность, ни кого не волнуют. Они тут совершенно не важны! Это может быть простой радиовещательный СВ-КВ приемник или приемник “крутого” зарубежного трансивера. Разницы нет. Для замера частоты мы должны сперва поймать сигнал измеряемого генератора. Для этого необходимо разместить приемник как можно ближе к исследуемой схеме, расположив его в 1…10 см и настроиться на излучаемый сигнал как на молчащую станцию. (Все измерения производятся бесконтактно) С SSB приемником надо настроиться на частоту с приемлемым тоном. Затем надо включить наш DDS синтезатор, предварительно обнулив частоту ПЧ в его меню для используемого сейчас номера VFO. При этом выходная частота синтезатора будет равна частоте на его дисплее и он будет использоваться, как ГСС. К выходу синтезатора можно присоединить небольшую антенну – отрезок провода длиной несколько сантиметров. Установив курсор на разряд единиц килогерц, можно перестройкой синтезатора вокруг ожидаемой частоты грубо обнаружить на контрольном приемнике его сигнал, который будет слышан в виде тональных биений. Затем курсор следует переместить на самый младший разряд шкалы, на десятки герц и добиться НУЛЕВЫХ биений. Здесь, конечно, требуется некоторый опыт и понимание сути происходящего. Меняя расположение в пространстве приемника и синтезатора следует добиться наилучшего звучания. Точного совмещения частот (с точностью до фазы) добиться неудастся, ведь минимальный шаг перестройки синтезатора всего 10 Гц, но при умении и сноровке можно определить значение измеряемой частоты с точностью до единиц герц. Для этого следует на слух подсчитать количество пульсаций биений за одну секунду и прибавить или отнять это число к значению на дисплее синтезатора. (Догадайтесь сами как определить прибавлять или отнимать?) Полученную цифру и надо использовать, как значение ПЧ для установки в меню.
При создании программы для микроконтроллера, управляющего синтезатором, в том ее месте, где вычисляется частота выходного сигала, должны быть учтены ВСЕ ВАРИАНТЫ комбинаций взаимного расположения ПЧ, принимаемого или передаваемого сигналов и сигнала гетеродина на оси частот, а так же их “поведение” при взаимном изменении. Рассмотрим конкретный пример. Предположим, у нас имеется приемный тракт КВ с одним преобразованием частоты и с ПЧ, равной 8,8 МГц (Fпч). Мы принимаем сигнал с частотой 7,0 МГц (Fсигн2). При этом, частота гетеродина может быть равной 1,8 МГц (Fгет). Взаимоотношения всех этих трех частот описываются формулой: Fсигн.=Fгет.+/-Fпч. Как видно из формулы, мы имеем возможность принимать сигнал сразу на двух частотах одновременно – Fсигн1=Fгет.+Fпч (10,6 МГц) или Fсигн2=Fгет.-Fпч (7,0 МГц). Частота Fсигн1 в нашем случае будет побочной. Она фильтруется на входе приемника диапазонным фильтром и называется зеркальной. Далее в примере она не рассматривается. То, что Fсигн2 при вычислении будет иметь отрицательное значение не должно нас смущать. Частота сама по себе не имеет знака и берется по апсолютной величине. Мы видим, что при уменьшении частоты гетеродина частота приема будет увеличиваться. Или, по другому, увеличивая ручкой настройки частоту на шкале синтезатора, его выходная частота должна уменьшаться. Это не похоже на поведение частоты в обычном генераторе – измерительном приборе. Там частота всегда “движется” в одну сторону с цифрами на шкале. При дальнейшем увеличении частоты приема частота гетеродина будет приближаться к нулевому значению, при этом цифры на шкале будут приближаться к значению Fпч. Далее, частота гетеродина, как бы отразится от нуля и продолжит изменяться, но уже в сторону увеличения. Сам этот случай может показаться вполне апстрактным и не встечающимся на практике. Это так, но не совсем! В приведенном примере важно не “поведение” частоты возле нуля, а ХАРАКТЕР изменеия выходной частоты синтезатора при переходе нулевой отметки и ее “взаимодействие” со шкалой. Повторюсь - программист ОБЯЗАН учесть все варианты! Тем более, что используя DDS, можно легко получить на выходе, как очень малые частоты, так даже и частоту РАВНУЮ НУЛЮ или, другими словами, ПОСТОЯННЫЙ ТОК, что совершенно не реально в синтезаторах и генераторах другого типа. Кстати, при соответствующей схемотехнике, используя, например, ключевой смеситель, и подавая на его гетеродинный вход сигнал с внутреннего компаратора моего синтезатора, при равенстве частоты на шкале дисплея значению частоты ПЧ, установленном в меню со знаком минус, на выходе компаратора будет присутствовать неизменный по времени логический уровень. При этом будет постоянно открыто одно из плечь смесителя и сигнал с антенны напрямую поступиит непосредственно на вход кварцевого фильтра. То есть преобразования частоты не будет и мы будем иметь в данный момент приемник прямого усиления. Все законно! Ведь на шкале синтезатора при этом будет индицироваться частота точно равная промежуточной. Так, что, не такой уж это апстрактный пример! При изменении частоты приемник снова автоматически превращается в супергетеродинный.
НЕ ЗАКОНЧЕНО – продолжение следует… 19 августа 2010 г. | |
| Просмотров: 4849 | Комментарии: 1 | |
| Всего комментариев: 0 | |