NWT7 wersja "budżetowo-kieszonkowa"

NWT7 nie musi być duży...Nie sposób przecenić walory użytkowe urządzenia pomiarowego NWT 7 autorstwa Andreasa DL4JAL. Dużą zaletą jest również fakt, że odpowiednie oprogramowanie sterujące nim dostępne jest także dla miłośników Tux'ów (Linuksów). I jest na bieżąco aktualizowane. W większości przypadków opisy funkcji programu zostały "spolonizowane"

Radiowy niezbędnikSwoją pierwszą wersją NWT7 postanowiłem zbudować na bazie modułu DDS oznaczonego kodem BK009. Nie ma w tym chyba niczego odkrywczego, bo odpowiedni wsad do mikrokontrolera znajduje się tutaj na stronie Andreasa DL4JAL.

Analizując układy dostępne w sieci doszedłem do wniosku, że najprościej będzie samodzielnie zaprojektować płytki NWT. Wykorzystując Sprint-Layout 6.0 nie było to takie trudne. Mały, ale sprawny...

Urządzenie zbudowane w oparciu o moduł DDS (AD9850) w stosunku do pierwowzoru jest mniejsze, ale i zakres generowanych częstotliwości jest również mniejszy. Warto pamiętać, że w handlu jest dostępny moduł o dwukrotnie większej częstotliwości granicznej. Ale jego cena również jest odpowiednio większa.

Zrezygnowałem z zasilania bateryjnego i (dodawanej w niektórych wersjach) separacji portu USB od reszty układu. Port USB zasilany jest z gniazda zabezpieczonego polimerowym bezpiecznikiem.

Założenia

Pierwotnie zakładałem, że będzie to nieskomplikowana wersja niskobudżetowa. Postanowiłem nie zmieniać podstawowego schematu (blokowego). Do podobnych wyników chciałem dość nieco zmienioną "ścieżką".

Życie (oraz zmiana niektórych koncepcji) spowodowała, że koszty zminimalizowałem tam, gdzie to miało sens. Tam, gdzie koszty były rekompensowane innymi walorami wolałem dorzucić kilka groszy, by później nie narzekać. Tak było m.in. z wyborem gniazd SMA w miejsce BNC. IMO - opłaciło się.

Mikrokontroler PIC16F876A (20MHz)

PIC16F876W układzie pierwotnym zastosowano mikrokontroler w obudowie DIP28. Obecnie ze względu na:

  • mniejsze (w wersji SMD, SSOP28 - SO28) rozmiary obudowy,
  • porównywalną cęnę obu wersji (DIP28 i SSOP28) mikrokontrolera,
  • niechęć do wiercenia dodatkowych 28 otworów (wystarczy już tych na przelotki),
  • a przede wszystkim opanowanie przeze mnie programowania mikrokontrolerów PIC za pośrednictwem złącza ICSP (In-Circuit Serial Programming)

zdecydowałem się na mikrokontroler w wersji SMD, czyli w obudowie SSOP28 (SO28).

Moduł DDS

SyntezyZastosowanie modułu DDS typ BK009 spowodowało istotne zmniejszenie rozmiarów tej przestrzeni oryginalnej PCB, która jest związana z: generacją, sterowaniem, formowaniem i filtrowaniem sygnału z DDS.

Co prawda pomiary charakterystyki ostatecznej wersji urządzenia pokazują pewien spadek (ok. +/-2dBdB) amplitudy powyżej 25MHz, ale z mojego punktu widzenia nie jest to zasadniczy problem. Być może można jeszcze powalczyć o "wypłaszczenie". IMO ten przyrząd ma być czymś w rodzaju miernika uniwersalnego. Nie pretenduje do miana miernika referencyjnego.

Generatory modułów DDSNa rynku dostępne są też moduły DDS tej samej klasy oznaczone jako HC-SR08. Realizują dokładnie te same funkcje. Niestety - bo mają korzystniejszy układ wyprowadzeń - obecnie są trudniejsze do zdobycia.

Zastosowanie modułu HC-SR08 (ze względu na odmienienny układ wyprowadzeń) wymaga przeprojektowania płytki głównej.

Uwaga: Terry Mowles (VK5TM) (za Egbertem PA0EJH) wskazuje, że niektóre z modułów DDS wyposażono w generatory kwarcowe (125.000MHz) o maksymalnym napięciu zasilania równym 3,3V. Generatory te różnią się oznaczeniem.

Natomiast wizualna ich ocena (co do wielkości napięcia zasilania) może być utrudniona lub wręcz niemożliwa. Zasilanie ich napięciem 5V skutkuje ich nieodwracalnym uszkodzeniem. Zdarza się, że uszkodzenie to następuje ze zwłoką (nawet do 1 tygodnia).

W przypadku modułów tego rodzaju koniecznie trzeba odpowiedni stabilizator (IC6) zamienić na wersję 3,3V, np. LD33, LD1117S33.

W dalszej części przedstawiłem też alternatywną metodę z wykorzystaniem 2 zwykłych diod (nie Schotky'ego).

 Port komunikacyjny (USB)

Port komunikacyjnyW wielu dostępnych w sieci realizacjach NWT7 port komunikacyjny (bez względu RS232 czy USB) z reguły stanowi integralną część płytki PCB urządzenia.

Po negatywnych doświadczeniach oraz chcąc zachować możliwość wyboru postanowiłem płytkę portu wykonać jako element uzupełniający płytkę główną. Z płytki głównej wyprowadziłem jedynie wszystkie niezbędne sygnały umożliwiające realizację takiego portu.

Ze względu na konfigurację użytkowanych PC wiadomym było, że będzie to port USB. Z wyżej wymienionych też względów nie lokowałem gniazda USB na płytce portu.  Wymagałoby to określenia jego rodzaju: A, B, mini czy mikro. Posiada ona jedynie zestaw 4 pinów. Ostatecznie wybrałem miniUSB. Choć przyznać muszę, że ten rodzaj wtyku - biorąc pod uwagę jego stabilność - nie jest optymalny.

Trzeba jednocześnie pamiętać o tym, że:

  • w prezentowanym układzie zrezygnowałem z zasilania urządzenia za pośrednictwem gniazda USB. Poprzez port USB zasilany jest jedynie układ FT232RL. Do zasilania reszty układu służy inne dedykowane gniazdo,
  • port USB (w tym jego masy) nie jest izolowany od urządzenia. Na razie nie zauważyłem tego negatywnych skutków,
  • płytka portu USB realizuje (poprzez jej wpięcie) również  funkcję zwierania odpowiednich pinów np. złącza ICSP czy zasilania układu AD8307. Zatem rezygnując z płytki USB niezbędnym jest wykonanie niezbędnych połączeń w inny sposób. Bez nich układ nie będzie pracował.

Pozostałe drobiazgi

Drobiazgi...Gdy zaprojektowałem płytkę (główną) do mojego NWT okazało się, że niemal 1/3 jej szerokości wynika z długości gniazd BNC.

To może by dało się wytrzymać. Niestety z wcześniejszych negatywnych doświadczeń wynikało, że niektóre z zakupionych przeze mnie gniazd (i wtyków) BNC chararakteryzuje irytująca niepewność styków. I nie był to wynik nieprawidłowego "zarobienia" kabla.

Przeprowadzone testy z gniazdami i wtykami SMA nie wykazały, by w nich coś szwankowało. I tak oto budżet przegrał z funkcjonalnością. Nie tylko gabaryty, ale i funkcjonalność przeważyła.

Wybrałem złącza SMA. Do druku.

Podobnie wyglądała kwestia przekaźników przełączających sekcje tłumika. Ostatecznie wybrałem miniaturowe przekaźniki AXICOM P2 20129 V23079-G1011-X11

 


Konstrukcja NWT7b

KonstrukcjaJak już na wstępie wspomniałem konstrukcja mojej wersji NWT7 składa się z 3 płytek:

  • głównej z mikrokontrolerem PIC16F876A-20I/SO (w układzie zapewniającym możliwość programowaniae przez ICSP, moduł DDS BK009 na AD9850, zasilanie i sterowanie),
  • płytki portu USB (na uładzie FT232RL) oraz
  • płytki wskaźników (LEDy) i włącznik zasilania.

Płytki spięte są "na kanapkę" za pomocą męskich i żeńskich goldpinów. Płytka wskaźników i włącznika dodatkowo jest skręcona z płytką główną za pomocą tulejek dystansowych (z/w). W dotychczasowej eksploatacji nie zauważyłem negatywnych skutków tego rozwiązania.

Dodatkowo do płytki głównej przylutowana jest niewielka płytka, na której znajdują się: gniazdo zasilające oraz gniazdo miniUSB. I tu niestety - chyba - czeka mnie zmiana gniazda USB. Na inny rodzaj. Najprawdopodobniej na typ A (kompromis pomiędzy wielkością a stabilnością kontaktu).

Bo wtyczka typu miniUSB jest niewielka i podatna na rozłączanie, gdy przemieszczamy NWT. Oczywiście zależy to też od sztywności stosowanego kabla.

Schemat NWT

Płytka główna

Płytka główna - schematUwaga1: Ze względu na wielkość obrazu by pobrać pełną wersję należy: kliknąć miniaturkę schematu lub  kliknąć ten link. Schemat pojawi się w nowym oknie przeglądarki.

Uwaga2: prawidłowa nazwa stabilizatorów napięcia +5V to LD50 (na schemacie oraz widoku płytek omyłkowo oznaczono je jako LDY50). 

Uwaga3: Terry Mowles (VK5TM) (za Egbertem PA0EJH) wskazuje, że niektóre z modułów DDS wyposażono w generatory kwarcowe (125.000MHz) o maksymalnym napięciu zasilania równym 3,3V. Generatory te różnią się oznaczeniem.

Natomiast wizualna ich ocena (co do rodzaju) może być utrudniona lub wręcz niemożliwa. Zasilanie ich napięciem 5V skutkuje ich nieodwracalnym uszkodzeniem. Zdarza się, że uszkodzenie to następuje ze zwłoką (nawet do 1 tygodnia).

W przypadku modułów tego rodzaju koniecznie trzeba (należy wykorzystać alternatywnie jedną! z wymienionych poniżej metod):

  • odpowiedni stabilizator (IC6) zamienić na wersję 3,3V, np. LD33, LD1117S33.
  • w miejsce dławika DL4 - 27uH - włączyć 2 szeregowo połączone diody krzemowe. Stabilizator winien być na 5V. Zwykłe diody krzemowe (nie Schotky) o dopuszczalnym prądzie przewodzenia 350-500mA.

Pozostała część układu pozostaje bez zmian.

Analizując schemat widać, że nie ma tu zasadniczych zmian w stosunku do wersji NWT publikowanych w internecie.

Poza zastosowaniem modułu DDS BK009 oraz modyfikacji wynikających z zastosowania mikrokontrolera w wersji SMD i możliwości jego programowania przez ICSP.

Na rysunku z prawej przedstawiłem układ poszczególnych elementów na płytce głównej. Jest to strona górna (top).Płytka główna - układ elementów SMD

Uważne oko niewątpliwie zauważy, że kilkanaście elementów w prawym dolnym narożniku nie jest opisanych i nie ma podanych wartości.
 Jest to część przewidziana do dalszych zastosowań (eksperyment) i nie jest ona również uwidoczniona na schemacie płytki głównej. Choć osoby - nawet bez dużego doświadczenia - łatwo domyślą się co to może być. :)

Środkowy styk gniazda SMA2 należy połączyć z wejściem układu AD8307 tak jak to przedstawiono na rysunku.

Układ elementów THT na płytce głównejKolejny rysunek ukazuje odwrotną (od strony: modułu DDS, gniazd SMA, przekaźników, itd.) stronę płytki głównej. Jak widać ta strona laminatu została wykorzystana głownie jako (potrzebny, czy nawet niezbędny) ekran. 

Spotkałem się z pytaniem: czy wszystkie przelotki są konieczne? Nie wiem, które z nich są zbędne. Wiem jednak, że w prototypie (mniej przelotek) poziom przesłuchów w istotny sposób od nich zależał. Więc w wersji docelowej nie załowałem... :/ Prasowanka płytki głównej

Dla tych, którzy chcieliby skorzystać z gotowca obok zamieszczam obraz prasowanki. Jest już odwrócona (miror) i nie wymaga skalowania!

Uwaga: Ze względu na wielkość obrazu by pobrać pełną wersję należy: kliknąć miniaturkę prasowanki lub  kliknąć ten link. Pojawi się ona w nowym oknie przeglądarki.

Na zakończenie opisu płytki głównej drobna sztuczka montażowa

Montaż przekaźników tłumikajak już wcześniej wspomniałem jako przekaźniki załączające kolejne sekcje tłumika użyłem miniaturowe przekaźniki firmy AXICOM. Nie należą one do najtańszych. Ta wersja nie dość, że standardowo przewidziana jest do montażu SMD to ma jeszcze "krótkie" nogi. Użyłem ich jednak jako przewlekanych.

Możliwe to było po sfrezowaniu (frez dentystyczny osadzony w miniwiertarce) połowy grubości płytki PCB (ok. 0,7-0,8mm). "Zabieg" trwał ok. 15min. A przyczyna: ta wersja przekaźników była tańsza o 1/3 od wersji przewlekanej.

 

Płytka portu komunikacyjnego (USB)

Płytka portu komunikacyjnego Jak już wspominałem płytka ta pełni następujące funkcje:

  • umożliwia komunikację (sterowanie, układ FT232RL zasilany z gniazda USB) PC<=>NWT przy pomocy dedykowanego oprogramowania (wraz z odpowiednią dokumentacją udostępnionego przez Andreasa DL4JAL,)
  • łączy obwody: zasilania wzmacniacza wejściowego AD8307 oraz sterowania przekaźników załączających poszczególne sekcje tłumika oraz (odpowiednio) włącza diody LED prezentujące stan tłumika,Schemat portu komunikacyjnego (USB)
  • zwiera odpowiednie piny gniazda ICSP zapewniając prawidłową pracę mikrokontrolera. Po zdjęciu płytki portu komunikacyjnego mikrokontroler znajduje się w konfiguracji właściwej do jego programowania w trybie ICSP. 

Układ (portu) oparto na referencjach producenta (Future Technology Devices International Ltd.). I zadziałało. DIody Rx/Tx mrugają żwawo. Istotne o tyle, że nie wszystkie prezentowane w sieci układy startowały "od pierwszego" załączenia.

Dolna płaszczyzna płytki - układ elementówJak widać obwód zasilania gniazda USB jest chroniony bezpiecznikiem (polimerowym) 0,5A. Dolna strona płytki (ta z układem FT232RL) stanowi główny element.Górna płaszczyzna płytki portu USB

Z kolei górna realizuje wymagane połączenia wyżej wymienionych funkcji.

Praktyczna uwaga: by nie mieć kłopotu ze spasowaniem głównej płytki z płytką portu komunikacyjnego najpierw lutujemy goldpiny w płytce głównej. Nakładamy na nie "żeńskie" gniazda. I pasujemy płytkę portu. Po spasowniu obu płytek ("na kanapkę") lutujemy 4, najbardziej od siebie oddalone (po 1 w każdym narożniku PCB) wyprowadzenia gniazd. Sprawdzamy i lutujemy pozostałe wyprowadzenia gniazd.

W efekcie spięcie obu płytek nie będzie sprawiało kłopotu, zapewniając też pewny kontakt.

Prezentowałem już: schemat, obrazy przedstawiające układ elementów płytki portu komunikacyjnego. Pozostało już tylko zamieszczenie odpowiedniej prasowanki. 


Prasowanka płytki portu USB

Jak widać obejmuje ona obydwie strony płytki. Lewa - dolna, prawa - górna. Obydwie "mirrory" i w skali 1:1. 

Podczas montażu należy zwrócić uwagę na to, by końcówki goldpinów gniazda ICSP nie powodowały przypadkowych zwarć z kontaktami gniazda przyłączeniowego USB.

 

Płytka włącznika i wskaźników stanu

Płytka włącznika i LEDów...Kolejną płytką jest płytka na której zamontowałem włącznik i wskaźniki LEDy) stanu: urządzenia (włączony: tak-nie), transmisji danych przez port USB (LEDy: Rx,Tx) oraz stanu włączenia poszczególnych sekcji tłumika (20dB-10dB-20dB).

Oczywiście można z tej płytki zrezygnować, ale... na jednej malutkiej płytce umieściłem dwa gniazda: (mini)USB i zasilania (DC). Zmieściły się. Nawet da się podłączyć kable. ;)

Niestety włączanie czy wyłączenia przez wyjęcie kabla zasilania często powoduje wyjęcie również kabla USB.Efekty zbliżenia.... ;)

Możliwe jest również (przypadkowe) poruszanie kablem USB.  Dlatego dodałem włącznik. Ponieważ port  USB (w moim wykonaniu) po włożeniu do niego kabla USB jest stale aktywny to takie jego niekontrolowane włączanie i rozłączanie może
powodować zaburzenia pracy portu.

Czasami pojawia się komunikat systemowy, a czasami nie. Jedynym widocznym efektem był brak odpowiedzi NWT na komendy z PCta. Dlatego też dodałem diody sygnalizujące pracę portu USB.


Płytka - układ elementówObok przedstawiłem układ elementów na obu stronach płytki.

Prasowanka...Następnie prasowankę. Należy zwrócić uwagę by prasując odpowiednio złożyć prasowanki. 

Działający port USB...Wydzielenie płytki portu komunikacyjnego i zasilanie go z gniazda USB ma jeszcze inną zaletę:

można go sprawdzić jeszcze przed zbudowaniem czy uruchomieniem NWT.

Tutaj tylko wskażę jak sprawdzić czy port USB (nie musi być przyłączony do NWT) jest rozpoznawany przez system:

  • pod systemem MS Windows po podłączeniu portu po otwarciu Menadżera urządzeń zobaczymy (nowy) port COM. Jeśli jest to pierwsze uruchomienie portu może potrwać chwilę. Spowodowane jest to "dociągnięciem" i instalacją sterowników (z reguły odbywa się to automatycznie),
  • pod Linuksem (w wielu dystrybucja) wystarczy otworzyć terminal i wydać komende "lsusb" (oraz zatwierdzić ją poprzez wciśniecie klawisza "Enter"). Na liście rozpoznanych urządzeń USB winno być widoczne nasze urządzenie (port) z identyfikatorem: 0403:6001

Montaż i uruchomienie

Montaż elementów nie nastręcza kłopotów.  Urządzenie budowałem blokowo: magistrale zasilania, blok DDS (zasilony, bez sterowania generuje częstotliwość 1,25MHz dając na wyjściu ok. 1Vpp), mikrokontroler i jego zaprogramowanie. Warto pamiętać, by: najpierw wlutować "przelotki", potem elementy mniejsze (SMD), a dopiero na końcu te o większych gabarytach i ew. ekrany. Montaż w innej kolejności jest możliwy, ale bywa kłopotliwy. 

Zasadniczo wybór kolejności montażu i uruchomienia poszczególnych płytek urządzenia należy do konstruktora.

Po podłączeniu modułu komunikacyjnego do PC i uruchomieniu oprogramowania sterującego jego domyślna konfiguracja powoduje wyłączenie sygnału na wyjściu syntezy.

Niezastąpiony przy uruchamianiu stopnia wyjściowego (na ERA-1) oraz doborze rezystorów "bias" MMIC jest oscyloskop.

W zależności od wartości napięcia zasilania MMIC należy dobrać jego odpowiednią wartość. Wartości optymalne podano w nocie producenta w tabeli na s. 3. Wobec faktu, iż napięcie z syntezy (u mnie) przesterowywało MMIC (co objawiało się widocznym zniekształceniem sygnału wejściowego) na jego wejściu zastosowałem tłumik w układzie T. Rezystor oznaczony gwiazdką należy dobrać.

Dobranie rezystora (a w zasadzie grupy rezystorów) polegało na takim ich dobraniu i ustaleniu warunków pracy MMIC, by również nie występowało zjawisko "obcinania wierzchołków". W efekcie na wyjściu uzyskałem nap. ok. 1,25Vpp.

Jak widać na schemacie na wyjściu również razstosowałem tłumik T. Głównie by ochronić MMIC (maks. moc rozproszona - Power Dissipation - to mniej niż 330mW) w sytuacji np. zwarcia wyjścia NWT.  Bo wzmacniacz logarytmiczny AD8307 dopuszcza maksymalny sygnał wejściowy na poziomie ok. 17dBm (ok. 1,58Vrms) - czyli "no problem".Przesłuchy

Tym czego najbardziej się obawiałem (ze względu na konstrukcję przyrządu) były: przesłuchy pomiędzy wyjściem a wejściem sygnałowym (niewielka odległość pomiędzy gniazdami) oraz ograniczenie częstotliwości (wynik zastosowania modułu DDS).Widmo z i bez tłumika

W pierwszym przypadku uzyskany wynik uznaję za "więcej niż dobry".

Drugi parametr - IMO - "prawidłowy i użyteczny". Gdy tylko urządzenie w obudowę, uzupełnię artykuł o stosowne zdjęcie i... powtórzę pomiary

Testy i pomiary...A potem nastąpiła faza "mierzenia wszystkiego co było pod ręką". Jednym z jej wyników jest artykuł pt. "Czy warto "zbadać" (fabryczny) filtr kwarcowych?"

NWT7 "ubrane" w obudowę z laminatu w pełni potwierdziło swą przydatność.

Co ciekawe dodanie obudowy w istotny sposób nie podniosło tłumienia poza pasmem. Ale ze względów estetycznych wymusza na autorze tego opisu jej pomalowanie. :)

Na zakończenie chciałbym podziękować Andreasowi DL4JAL za wyrażenie zgody na: wprowadzenie modyfikacji w Jego projekcie, użytkowanie Jego aplikacji oraz publikację tych materiałów w Internecie. 

Jeśli jesteś zainteresowany tym co jeszcze udało mi się zrobić z lutownicą w ręku zapraszam do Warsztatu krótkofalowca.

 

 

Informujemy, iż w celu zebrania informacji o popularności portalu oraz identyfikacji IP odwiedzających korzystamy z informacji zapisanych za pomocą… plików cookies na urzą…dzeniach koń„cowych użytkowników. Pliki cookies użytkownik może kontrolować‡ za pomocą… ustawień„ swojej przeglą…darki internetowej. Dalsze korzystanie z naszego serwisu internetowego, bez zmiany ustawień„ przeglą…darki internetowej oznacza, iż użytkownik akceptuje stosowanie plików cookies. W celu uzyskania więcej informacji zapoznaj się z Polityką prywatności. Akceptuję ciasteczka (cookies) tej strony. By dowiedzieć się więcej o ciasteczkach (cookies) oraz jak je usunąć zajrzyj na stronę o polityce prywatności.

  Akceptuję ciasteczka z tej strony.
EU Cookie Directive Module Information