UEBE

ВЧ частотомер "FLEX" с гибко изменяемой схемой обвязки. ПРОДОЛЖЕНИЕ - FLEX-2 & FLEX-2P Обсудить на Форуме

Конструкция основана на применении широко распространенного микроконтроллера PIC16F628A (PIC16F628, PIC16LF628).
Может использоваться как отдельное устройство, так и встраиваемое в схемы генераторов, приемников, передатчиков и т.д. где требуется контроль частоты и уровня ВЧ-сигнала.
Прибор работает с несколькими типами LCD индикаторов на контроллерах HD44780, PCD8544 и PCF8814:
LCD 16x2, NOKIA 3310/1100/1110/1110i/1112/1116/1200/1202/1203/1280/2660/2760/6085 и т.д..
Поддерживает большинство синтезаторов частоты, с интерфейсом "MICROWIRE INTERFACE", в качестве делителей частоты: MBxxxxx, LMXxxxx, ADFxxxx.
Поддерживает отдельные делители частоты: MBxxx, uPBxxxx, SPxxxx, SAB и др..
При показаниях частоты учитывается "Промежуточная Частота" суммарная или разностная, задается пользователем.
Измеряется напряжение источника питания. Автоматическое выключение прибора(в версиях ПО v1.х).

ПО v1.x: ПО v2.x:

Параметры:
Измеряемая частота - зависит от входной схемы и примененного прескалера:
Параметры входа - открытый, Cin=1...1.5pF, до 700 MHz при Q11 BFR93A.
Измеряемый уровень сигнала - 0.001...3.2 ~V (протестированно до 1 ~V).
Измеряемая мощность сигнала - 0.1...200 mW (для Rвх = 50ом).
Промежуточная Частота - +/- 0...65.535 MHz.
Напряжение питания - 3.7v Li-Ion аккумулятор или см. описание «POWER SUPPLY».
Потребляемый ток - 6mA без подсветки LCD с MB15E03SL, 8...40mA с подсветкой LCD NOKIA.
Авто-отключение - 20 мин.
Температурная нестабильность "0" от -10' до +40'С - DC 10 mV.

Схема (базовая) rev 4:

FreqMetrFLEX_rev3.pdf

Варианты модулей схемы:
Варианты модуля «PRESCALER» (ФАПЧ синтезаторы)
Варианты модуля «PRESCALER» (Делители)
Варианты модуля «CHARGE» и «POWER SUPPLY»

Прошивки + таблица данных EEPROM:
FLEX v2.0 - изменения:
1. Полностью изменена графическая оболочка, частично управление.
2. Сохранена полная поддержка схем ревизии - "3", "4".
3. Функция автовыключения в v2.0 - НЕДОСТУПНА!
4. Добавлен режим «100-попугаев» для схем с УВЧ (поисковый прибор).
5. Добавлен LEVELBAR для LCD 16x2.
6. Незначащие "нули" в показаниях не выводятся.
FLEX v1.4 - изменения:
1. Добавленна поддержка схемы ревизии "4".
2. Исправленн уход на перезагрузку при выключении.
3. Изменена дискретность "LEVELBAR" на 25 mV, т.е. полная шкала = 1.65 V (кроме LCD 16х2)

Описание:
Для удобства, описания и модернизации устройства, схема разбита на функциональные модули.
«BASE»
Модуль является «сердцем» всей конструкции. Он осуществляет управление устройством, сбор и обработку измеряемых параметров, а также выводом информации на LCD дисплей. В состав этого модуля входит непосредственно микроконтроллер, кнопка управления “KEY”, элементы тактирования контроллера и обвязка, 2-х каналов, 12бит Дельта-Сигма АЦП, организованных на внутренних компараторах микроконтроллера. Схема вариантов подключения LCD дисплеев вынесена, т.к. можно использовать несколько типов LCD дисплеев – 16x2(HD44780), Nokia 3310(PCD8544) и Nokia 1100(PCF8814). Надо отметить что, c прошивкой для LCD Nokia 1100, можно использовать и другие модели дисплеев с контроллером PCF8814, к ним относятся: LCD Nokia 1110/1110i/1112/1116/1200/1202/1203/1280/2660/2760/6085.
«RF REPEATER & RECTIFIER»
Модуль выполняет функции ВЧ-выпрямителя, для измерения уровня сигнала, и ВЧ-повторителя для защиты входной цепи делителя частоты от перегрузки. Модуль выполнен по схеме эмиттерного повторителя и имеет высокое входное сопротивление, которое зависит в основном, от емкости переходов транзистора (база-эмиттер + база-коллектор) и резисторов в цепи баы Q11. Частотомер можно подключать непосредственно к маломощным источникам сигнала минимально влияя на степень их расстройки, например гетеродины приемников. Транзистор Q12 выполняет функцию температурной стабилизации рабочей точки Q11, Q13 служит ключем при открытии которого схема переходит в режим ВЧ-выпрямителя для измерения уровня сигнала.
«PRESCALER»
Модуль осуществляет деление входной частоты до частоты, которую микроконтроллер способен обработать. В качестве делителей частоты можно применить большинство синтезаторов частоты с MICROWIRE INTERFACE и определенными настройками для них, которые задаются микроконтроллером, так же можно применять простые делители частоты. Если измеряемая Вами частота не превышает 100-120 MHz, то можно измерять сигнал без деления частоты используя модифицированную схему модуля, усилителя-формирователя сигнала «PRESCALER VOID».
«POWER SUPPLY 3.3v»
Модуль стабилизированного питания схемы, напряжением 3.3v, с низким падением напряжения, а также делитель напряжения R51,R52 для мониторинга напряжения источника питания. Питание схемы, от 3.3v, дало возможность использовать Li-Ion аккумуляторы от сотовых телефонов, которых сейчас в продаже огромное множество. Так же, напряжение 3.3v является опорным для программно-аппаратного Дельта-Сигма АЦП, поэтому менять его нельзя! В случае применения делителей с напряжением питания 4.5-5v, есть специальные прошивки для напряжения питания схемы 5v (только для ПО v1.x). Если при питании 5v применяется LCD NOKIA, то не забывайте про схему согласования 5v -> 3.3v (пример) для LCD.
«POWER CONTROL»
Модуль отвечает за включение устройства, кнопкой “PWR ON” и отключением по команде контроллера. Если эта функция не нужна, то модуль исключается из схемы, а вывод микроконтроллера оставляется не подключенным. Так же, этот модуль можно заменить механическим выключателем.
«CHARGE»
Модуль зарядки Li-Ion аккумулятора. Если питание прибора будет осуществляться от батареек или источника питания схемы, в которую данное устройство будет интегрироваться, то этот модуль нужно исключить из общей схемы устройства.
«BOOSTER VEE»
Модуль используется только совместно с LCD дисплеями 16x2(HD44780). Так как схема питается напряжением 3.3v, а для нормальной работы этих дисплеев на выводе VEE требуется около -4.5v, относительно VDD, используется данный формирователь отрицательного напряжения, управляемый PWM-сигналом микроконтроллера. Так же с помощью PWM осуществляется регулировка контрастности изображения.
Если Вы вы используете 5v вариант схемы и прошивки то этот модуль не используется, а подключение LCD 16x2 производится стандартным для этих LCD методом.
«BOOSTER VLED»
Модуль используется только с LCD дисплеями NOKIA и является повышающим преобразователем напряжения, управляемым PWM-сигналом микроконтроллера, для питания светодиодов подсветки LCD. Если подсветка не требуется, модуль можно не собирать, но некоторые дисплеи (Nokia 1110, Nokia 2660) являются инверсными и без подсветки разглядеть информацию на них будет затруднительно. Так же с помощью PWM осуществляется регулировка яркости подсветки.

Запуск и настройка:
Прошивка контроллера
Микроконтроллер прошивайте до установки в схему или предусмотрите отключение 12,13,14 вывода микроконтроллера от схемы при внутрисхемном программировании, т.к. программирование происходит при напряжении 5v, это может привести к выводу из строя LCD дисплеев NOKIA, низковольтных делителей частоты и стабилизатора 3.3v.
Перед прошивкой микроконтроллера, в программе программатора, подставьте данные инициализации синтезатора/прескалера примененного в Вашей конструкции согласно таблице в файле FLEX_EEPROM.xls.
Первое включение
Проверяем правильность монтажа схемы!
Для ПО v1.x:
Не подавая на вход прибора, ни каких сигналов, нажимаем кнопку “KEY” и, не отпуская, подаем питание на схему или нажимаем кнопку “PWR ON” если модуль «POWER CONTROL» присутствует в вашем варианте схемы, затем отпускаем кнопку “KEY”. При этом все настройки в EEPROM микроконтроллера обнулятся, кроме данных инициализации синтезаторов/делителей частоты.
Для ПО v2.x:
Не выполняя функцию калибровки (установка "0") переходите к процедуре настройки измерения ВЧ-напряжения.
Настройка цепи измерения ВЧ-напряжения
С помощью цифрового мультиметра, подбором резистора R11, установите на эмиттере Q11(линия-URF) постоянное напряжение 50-150mV(если требуется). Вращением потенциометра RP2 добейтесь идентичных показаний напряжения на мультиметре и дисплее частотомера. В дальнейшем при калибровке, установке “0”, это значение будет вычитаться от ВЧ-напряжения.
Настройка цепи измерения напряжения питания
Подсоедините цифровой мультиметр в точку соединения R51,R52 (линия-UPWR). Вращением потнциометра RP1 добейтесь идентичных показаний напряжения на мультиметре и дисплее частотомера. Имейте в виду, что значение напряжения на мультиметре, например 0.382v будет выглядеть на дисплее частотомера как 3.82v. Резисторы R51,R52, используйте с допуском 1%, от этого зависит точность коэффициента деления 1/10. Так как указанного на схеме резистора R51, номиналом 9к, не существует, можно применить последовательное включение 5.1к+3.9к или параллельное 12к+36к.
Настройка частотомера
Подключите к входу частотомера источник ВЧ-сигнала с заведомо известной и точной частотой, например ВЧ-генератор и т.п., вращением конденсатора C65 добиваемся идентичных показаний частоты на дисплее частотомера. Если диапазона вращения С65 не достаточно для установки точных показаний и измеренная частота ниже требуемой, то увеличите номиналы конденсаторов С63,С64, если показания выше на оборот.
На этом настройку можно считать законченной.

Управление (для ПО v1.x): Файл с описанием управления - "FreqMetrFLEX_UserManual_v1x.doc", находится в архиве с прошивками!
Управление (для ПО v2.x): Файл с описанием управления - "FreqMetrFLEX_UserManual_v2x.doc", находится в архиве с прошивками!

Рекомендации:
Транзисторы Q11,Q12,Q13 могут быть любые, СВЧ-биполярные-NPN, с граничной частотой 5 GHz (для диапазона до 800 MHz) и 12...25 GHz (для диапазона до 2.5 GHz), желательно из одной серии.
Полевые транзисторы Q41 и Q81 могут быть заменены на биполярные, без изменений в схеме, Q41 на PNP и Q81 на NPN cответственно, рассчитанные на ток 100ма и выше, например BC857(PNP), BC847(NPN) буквы значения не имеют.
Дроссель L81 можно использовать с индуктивностью 100...220uH, желательно с экранированным магнитопроводом.
Диодные сборки BAT54S можно заменить на другие диоды-шоттки с падением напряжения 0.2-0.3v. При применении обычных диодов, с падением 0.6v (например 1N4148), уменьшится максимальный уровень контрастности на LCD 16x2 или яркость подсветки для дисплеев NOKIA.


Обсудить на Форуме
FLEX-2 & FLEX-2P