UEBE

НЧ/ВЧ частотомер "FLEX-2" Обсудить на форуме

Конструкция FLEX-2 является эволюцией частотомера "FLEX".
Появилась возможность измерять частоту НЧ-диапазона.
Уровень ВЧ-сигнала измеряется в относительных единицах измерения dBm, при Rвх=50ом.
Унаследованна возможность применения многих типов LCD дисплеев на контроллерах HD44780, PCD8544, PCF8814,
а также синтезаторов частоты с интерфейсом "MICROWIRE INTERFACE" в качестве делителей частоты помимо простых делителей.
Полностью однокнопочное управление.

ФОТО FLEX-2 в сборе

Параметры:
Измеряемая частота RF - зависит от варианта элементов входной схемы и примененного прескалера:
Измеряемый уровень сигнала RF - от -13 до +13 dBm.
Параметры входа RF - закрытый, Zin=50ohm.
Измеряемая частота LF - 1Hz...9999.999KHz.
Измеряемый уровень сигнала LF - от 30 mV.
Параметры входа LF - открытый, Rin=5k.
Напряжение питания - Li-Ion аккумулятор 3.7v.
Потребляемый ток - от 10mA до 50mA. (зависит от конечной компоновки схемы и от яркости подсветки LCD NOKIA)
Авто-отключение - 15...20 мин. (если активирован режим AutoOFF в EEPROM)

Скриншоты дисплеев (PROTEUS):



Схема FLEX-2 rev.4: Схема FLEX-2 rev.5:

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

Прошивки/EEPROM/схема/UserManual:
FLEX-2 v3
Прошивки для FLEX-2_rev5, тактовые частоты - 4/8/10/12/13 MHz.
Полная поддержка схемы FLEX-2_rev4.
FLEX-2 v2
Прошивки для FLEX-2_rev4, тактовые частоты - 4/8/10/12/13 MHz.
Поддержка схемы FLEX-2_rev5 (без обслуживания модуля "LF"), с дисплеями серий 3310 и 1100.

Описание модулей схемы:
«BASE»
Модуль 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 множество типов LCD дисплеев на базе контроллеров HD44780, PCD8544, PCF8814.
К ним относятся:
LCD 16x2(предпочтительный), 20x2, 16x4, 20x4.
LCD Nokia 3310/5110 и т.п. в том числе Китайского производства.
LCD Nokia 1100/1110/1110i/1112/1116/1200/1202/1203/1280/2660/2760/6085.
«RF AMP(+10dB) & RSSI(-13 to +13dBm)»
Модуль выполняет функцию ВЧ-усилителя и измерения уровня ВЧ-сигнала (RSSI).
Режим работы каскада на Q11 подобран таким образом что при уровне входного сигнала до ~50mV он имеет линейную характеристику усиления, а выше проявляет нелинейные свойства, т.е. ограничивает входной сигнал по положительному полупериоду, что в свою очередь ведет к изменению потребляемого тока каскада, изменение потребляемого тока каскада и используется для определения уровня ВЧ сигнала(RSSI). Усиление +10dBm выбрано для получения более широкой, линейной полосы АЧХ (по уровню -3dB, на краях диапазона). "Плоскость" АЧХ каскада зависит от номиналов элементов С12(в нижнем диапазоне частот) и С13(в верхнем), коэффициент усиления задается R13. Входной импеданс усилителя = 50ohm, на всем диапазоне частот указанном на схеме. Более точная настройка входного сопротивления, осуществляется подбором сопротивления R11 (это может потребоваться при работе с коаксиальными кабелями).
Если требуется проводить измерения в высокоомных цепях тестируемых ВЧ-схем/устройств, следует на входе добавить каскад "эмиттерный повторитель" на том же типе транзистора что используется в усилителе(пример, при этом R11 не устанавливать!) или использовать делитель напряжения 1/10, 1/100(подключив последовательно на вход сопротивление 450ом-для 1/10 или 4.95к-для 1/100, проще не бывает).
«PRESCALER»
Модуль осуществляет деление входной частоты до частоты, которую микроконтроллер способен обработать. В качестве делителей частоты можно применить большинство ФАПЧ 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».
«LF AMP-SHAPER»
Модуль выполняет функцию "Усилителя-Формирователя", для усиления и формирования(к цифровой форме) сигнала низкочастотного диапазона частот в пределах 0.001-9999.999 KHz. Модуль выполнен по схеме дифференциального усилителя что, в свою очередь, позволило получить относительно высокоомный вход и линейный диапазон усиления-ограничения в широкой полосе частот от 5Гц до 100МГц с уровнем -3dB на краях диапазона.
Компоненты R91,D91,D92 служат для защиты транзистора Q91 от пробоя(при повышеном входном напряжении сигнала и от статики).
Представленый вариант схемы "Усилителя-Формирователя" является бюджетным, желательно его реализовать на высокоскоростном компараторе или ОУ.
«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.
Напряжение 3.3v является опорным для программно-аппаратного Дельта-Сигма АЦП, поэтому изменять его нельзя!
«POWER CONTROL»
Модуль отвечает за электронное включение и отключение питания. 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. Контрастность LCD регулируется подбором сопротивления R63 в диапазоне 300...820ом.
«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 FLEX2_EEPROM.xls.
Настройка цепи измерения уровня ВЧ-сигнала
Настройку производите закоротив на "землю" вход частотомера.
Одиночным коротким нажатием переключитесь на индикацию напряжения питания BATT и напряжения цепи RSSI.

Подключите цифровой мультиметр к цепи RSSI (относительно "земли"), вращением потенциометра PT1 добейтесь идентичных показаний напряжения RSSI на мультиметре и дисплее частотомера.
Напряжение цепи RSSI должно быть 2 вольта +/-20%.
Настройка цепи измерения напряжения питания
Подсоедините цифровой мультиметр в точку соединения R51,R52 (линия-UBAT). Вращением потнциометра PT2 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.
Настройка точности измерения частототы
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.
Если у Вас собран вариант схемы с модулем «LF AMP-SHAPER», то подстройку кварцевого резонатора(генератора) следует производить на низкочастотном диапазоне, подав на вход «LF» частоту 4-8 MHz.
На этом настройку можно считать законченной.

Рекомендации:
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.
Микросхему IC62 74HC4051, можно заменить на 74HC4052/74HC4053/74HC00, так же можно использовать серию 74HCT.
При использовании LCD дисплеев с напряжением подсветки 3 вольта, в разрыв цепи питания подсветки подключите резистор сопротивлением 30-100ом (подбирается при номинальном токе 15мА в режиме максимальной яркости подсветки).

Обсудить на Форуме