UR5FFR Network Analyzer

[Relayer]

Применение Si5351 не ограничивается только синтезаторостроением. Из нее можно сделать и другие не менее полезные устройства. Например измеритель АЧХ. И то что на выходе не синус а прямоугольник при правильной схемотехнике совершенно не проблема.

 

Параметры получились такие - диапазон частот 0,1-600MHz. Номинальное выходное напряжение - 0dBm на 50ом. Динамический диапазон 75-85dB - от шумовой дорожки при замкнутом входе до макс. входного сигнала. Есть как 50ти-омный вход так высокоимпедансный (около 4.5ком). Кроме измерения АЧХ прибор может работать в режиме генератора (2 независимые частоты).

Измерения могут проводиться при достаточно сильных уровнях мешающих сигналов и наводок.

 

Устройство уместилось на платке размером 6*7см. Схема не содержит дефицитных деталей и может быть собрана за вечер. Все управление с компьютера. Подключение по USB-шнурку либо по bluetooth (опционально). Программа управления и построения графиков - оригинальная разработка.

Проект опенсоурсный - схема, печатка и прошивка будут опубликованы позже по мере подготовки и документирования.

 

А пока - видео работы с анализатором. В качестве "подопытного кролика" выступает двух контурный ДПФ. Варьируя связь между контурами наблюдаем изменение АЧХ

 

 

Домашняя страница проекта

[UT3FT]

Отличная работа

[Relayer]

При разработке прибора учитывалось то, что сигнал на выходе Si5351 не синусоидальный, а прямоугольный. Как следствие третья гармоника имеет уровень всего на 10дб ниже уровня основной частоты. От нее не отстает пятая и седьмая имеющие уровень -14дб и -17дб. Использовать такой сигнал в традиционной схемотехнике NWT с широкополосным детектором нельзя. Чтобы было понимание насколько искажается форма АЧХ при этом ниже два графика одного и того же полосового фильтра. Красным цветом - правильная АЧХ. Зеленым - АЧХ снятая с использованием широкополосного детектора и прямоугольного сигнала на вхоже тестируемого устройства. Видно что по форме АЧХ существенно различаются.
 

Выход напрашивается сам собой - делать измеритель АЧХ по принципу супергетеродинного приемника. При таком построении сигнал гетеродина синхронно изменяется с изменением частоты сигнала подаваемого на вход исследуемого устройства и всегда отличается от нее на частоту ПЧ. Сделать это на Si5351 не составляет труда так как у нее аж целых три независимых генератора.
Такое построение анализатора кроме устранения проблем с несинусоидальной формой сигнала имеет и другое преимущество - ввиду узкополосности измеритель не только нечувствителен к помехам и посторонним сигналам, отличающимся по частоте от частоты на которой проводится измерение, но и имеет более низкий уровень шума, и как следствие более высокий динамический диапазон.
Получилась следующая схема:
 

Si5351 генерирует испытательный сигнал на разъеме P2 (RF Out) с амплитудой примерно 0 dBm на 50ти омной нагрузке. С выхода исследуемого устройства сигнал подается на вход анализатора. Измеритель АЧХ имеет три входа - два узкополосных и один широкополосный. Узкополосные входы P1 и P7 отличаются импедансом - 50ом и 4,5кОм соответственно. Смеситель реализован на микросхеме SA612. Промежуточная частота выбрана равной 455kHz, что позволило осуществить фильтрацию на дешевых пьезофильтрах F1 и F2. После фильтрации и усиления в УПЧ на Q3, сигнал подается на логарифмический детектор AD8307.

Управление анализатором реализовано на готовом модуле Arduino Nano. На нем лежат функции программирования Si5351, аналого-цифрового преобразования сигнала с детектора и взаимодействия с компьютером.

Кроме двух узкополосных входов анализатор имеет так же широкополосный вход. Он необходим в случаях если исследуемое устройство преобразует входную частоту. Например мы хотим построить сквозную АЧХ приемника. В этом случае сигнал НЧ с приемника подается на широкополосный вход.

Для коммутации входов используются цифровые коммутаторы FSA3157 или 74LCV1G3157. В качестве бонуса анализатор имеет дополнительный выход P5 VFO, на котором может генерироваться сигнал любой требуемой частоты.

 

[UT3FT]

Пару вопросов.

1. Как с линейностью обстоят дела?

2. нет ли проблем со стабильностью частоты там где нет плл используя одновременно три выхода сишки, или "Бонус" работает отдельно?

[Relayer]

Линейность обеспечивает AD8307. В диапазоне 1-150MHz погрешности там совсем маленькие. Для калибровки нужен образцовый аттенюатор на 40дб.

"Бонусный" выход VFO работает "по требованию" - по умолчанию он выключен. Для управления Si5351 используется своя библиотека которая умеет правильно использовать один из PLL на два выхода с разными частотами. При этом стабильность частоты никак не ухудшается, но увеличивается фазовый шум, т.к. для одного из выходов используются дробные коэффициенты деления. Для данного анализатора это не критично.

[Klod234]

Крутая вещь, нечего пока добавить

[UT3FT]

Понял. Спасибо за ответ.

[Relayer]

Анализатор собран на плате размер 6*7см. Монтаж односторонний. Верхний слой - земля. Присутствуют 4 перемычки.

 

 

Использованы SMD компоненты размера 1206. SA612 и AD8307 в корпусах SO-8. Si5351 установлена на переходную колодку т.к. выполнить качественно площадки под ее корпус средствами ЛУТ проблематично.

 

 

Смеситель и детектор закрыты экраном для уменьшения паразитных наводок.

 

Печатка, прошивка и управляющая программа выложена на домашней странице проекта

[RA4DB]

Добрый день. Собрал прибор, но толком запустить не могу. Предполагаю, дело в тракте ПЧ. Пожалуйста, подскажите:

Какая амплитуда сигнала ПЧ после 1 фильтра? После усилителя? После 2 фильтра?

[Pavel04]

Андрей я уж не буду повторятся

[RA4DB]

Андрей я уж не буду повторятся

НО, может быть, все же повторитесь? Я ведь не знаю, что Вы говорили ранее. Я тут первый раз. 

[RA4DB]

 

НО, может быть, все же повторитесь? Я ведь не знаю, что Вы говорили ранее. Я тут первый раз. 

Пардон. Как говорил герой одного фильма: "Извините, не узнал Вас без грима"

[Relayer]

При соединенном узкополосном входе/выходе: На входе SA612 около 70-80мв. После 1го фильтра чистый синус около 150-200мв. УПЧ усиливает на 10-12dB. Усиления выбраны так чтобы макс. сигнал не превысил верхнюю границу ДД 8307. Если есть сигнал на выходе SA612, но нет синуса после фильтров - смотрите на их частоту. Если она отличается от 455кГц то ее надо прописать в коде (NWT.ino) в строке

#define IF_FREQ   455000

[Relayer]

Делаем QER фильтр из дешевых "китайских" кварцев

 

Покупаем на ибее пачку кварцев 50штук. Например такие

 

 

Собираем простую установку

 

 

Кварцы для фильтра не отбирались. Из пакетика с 50 штуками 8MHz кварцев были взяты первые попавшиеся. Все емкости в фильтре одинаковые и для начала были поставлены 51пф. Это оказалось несколько много, т.к. фильтр получился полосой в 1.8kHz. Следующая итерация - 27рф. Полоса - 3kHz. Финиш - 30пф и полоса 2.7kHz. Характеристическое сопротивление - 560ом. АЧХ фильтра при разных емкостях

 

 

Итого получаем фильтр себестоимостью в 10грн

 

Больше картинок с АЧХ тут: Делаем QER SSB фильтр за полчаса

 

[Relayer]

Очень просто посмотреть частоты последовательного/параллельного резонанса кварца и его паразитные резонансы. Просто подключаем его между выходом и низкоомным входом и получаем такую картинку

 

 

 

Промерял разные кварцы. Результаты выложил тут Измерение параметров кварцевых резонаторов

 

Так же немного подробнее расписал процедуру запуска и калибровки прибора