Wobler - efektivní bastlení (DIY)

Co mě k tomu vedlo

V předchozím příspěvku o krystalovém filtru jsem se zmínil, že jsem si musel zbastlit Wobler pro měření krystalů a následně i filtrů. Hold, když chcete něco tvořit, musíte mít vybavení a to chce buď peníze (mám malého prcka ;-) ), nebo to mít v práci (už dlouho nemám) a nebo si to postavit svépomocí.

Už dlouho si pohrávám s programováním vývojového kitu od ST s nádherným grafickým displejem a spoustou velmi poučných příkladů přidaných ke knihovnám driverů. Navíc ST ke svým balíčkům s HAL drivery má i zdarma k použití grafickou knihovnu od Segger emWIN a to pro mně neprofesionála byla výzva.

Tedy co jsem dal do kupy

Ještě poznámku, kompletní schéma u mně zatím nehledejte. Principiálně to je skoro katalogové zapojení jednotlivých modulů a trochu stínění a filtračních kondenzátorů.

Obr.1 - napřed funkční závěr, ale pořád ještě nedotažený.

Takže co jsem k tomu použil a co dělá tu největší muziku:

1. DDS Modul s AD9850 (v rozsahu 100 kHz až 45 MHz)

2. Logatitmický detektor (zesilovač) s AD8307 (skvělý obvod, skoro bez nutnosti kalibrace)

3. Discovery Kit STM32F469i s velkým Touch LCD

To je celé, už zbývá jen několik pasivních součástek, konektorů, vytuněné stínění detektoru a pro programátory amatéry jako já, spousta trpělivosti s učením se novým věcem. Abych nezapomněl, tolerantní manželku ... bylo to mnoho večerů.

Takže něco málo k poznatkům s obvody.

AD8307

Tohle je krásný obvod od Analog Device. Dá se koupit za slušnou cenu přes Ebay asi 150 Kč z Číny i s poštovným za 10 ks.

Má dynamický rozsah až 80 dB a strop je na cca 15 dBm při 50 Ohmech na vstupu.

Použil jsem prakticky katalogové zapojení. Jediný rozdíl je, že jsem se mnohem víc hrál se vstupním napájecím filtrem a filtrem na měřicím výstupu. Pokud chcete měřit zvlnění filtrů pod 2 dB, pak každý šum přináší nepříjemnosti.

Na začátku jsem obvod přímo připojil na AD převodník toho STčka. To byla chyba, protože jsem nekontroloval zatížení, není to PIC, u kterého jsem to nikdy neřešil. Tak jsem tam přidal sledovač s operákem a dalším filtrem na výstupu. Mám tam primitivní RC členy jako dolní propusti. POZOR, potřebujete dostat stejnosměrnou složku až k ADC.

Filtry a oddělení pomůže, ale ne dost. Aby jste se při zkratování vstupu (myšleno třeba na konektoru s 5 cm kabelu (koaxu)) dostali na minimální citlivost detektoru, musíte je pořádně odstínit od okolí a tuplem od těch digitálních signálů z ST, které září od několika kHz až po stovky MHz. Kousek pocínovaného plechu to zvládne.

To hlavní k tomuto obvodu ale teprve přijde. Obvod má kalibrovaný výstup, kdy zhruba 1 dB změny = 25 mV změny na výstupu. Celkem to i sedí, pokud nepotřebujete velkou přesnost a absolutní měření. Více vás pak odkážu na datasheet obvodu a strýčka Googla.

Já jsem kalibraci provedl, měl jsem půjčený přesný generátor s přesným atenuátorem v něm. Nejdříve jsem prováděl kalibraci pro 10 dB změny od 10 dBm do -70 dBm, ale při zjištění relativní linearity změny, jsem zvolil kalibrační body v 0 dBm, - 30dBm, -50dBm. To je celkem přesné +/- 0,5 dB při správném dopočtu. Tyto kalibrační body jsem v pásmu 100 kHz až 45 MHz měřil asi na 15 kmitočtech, hlavně ten spodek chtěl jemnější krok kvůli kapacitám na vstupu detektoru.

Šum však na vstupu AD převodníku stejně zcela nezmizí, tak jsem použil systém průměrování, cca 250 - 1024 měření na jednom kmitočtu, podle potřeby a zobrazovaném detailu a ochotě čekat na jeden přeběh generátoru. Jak to nastavit je na samostatný článek, a to je na déle.
Systém jak změřenou hodnotu dopočítat v prostoru lichoběžníku (kalibrační body) mně taky dal zabrat, je to krásná středoškolská matematika a trpělivost. Podotýkám, že hodnota s kmitočtem není konstantní. Možná to sem někdy doplním.

AD9850

DDS obvod od Analog Device na modulu z Ebay. 

Obr.2 - Modul DDS z Ebay

V jisté dávce nadsazení se jedná o digitálně řízený oscilátor s možností jemného krokování po méně než jednom Hz. Řízení není složité, s použitím SPI sběrnice to je není nic složitého. Má na sobě dolní propust pro odfiltrování taktovacího kmitočtu a máte sinusový výstup. Cca 1 den mně trvalo jej rozchodit podle datasheetu s nadsazeným časováním a asi 3 dny jsem to ladil na co nejrychlejší přenos datového slova. Mám totiž i ambice jej digitálně modulovat. To je ale úplně jiná story.
Tento obvod má cca -10 dBm výstup (50 Ohm) a to pro mnoho aplikací úplně stačí. Já si jej ještě trochu přitlumil napěťově řiditelným Attenuátorem, hezký vzorek získaný při troše googlování.
Je řízený napětím na jednom pinu v rozsahu 0V - 3,3 V co dá pin procesoru. Při plném otevření měl kolem 3 dB průchozí útlum.

Jak moje bastlení dopadlo

Fotky už říkají vše. Každé (neestetické) zvěrstvo mělo důležitý posun v úrovni šumu, tak prosím o ohled. Obvykle mám raději  víc estetiky u vlastních věcí.

Obr. 3 - Wobler ze předu a detail při měření mého prvního krystalového filtru

Obr.4 - Pohled zezadu - nad modulem je kovová kostička toho attenuátoru. Vpravo u toho černého konektoru je schovaný ten detektor s AD8307; operační zesilovač je pod deskou.

 Není to žádné kouzlo, ale vzniklo to jako pokus, který skončil dobře a funkční. Jak to měří si porovnejte s mým předchozím článkem, kde mám srovnání z profi přístroje. Přístroje po programové stránce nemám hotov, jenom návrh menu funkcí mně z estetického a obsahového hlediska dává zabrat. A to už mně napadají další myšlenky, jako vzít druhý DDS modul, nový filtr, kruhový směšovač v pouzdru a je tu start malého "spektrálního přijímače".