Wzmacniacze wejściowe do częstościomierza (2). Rozszerzenie możliwości AVT3275

W pierwszej części artykułu zostały zaprezentowane 3 wersje wzmacniaczy wejściowych, przeznaczone dla różnych typów sygnałów:

• wzmacniacz sygnału cyfrowego (AVT3277/1),
• wzmacniacz sygnału HF (AVT3277/2),
• wzmacniacz sygnału VHF (AVT3277/3).

Aby umożliwić wygodne przełączanie pomiędzy tymi wersjami został opracowany i opisany w poprzedniej części, multiplekser wzmacniaczy sygnału (AVT3277/0). Dopełnieniem całości jest odpowiedni zasilacz, od którego rozpoczniemy opis drugiej części artykułu.

Zasilacz do wzmacniaczy sygnału AVT3277/ZAS – budowa i działanie

Schemat modułu zasilacza został pokazany na rysunku 5. Jego najważniejszymi elementami są gotowe moduły przetwornic napięcia U1 i U2 typu IRM-03-3.3 oraz IRM-03-5, które dostarczają napięć 5 V oraz 3,3 V.

Rysunek 5. Schemat ideowy modułu zasilacza

Na potrzeby układu AVT3275 na płytce zasilacza umieszczono dzielnik częstotliwości przez dwa. Aby druga połowa układu 74HC74D nie pozostała niewykorzystana, dodatkowo zrealizowano dzielnik przez cztery. Dzięki temu sygnał zegarowy o częstotliwości 16 MHz z TCXO płytki AVT3276 można podzielić przez dwa i użyć do taktowania STM32F401 na płytce częstościomierza. Na TCXO jest dostępny sygnał 8 MHz (pin 5, złącze J16), ale zanika on na chwilę po resecie mikrokontrolera. Tej wady nie ma sygnał dostępny na złączu J5 i z niego, kablem ekranowanym, należy doprowadzić sygnał do pinu 1 złącza J4 płytki zasilacza. Na tym samym złączu, na pinie 3, dostępna jest ta częstotliwość podzielona przez dwa.

Płytka zasilacza zawiera dodatkowo multiplekser I2C typu PCA9554, co pozwala podłączyć TXCO AVT3276 do częstościomierza AVT3275. Pierwotnie przewidywano możliwość podłączenia TXCO do płytki AVT3277/0, ale po namyśle zrezygnowano z takiej możliwości. Złącze jednak pozostało (J11) i jeśli Czytelnicy wykażą zainteresowanie taką opcją, powstanie stosowne oprogramowanie.

Montaż i uruchomienie

Układy można zmontować na płytkach drukowanych, których schematy zostały pokazane na rysunkach 6...10. Układy montujemy standardowo, zaczynając od elementów najmniejszych, a kończąc na największych.

Rysunek 6. Schemat płytki PCB wzmacniacza sygnału cyfrowego (AVT3277/1)

Rysunek 7. Schemat płytki PCB wzmacniacza sygnału HF (AVT3277/2)

Rysunek 8. Schemat płytki PCB wzmacniacza sygnału VHF (AVT3277/3)

Rysunek 9. Schemat płytki PCB multipleksera wzmacniaczy sygnału (AVT3277/0)

Rysunek 10. Schemat płytki PCB zasilacza do wzmacniaczy sygnału (AVT3277/ZAS)

Na płytkach wzmacniaczy, jeśli mają współpracować z płytką multipleksera, jako złącza łączące je z multiplekserem najlepiej wlutować kątowe gniazdo goldpin 1×14 od spodu płytki. Dziewiąty pin (pomiędzy wyjściem sygnału a złączem zasilania i magistrali I2C) warto zaślepić, co pozwoli uniknąć pomyłek podczas umieszczania płytek wzmacniaczy w multiplekserze. Jeśli płytki wzmacniaczy będą używane niezależnie od multipleksera, można na nich zamontować złącza NS25-W8(K) i NS25-W3(K).

Fotografia 2. Zmontowana płytka wzmacniacza sygnału cyfrowego (AVT3277/1)

Fotografia 3. Zmontowana płytka wzmacniacza sygnału HF (AVT3277/2)

Fotografia 4. Zmontowana płytka wzmacniacza sygnału VHF (AVT3277/3)

Fotografia 5. Zmontowana płytka multipleksera wzmacniaczy sygnału (AVT3277/0), pokazana od strony TOP i BOTTOM

Fotografia 6. Zmontowana płytka zasilacza do wzmacniaczy sygnału (AVT3277/ZAS)

Fotografia 7. Zmontowany częstościomierz wraz z modułem TXCO AVT3276

Zmontowane modele płytek zostały pokazane na fotografiach 2...6. Na fotografii 7 pokazano zmontowany częstościomierz wraz z modułem TXCO AVT3276. W materiałach dodatkowych dostępne są dodatkowe fotografie oraz filmy.

Układ nie wymaga uruchomienia. Prawidłowo zmontowany, ze sprawnych elementów, powinien od razu pracować, ale wskazane jest przetestowanie poprawności działania poszczególnych komponentów, o czym w dalszej części artykułu. Osoby mniej doświadczone powinny poprosić kogoś o pomoc w zaprogramowaniu procesora, a właściwie procesorów.

Na płytce AVT3277/2 montuje się jeden z układów U4 lub U4b. To, który zostanie zamontowany, zależy od umiejętności osoby montującej płytkę, ponieważ U4 dostępny jest w stosunkowo dużej obudowie SO-16, natomiast U4 w małej TSSOP-8, ale wydaje się, że jeśli uda się zamontować U3 w obudowie SC-70, to i z TSSOP-8 nie będzie problemu. Obudowa SO-16 może być o tyle korzystniejsza, że prędzej znajdzie się w zapasach hobbysty.

Na płytkach AVT3277 nie montujemy zworek. Jedyna zworka znajduje się na płytce zasilacza AVT3277-ZAS. Zwiera piny 1-2 JP1 (linia adresowa A0 układu U4 PCA9544A) ustalając jego adres na 0x76 (0xEC) w odróżnieniu od PCA9544A na płytce AVT3277/0, który ma adres 0x77 (0xEE).

Testowanie płytek można rozpocząć od pojedynczego podłączenia ich do AVT3275, do którego należy wgrać soft V2.0 lub nowszy. Sygnały SCL i SDA oraz GND ze złącza J12 w AVT3275 należy doprowadzić do J5 na płytce zasilacza AVT3277-ZAS lub J13 płytki AVT3277/0. Dla ułatwienia, na warstwie opisu przy J5 AVT3277-ZAS znajdują się nazwy sygnałów. W złączu J6 można umieścić testowaną płytkę wzmacniacza wejściowego AVT3277/1, /2 lub /3. W przypadku testowania na AVT3277/0, płytkę umieszczamy w jednym ze złącz J9, J10, J11(b), J12(b).

Do wyprowadzenia 1 i 2 złącza J7 AVT3275 podłączamy konwerter UART-USB. Uruchamiamy terminal, wybieramy port COM oraz ustawiamy parametry transmisji 921600 8N1. Po włączeniu zasilania AVT3275 po pięciu sekundach wygląd ekranu zmieni na taki, jak na fotografii 8 – w tym przypadku wykryta płytka to AVT3277/1.

Fotografia 8. Wygląd ekranu po włączeniu zasilania

W oprogramowaniu AVT3275 V2.0 zmieniła się funkcja przycisków SCREEN i MENU. Teraz przełączanie ekranów pomiędzy pomiarem częstotliwości na wejściu A i B realizuje przycisk SRC, a nie MENU. Przełączanie ekranów możliwe jest tylko enkoderem. Przycisk MENU powoduje ukazanie się ekranu konfiguracji płytki wzmacniacza AVT3277. Ekrany są różne – dla AVT3277/1 i /3 nie pojawi się opcja tłumika 1:1/1:10, w AVT3277/0 dodatkowo nie ma opcji wyzwalania AUTO/MANUAL. Aby wejść w konfigurację opcji płytki wzmacniacza, należy nacisnąć przycisk enkodera. Modyfikowany parametr zacznie migać. Enkoderem modyfikujemy jego wartość. Kolejne naciśnięcia pozwolą na modyfikację kolejnych parametrów. Opcja „Trigger” będzie dostępna tylko wtedy, gdy wybrany jest tryb wyzwalania „MANUAL”. Tryb „AC/DC” zmienia się przyciskiem na płytce AVT3277/1, /2, /3, na ekranie wyświetlacza tryb pracy wyświetlany jest tylko w celach informacyjnych.

Gdy nie ma płytki multipleksera AVT3277/0, dostępna jest konfiguracja jednego wejścia. Po przetestowaniu wszystkich płytek można podłączyć multiplekser AVT3277/0. Do złącza J13 należy doprowadzić zasilanie z płytki zasilacza AVT3277/ZAS oraz magistralę I2C z częstościomierza AVT3275. Opisy na płytce multipleksera ułatwią tą operację. Domyślną topologię magistrali I2C pokazuje rysunek 11.

Rysunek 11. Topologia magistrali I2C

Dla płytki TCXO AVT3276 przewidziano dwa miejsca, do których można ją podłączyć, ale w praktyce może to być inne miejsce, byle dostosować się do reguł opisanych dalej. Ta sama sytuacja tyczy się płytki USB z układem FT201 i izolatorem ADuM125x.

Aby możliwy był pomiar częstotliwości wyższych niż 60 MHz, płytki wzmacniaczy należy ekranować. W modelu zrealizowano to przyklejając samoprzylepną folię aluminiową do kartonu, tworząc swego rodzaju boksy widoczne na fotografii 7. Przy tak wysokich częstotliwościach przewód pomiarowy czy sonda musi być dobrej jakości.

W ostatniej części artykułu wyjaśnimy kilka istotnych szczegółów dotyczących działania programu sterującego i całego urządzenia oraz opiszemy dokładnie obsługę i komunikację poprzez terminal.

SaS
sas@elportal.pl