You are here

Супер-сканер 45-860MHz с шагом 0,01 Гц.

Супер-сканер 45-860MHz с шагом 0,01 Гц.

ТВ-тюнер

К радости всех вокруг, я, наконец, построил свой  Супер-сканер!

Это устройство основано на ТВ-тюнере, DDS синтезаторе и дополнительной схеме сопряжения.
Приемник получился настолько сильным, что вы можете его использовать для дальнего приёма!
Этот приемник будет работать с 45 до 860 МГц и размер шага перестройки может быть до 0,01 Гц
Почему бы не использовать этот приемник, как анализатор спектра или приемник спутников NOAA?
Далее, об этом!

Любые вклады в создание и дополнение этой страницы, имеют большое значение!

Маленькое отступление

 Зачем делать жизнь сложнее, чем она есть на самом деле?очки
Моя основная идея в рамках этого проекта была следующей: почему бы при постройке приемника не использовать тюнер? Сказал и сделал. Сердцем этого приемника является  тюнер от телевизора или видеомагнитофона. Тюнер имеет цифровое управление, это означает, частоты должны быть запрограммированы через интерфейс I2C.
Не бросайте чтение сейчас! Это совсем не сложно и я приготовил все для вас, так что продолжайте чтение. Наименьшие шаги перестройки тюнера 31.25kHz, 50 кГц или 62.5kHz. Это слишком большой шаг, особенно, если вы занимаетесь приёмом в низкочастотных диапазонах. Чтобы решить этот вопрос я добавил второй смеситель с использованием DDS синтезатора в качестве гетеродина. С DDS вы можете погрузиться в виртуальный мир эфира через 62.5kHz, 50 кГц или 31,25 кГц окно. Наименьший шаг перестройки при таком исполнении может составлять от 0,01 Гц. В большинстве случаев шаг 0,01 Гц будет мал, поэтому в моей программе я буду использовать наименьший шаг 1 Гц.

Первоначальная информация о ТВ-тюнередопотопный

Я просто обожаю ТВ-тюнеры, и поэтому сейчас я объясню вам принцип их работы.
Я писал ранее о тюнерах, но невозможно написать много о них, и вот поэтому, давайте повторим:
Как выглядит тюнер?
Вскройте видеомагнитофон или телевизор и найдите блестящую коробку methalic. Если вы нашли её, можете открыть, и внутри неё увидите сотни жучков. Это компоненты поверхностного монтажа.
Тюнера основны на пониженном преобразовании частоты. ВЧ сигнал конвертируется вниз на частоту ПЧ 34-38.9MHz (европейский стандарт). Некоторые новые тюнеры имеет внутренний демодулятор и выходных сигналов видео и аудио.
Частота на выходе, которую вам нужна, может быть установлена двумя способами: аналоговым или цифровым.

Входные полосы приёма:

ОНЧ-48-180МГц
УКВ 160-470MHz
UHF430-860MHz

 
Аналоговый тюнеры используют входное напряжение 0-28В для управления VCO (ГУН, генератор, управляемый напряжением), и есть 3 контака для цифровойвыбора диапазона (см. рис). Перестройка напряжением также управляет частотой резонанса входного фильтра тюнера. Сигнал со вход ВЧ смешивается с сигналом VCO и на выходе образуется конечный продукт преобразования (ПЧ) 38.9MHz.
Недостатком аналогового тюнера является то, что трудно получить стабильное напряжение настройки VCO и определить текущую частоту настройки.

Цифровой тюнер работает по-другому. Он использет PLL (синтезатор частоты) для установки частоты. Синтезатор может быть запрограммирован на любую частоту в диапазоне от 45 до 860MHz. Синтезатор частоты тюнера сравнивает с запрограммированной частотой частоту VCO. Схема изменяет настройки напряжения до тех пор, пока частоты VCO и образцовая частота не сравняются по фазе.
 Полосы и частота программируются через интерфейс I2C. Цифровой тюнер очень точно придерживается заданной частоты и является очень стабильным. Единственный недостаток такого типа тюнера то, что вам нужна цифровая логика для программирования тюнера. Я обычно использую ПИК контроллер для управления моими цифровми тюнерами.

Давайте взглянем на некоторые тюнеры: UV916 и noname тюнер

В большинстве случаев вам будет трудно найти этикетку с обозначением на тюнере. Я не знаю, почему настолько отвратительно производители относятся к маркировке тюнеров. Я собрал более 50 тюнеров от различных телевизоров и видеомагнитофонов, и мне удалось найти всего лишь около 10 с правильным лейблом. Не беспокойтесь! Даже если вам не удаётся найти никакой информации о тюнере, можно открыть его и определить по схеме. Чаще всего вы найдете PLL синтезатор и один демодулятор / смеситель. Попробуйте найти даташит на PLL, и вы поймете, как программировать тюнер.
Один из распространенных тюнеров UV916. На фото UV916H / UV916 E-тюнер. Я помогу вам идентифицировать его.

916

Этот тюнер основан на двух микросхемах. TDA5630 "9 V VHF, hyperband and UHF mixer/oscillator for TV and VCR 3-band tuners" и TSA5512 "1.3 GHz Bidirectional I2C-buscontrolled synthesizer".
TSA5512 программируется на нужную частоту и установает напряжение Vtuning PLL, расположенном в схеме TDA5630.
Шаг перестройки этого тюнера фиксированный, 62.5kHz. Этот тюнер имеет 9 выводов и кожух, соединённый с массой.
 

AGC = АРУ автоматическая регулировка усиления. Напряжение от 0 до 12V будет управлять коэффициентом усиления предусилителя.
+12V = источник питания для предусилителя и цепи TDA5630.
+33V = источник питания  настроечного напряжения PLL.
+5V = источник питания PLL синтезатора.
SCL = I2C clock PLL synthesizer.
SDA = I2C data to the PLL синтезатора.
AS = Выбор адреса для тюнера (используются с MA1 и MA0 см. стр. 8 даташита)
IF = выход ПЧ
IF = выход ПЧ

Довольно сложная задача в тюнерах — это установить желаемый диапазон. Диапазоны выбираются программированим регистров порта Р0...P7 в схеме TSA5512. Диапазон UV916 соответствуют следующей таблице:

 

BAND P7 P6 P5 P4 P3 P2 P1 P0
LOW BAND (60h) 0 1 1 0 0 X X X
MID BAND (50h) 0 1 0 1 0 X X X
HIGH BAND (30h) 0 0 1 1 0 X X X

 

 

 

 

 

 

Noname тюнер

Теперь, давайте попробуем идентифецировать комплектующие безымянного тюнера, имеющегося в моём распоряжении.noname
    После снятия крышки мы увидим две схемы: TDA 5630, представляющий из себя смеситель и ГУН, и TSA5522, синтезатор PLL. Заглянув в даташит, мы сможем найти исчерпывающую информацию. Руководствуясь даташитом TSA5522 и следуя дорожкам на плате, мы сможем легко найти входы SCL и SDA. Мы так же можем найти вывод P6, являющийся входом  5-уровнего  АЦП преобразователя, который может быть использован для автоматической подстройки частоты (АПЧ). Мы применим АПЧ (автоподстройку частоты). В большинстве случаев вы можете не использовать этот вход и оставить его в свободно подвешенном состоянии. Вы так же можете найти вход, обозначенный AS. Путём выбора определённого напряжения можно выбрать один из трёх синтезаторов, могущих присутствовать в системе. В большинстве случаев вы будете использовать один тюнер, так что вы можете оставить этот вход так же свободно подвешенным.
Схема синтезатора частоты питается напряжением +5В, потребляя при этом небольшой ток. Просмотрев 13-ю страницу даташита, вы можете понять, как работает синтезатор. PLL использует напряжение +33В на входе CP в качестве напряжения настройки варикапов. Следуя дорожкам на плате, мне удалось найти вход 33В DC.

Посмотрев в даташит микросхемы  TDA5630, мы можем найти то, что она питается напряжением +9В, и, руководствуясь этим уровнем, находим соответствующий вывод блока. Последний из выводов блока не указан в даташите, он называется AGC (automatic Gain Control, Автоматическая регулировка усиления, АРУ). С помощью этого  вывода можно контролировать предварительный усилитель ВЧ, меняя коэффициент его усиления. Хорошим решением является установка уровня на этом выводе, равном половине напряжения питания системы, т.е. 6В, с помощью делителя из двух резисторов. Чаще всего вы можете найти вывод АРУ на первом выводек, близжайшем ко входу ВЧ.
Теперь нам известно назначение всех  выводов этого непонятного тюера. Почитайте даташиты, чтобы понять логику работы PLL TSA5522.

 блок-схема,

Не пугайтесь большому количеству фильтров и смесителей, в течении нескольких минут вы поймёте, что к чему.
Тюнер относится к классу цифровых, чья частота контролируется путём подачи управляющего сигнала на шину I2C. Наименьший шаг перестройки тюнера 62,5 кГц.
 Для облегчения представления о принципах работы посмотрите на рисунок. В вашем распоряжении 2 ручки.ручки Левая (красная) управляет перестройкой тюнера с шагом 62,5 кГц. Правая управляет DDS, который может перестраиваться с шагом 0,01 Гц в диапазоне от 0 до 62.49999 кГц. В примере я определил шаг перестройки этого генгератора величиной 1 Гц. Формула ниже показывает вам, как вы можете с помощью этих двух переключателей любую желаемую частоту. В действительности, частота  DDS вовсе не лежит в диапазоне от 0 до 62.49999 кГц, её значения составляют от 5.01375 МГц  до 5.07625 МГц).

С помощью двух этих составляющих (тюнер и DDS), вы можете просканировать весь диапазон 45-860 МГц с шагом 0,011 Гц! Для понимания принципов работы тюнера я описываю каждый блок. Выход IF (intermediate Frequency, ПЧ, промежуточная частота) установлен в значение 37 МГц, что является европейским стандартом. Фильтр ПАВ (SAW) обрезает внеполосные продукты преобразования. Сигнал, проходя через первый смеситель, смешивается с фикситрованной частотой квацевого генератора 42.5 МГц.
 Продуктом преобразования первого смесителя является частота 5,5 МГц. Я использую стандартный пьезокерамический фильтр на 5,5, обрезающий внеполосные сигналы. Фильтр должен иметь полосу пропускания 100 КГц, что является характерным для телевизоров и видеомагнитофонов.
 Прежде чем рассмотреть 2-й смеситель, обратите внимание на оконечную часть схемы, где находится детектор. Детектор работает на частоте 455 кГц, а перед ним стоит пьезокерамический фильтр на эту частоту. Если мы установим частоту DDS равной 5.5 МГц - 455 кГц = 5.045 МГц, мы получим именно ту установдленную частоту приёма, что нам нужна.  Помните, я говорил вам о наименьшем шаге перестройки тюнера 62.5 кГц? У UV916 шаг перестройки составляет 62.5 кГц!
Теперь, если мы будем менят частоту  DDS в пределах ±31,25 кГц, мы сможем реализовать плавную перестройку. DDS при этом будет перестраиваться в пределах  5.045 МГц ±31.25 кГц. 

 Условия работоспособности данной схемы

Она будет работать идеально, если полоса пропускания 5.5 МГц керамического фильтра перед вторым смесителем шире, чем 62.5 кГц.
Если полоса пропускания меньше, чем 62.5 кГц вы столкнётесь с проблемами. В моей тестовой конструкции (фото ниже), я обнаружил, что 3-выводный фильтр имеет полосу пропускания 600 кГц, а 4-выводный около 350 кГц, что, скорее всего, не создаст лишних проблем. Это не очень хорошо в плане фильтрации внеполосных сигналов, т.к. меньшая полоса пропускания обеспечит лучшую чувствительность и изберательность.

АЧХ

После всего этого вы можете подумать, что конструкция содержит множество миксеров, фильтров и прочего дерьма... Не волнуйтесь!
Если вы примените широко используемую микросхему MC13135/13136, вы можете уже только с помощью её реализовать множествво блоков данной схемы. Она содержит один кварцевый генератор, два смесителя, ЧМ модулятор, ВЧ выход и множество других ценных приблуд. Пьезокерамику и контур на 455 кГц вы можете найти в дешёвых приёмниках на микросхемах. ПАВ фильтр, пьезокерамический фильтр на 5,5 МГц  и тюнер вы можете найти в сломанных видеомагнитофонах и телевизорах. Так же я думаю, их можно найти и в прекрасно работающей технике. Почему бы не выковырять их из идеально работающего широкоэкранного телевизора?

Всё, в чём вы нуждаетесь далее, это схема DDS. Если вы хотите полнуюб свободу в управлении создаваемым устройством, придётся снабдить его ЖКИ индикатором и клавиатурой. Я обвёл эти дополнительные блоки пунктирными линиями.

9-звенный фильтр DDS

 DDS излучает сигнал не лучшего качества. Он содержит множество высших гармоник и прочего шума. Для лучшей работы приёмника паразитные сигналы следует отфильтровать. 
Так что вы нуждаетесь в качественном выходном фильтре DDS. Я остановился на 9-звенном LC П-фильтре. Этот фильтр имеет хорошую фильтрацию высших гармоник и довольно крутые скаты АЧХ. Этот фильтр собран на стандартных компонентах, так что вам не придётся мудрить с побором емкостей и индкуктивностей!/
Катушки имеют стандартную индуктивность 4,7 мкГн, величина емкостей подобрана таким образом, что их можно составить из параллельно включенных конденсаторов.

График показывает характеристику затухания сигнала на выходе DDS. Это очень важно для фильтрации высших гармоник и паразитных излучений. Рабочая частота составляет 5.045 МГц ±31.25 кГц.Входное напряжение частоты 5 МГц составляет приблезительно 155 мВ (жёлтая стрелка). Чтобы убедиться в том, что DDS работает правильно, я советую вам подключить выход его фильтра к осциллографу или частотомеру. Убедитесь, что сигнал имеет хорошую форму, а частота соответствует заданной.

Схемотехника и детали.Схема

Я подробно опишу в нескольких разделах схему Супер-сканера для облегчения восприятия.

Блок тюнера

Для этой конструкции я использовал широко распространённый тюнер  UV916. Напряжение AGC (АРУ) выставляется равным +6В с помощью двух резисторов.
Для питания устройства я использовал три различных источника питания (+5, +12 и +33 В).  Шина I2C (SCL, SDA) соединена с выводами RB3 и RB4 PIC контроллера.
P3 остаётся в подвешенном состоянии, а выход ПЧ 37.0 МГц (IF) соединяется со входом ПАВ фильтра. У фильтра два ввхода и два выхода. Выходы соединяются с трактом усилителя ПЧ. Границы полосы пропускания состовляют  34-38.9 МГц. Это помогает избавиться от приёма по зеркальному каналу.

Блок DDS

DDS синхронизируется тактовой чатотой 50 МГц с помощью кварцевого резонатора. С PIC контроллера сигналы управления через RB5, RB6 и RB7 поступают на DDS.
Дроссели L1 и L2 фильтруют напряжение источника питания и разделяют аналоговую и цифровую части.
Выход DDS нагружен сопротивлением 300 Ом, и соединён с 9-звенным П-фильтром. Фильтр устраняет гармоники и внеполосные излучения, генерируемые цифровой частью схемы.
После фильтра получается красивый гармонический сигнал 5.045 МГц.

Одна из сложностей сборки данной конструкции в том, что из-за наличия мелких комплектующих вы должны  применять острозаточенный паяльник. Будьте спокойны и не переживайте, паяя эту малютку...

Блок ПЧ

Собран на MC33165. Выводы 1 и 2 гетеродин. Я использовал схему с кварцевым резонатором. На ножке 3 обнаруживается выход буферного каскада гетеродина. Сигнал, отфильтрованный ПАВ, через вывод 22 поступает на вход первого смесителя. Продукты преобразования снимаются с 20-й ноги. Пьезокерамический фильтр на 5,5 МГц обрезают все сигналы, отстоящие в стороне на +/- 100 кГц. Сигнал приходит на вход второго смесителя, где смешивается с сигналом DDS, приходящий на 6-ю ногу. Продукты преобразования через фильтр 455 кГц проходят в ЧМ детектор.
К квадратурному детектору через вывод 13 подключается катушка. С выводов 15-16 вы можете снять уровень напряжения, пропорциональный уровню входного сигнала в децибелах. При использовании приёмника в качестве анализатора спектра можно соединить данный выход со входом Y осциллографа. Х вход соединяется с напряжением настройки по частоте. Вывод 17 звуковой выход. Сигнал там имеет величину  50-150 мВ, что довольно мало. Я усилил его простым усилителем, показанным внизу схемы.   

Интерфейс RS232

Теперь я объясню, как работает схема совместно с компьютером. Вы не обязаны вникать в это, если у вас нет на то желания, но некоторым, возможно, захочется написать программу, управляющую приёмником. Поэтому я позаботился обо всём!
Я так сконструировал данный приёмник, чтобы его настройкой можно было полностью управлять с компьютера. Таким образом, вы можете убедиться в работоспособности устройства ещё до подключения к нему кнопок, дисплея и т.д. В конце концов, вы можете сделать портативный автономный аппарат, но прежде всё-таки давайте убедимся в полной его работоспособности, кратчайший путь к чему — подключение его к компьютеру и проверка правильности подсчёта и установки требуемой частоты приёма. Для того, чтобы соединить устройство с компьютером, потребовалось ввести в схему RS интерфейс, собранный на микросхеме MAX232, которая преобразует TTL уровни в стандарт COM порта. Я выбрал скорость обмена 19200, с контролем битов четности, 8 бит и 1 стоп-битом (19200, е, 8,1). Теперь давайте рассмотрим протокол.    

Программное обеспечение, написанное мной, унифицированное. Это означает, что вы можете использовать много различных тюнеров с этим программным обеспечением.  Прежде всего, нужно подать требуемые уровни на 9 регистров. Adressbyte назначает tuneradress для I2C. Dividerbyte 1 и 2 служат для установки частоты тюнера.
Controlbyte служит для контроля токов PLL и прочего, Portbytes выбирает нужный диапазон приёма. В документе TSA5512.pdf можжно найти принцип управления регистрами тюнера. Функция, выполняемая программой, является вычисление значений этих 9 регистров и отправка их в PIC контроллер. PIC принимает информацию, транслирует её в протокол шины  I2C и отправляет на тюнер и DDS. Вам не обязательно понимать, что же всё-таки делает PIC контроллер, но для написания программы придётся всё же в этом разобраться.

Для завершения настройки частоты приемника, вам нужно отправить 9 байт в PIC-контроллер. 5 первых, служат для управления тюнером (желтый цвет). 4 последующих байта (зеленый цвет) установливают частоту DDS. Вы можете прочитать более подробную информацию о DDS по этой ссылке. В приведенной выше таблице показно 9 регистров. Когда вся информация отправлена с компьютера в контроллер, убедитесь, что частоты тюнера и DDS установлены правильно.

Программа под Windows

Я написал простенькую программу, интерфейс которой вы можете видеть на скриншоте.

Прогорамма

Давайте я расскажу вам о назначении кнопок и окон.

Receiving Frequency

Частота приёма, здесь вы можете установить частоту, на которой хотите вести приём. Введите значение в зеленое окошко и нажмите Set Freq. Вы также можете установить размер шага для сканирования вверх / вниз. Шаг вводится так же, как частота.

Comport

Здесь можно установить нужный COM-порт для обмена данными.

Tuner register settings

Здесь можно установить значения регистров. Dividerbyte 1 и Dividerbyte 2 рассчитываются автоматически в зависимости от принимаемой частоты в окошке Receiving Frequency. Adressbyte, Controlbyte и Ports byte можно в любой момент изменить вручную. При каждом изменении значения программа автоматически отправляет данные на тюнер.
Помните, при изменении частоты свыше 150 МГц и 450 МГц нужно вручную переключить диапазон Ports byte, т.к. программа не умеет делать этого автоматически.

DDS Setting

Чтобы установить частоту DDS, необходимо знать Reference frequency данного DDS. Выходная частота рассчитывается на основании Reference frequency, введёной ранее. Вы также увидите 32 бит DDS, отображённые в виде 4 байт.

Buffer

Буфер отображает 9 байт, отправляемые на PIC. Принажатии кнопки Send содержимое буфера отправляется на PIC через RS232 сейчас же. Так же это происходит при любом изменении любого из значений.


Загрузить программу для Windows
supertuner.zip (1.42Mb)

Click here to go to the software download page!

Давайте рассмотрим в цифрах то, что описано выше:

IF = Xtal - DDS - 455kHz => 42.5e6 - 5.02e6 - 455e3 = 37.025.000 Hz
Tuner VCO = 62500 * tuner divider => 62500 * 2274 =142.125.000 Hz
RF receive = Tuner VCO - IF => 142.125e6 -37.025.e6 = 105.1 MHz

Глядите, как здорово!
Ну, вот и всё о программе.

Загрузить прошивку PIC16F84 (INHX8M format)

s_tuner.zip Super tuner program (the hex file is zipped!).

Загрузить даташиты

TSA5512_CNV_3.pdf Datasheets for TSA5512_CNV_3.pdf
SAW filter information and PDF download SAW filter information and PDF download
I2C information I2C Bus Technical Overview and FAQ

 

Моё исполнение Супер сканера.

Хочу, чтобы вы посмотрели, как я всё воплотил в железе.
Ниже фото того, что я спаял поздним вечером накануне.

Фото

Фото

Пайка выполнена комбинацией обычных элементов и поверхностного монтажа.
Я добавил в схему преобразователь для получения настроечного напряжения 33 В.
Так же я добавил два (чёрный и жёлтый) пьезокерамических резонатора на 455 кГц и реле их переключения. Так же я добавил реле для переключения усиления сигнала с выхода детектора. Это осуществляется простой коммутацией резисторов, включенных в параллель катушке квадратурного детектора. Причиной, побудившей меня сделать данные усовершенствования, является то, что я хотел принимать как широкополосные, так узкополосные сигналы с наилучшим качеством.

Изготовление и проверка схемы

Не подключайте тракт ПЧ до тех пор, пока не отладите все остальные узлы. Я рекомендую вам в первую очередь запустить DDS. Когда вы получите хороший сигнал с DDS нужной чатоты, возьмитесь за тюненре. На схеме найдите тестовую точку TP. Подключите к ней вольтметр постоянного тока и замерьте напряжение. Оно должно меняться при изменении частоты настройки. Это лёгкий путь убедиться в том, что тюнер работает нормально. Теперь включите блок ПЧ и проверьте частоту кварцевого генератора. Надеюсь, что у вас всё благополучно заработало.

Заключительные слова

Этот проект послуужит вам отправной точкой для создания ваших проектов тюнеров. Этот проект может вырасти почти до библейских масштабов. На рынке представлено так много различных клавиатур и дисплеев, что я решил опустить данную часть, и просто управлять ресивером с компьютера.

Вы можете написать мне, если что-то неясно.
Я желаю вам удачи в ваших проектах, и спасибо за посещение моей страницы.

Оригинал статьи на английском

Рубрика: 

Комментарии

Добавить коментарий

0