Модернизация N2PK Vector Network Analyser, для 300кГц<f<100МГц Опции

[Finarfin]

Я модернизирую анализатор цеепй N2PK для обеспечения измерений до 100МГц или выше. Цель этого занятия - выполнить дипломный проект по теме "Комплекс для идентификации продуктов деструкции в маслах по параметрам диэлектрической проницаемости", собрать анализатор и провести исследования, которые лягут в основу алгоритма идентификации продуктов деструкции с помощью обычного КСВ-метра, дополненного микроконтроллером или интерфейсом с компом.

отдельная тема создана дабы не создавать отдельные темы по каждому вопросу, а их у меня возникает немало, и не засорять темы Vector Network Analyzer и Анализатор цепей (Network Analyzer)

Итак, для расширения частотного диапазона будет применена (если не найдутся еще недостатки такого решения) микросхема DDS AD9958, содержащяя 2 канала вместо двух микрух DDS в оригинале.

В первом приближении схема включения DDS выглядит так:

сорри за оформление, так требует нормоконтроль (не считая красного)
то же самое в форматах dxf и cdw:  DDS_CAD.rar ( 47.92 килобайт ) Кол-во скачиваний: 259

Так же как в оригинале управление DDS осуществляется через LPT. Это хорошо тем что не нужен микроконтроллер, и всегда можно изменить программу на компе, например, усовершенствовать алгоритм внесения поправок, или изменить шаг по частоте и т.д.

ВОПРОСЫ:

• на схеме в LC ФНЧ красно-оранжевым цветом выделен кондюк Cx, который обычно присутствует в практических схемах, но отсутствует в книжках. Например я расчитал ФНЧ по Рэд Э. Справочник по высокочастотной схемотехнике, там такого кондюка нет в помине. Вопрос: зачем он нужен?
  на всякий случай - расчет ФНЧ  Mathcad_______________.rar ( 214.96 килобайт ) Кол-во скачиваний: 310
  
• понятно что много кондюков между шинами питания и земли непосредственно вблизи микросхемы эт хорошо, вопрос в том как определиться с их количеством
• по цифровой части - информация записывается в регистры по фронту сигнала SCLK, для того чтобы записались правильные данные, надо чтобы фронт SCLK отставал от всех остальных данных. Обычно для небольшой задержки цифрового сигнала ставят два инвертора, а нельзя ли поставить RC-цепь, как показано на схеме красным цветом?
• интерфейс обмена данными микросхемы AD9958 имеет уровень лог. единицы 2 Вольта (питание 3,3 В), а нуля - 0,8В. впринципе возможно управление от пятивольтовой ТТЛ sn74act1284. Ваше мнение?
• Про LPT: после того как данные выведены на порт LPT они держатся на выходах определенное время, а потом выводы переходят в высокоимпедансное состояние, или выводы сохраняют свое состояние до следующей операции вывода???

По программированию:
будем использовать четырехбитный режим, частота одновременно изменяется у обоих каналов, фаза одного канала отличается от другого на 90 градусов.
Итак, после включения анализатора
1) подаем сигнал Master Reset, микруха переходит в состояние по умолчанию
2) в однобитном режиме записываем инструкцию и данные:

Код

запись            адрес - Channel Select Register
    0       00      00000
выбираем 1-й канал                          ставим 4-х битный режим
    0       1                   000                     11                        0

посылаем I/O_Update (в конце каждой записи)
3) в четырехбитном режиме заставляем фазу 1-го канала отставать от фазы нулевого канала на 90 град.

Код

запись            адрес - регистр фазы
    0       00      00101
записываем 14 битное значение фазы
xxxxxxx
ууxxxxxx

уу - не используемые разряды;
Вопрос - откуда взять эту цифирь xxxxxxxxxxxxxx, если в датащите не сказано в каком коде записывается фаза???
5) выбираем оба канала

Код

запись            адрес - Channel Select Register
    0       00      00000
выбираем оба канала              остальное оставляем как есть
    1       1                     000                     11                        0

6) вход в основной цикл программы, там в начале каждого цикла устанавливается частота:

Код

запись            адрес - Freq Tuning Word
    0       00      00100
загоняем 4 байта частоты
xxxxxxxx
xxxxxxxx
xxxxxxxx
xxxxxxxx

Вопросы - 1) откуда взять эту цифирь для частоты;
2) не сбрасывается ли регистр фазы после обновления регистра частоты??

Вот такие вопросы остались после перевода датащита и изучения схем N2PK. Всем заранее СПАСИБО.

ССЫЛКИ:

• Датащит AD9958: http://www.analog.com/UploadedFiles/Data_Sheets/AD9958.pdf
• оценочная плата для AD9958/AD9959: http://www.analog.com/UploadedFiles/Evalua...54AD995EB_0.pdf
• обсуждение N2Pk VNA на форуме CQHAM: http://forum.cqham.ru/viewtopic.php?t=8976
• Первоисточник N2PK VNA: http://n2pk.com/index.html, все доки лежат тут http://n2pk.com/VNA/VNAarch.html
• Принципиальные схемы и перечень элементов N2PK VNA: http://n2pk.com/VNA/n2pk_vna_pt_2_ver_b2.pdf

[Finarfin]

принципиальные схемы::
компас (CDW);  Scheme_CDW.rar ( 44.55 килобайт ) Кол-во скачиваний: 176

GIF:

описание:

• антиальязинговые фильтры в виде обычного П-образного ФНЧ но с кондером параллельно средней индуктивности имеют ЛАЧХ как ФНЧ но с провалом как у режекторного.
• усилитель на AD8009 - имеет низкое выходное сопротивление и до 100МГц тянет емкостную нагрузку 60-80пФ почти без искажения ЛАЧХ и ЛФЧХ
• фильтр после перемножителя - пассивный, третьего порядка с критическим затуханием, расчитан на затухание -80дБ на частоте 600кГц (частота среза 8кГц - поэтому RC, а не LC). параллельное сопротивление кондеров - чтоб не внести в рабочую полосу частот резонансы от паразитных индуктивностей. почему не активный - если сделать на небыстродействующем ОУ - видал такое что ВЧ (в данном случае до 200МГц) проходит сквозь него почти без ослабления =); быстродействующий пихать незачем, если можно обойтись пассивом.
  минус такого решения - не обрадовали размеры фильтра при разводке
  фильтр нагружается на высокоомный вход драйвера АЦП ADA4941-1
• от логарифмирования отказался - взял АЦП с PGA.

первоочередная сейчас задача - сдать диплом, потом доделать конструкцию до возможности реального воплощения. разводки плат именно в "дипломном" исполнении выложил тут: http://electronix.ru/forum/index.php?showtopic=47538

[khach]

принципиальные схемы::

Посмотрел и то и другое.
Пожелания:
1. Трансформаторы со стороны ДДС- питать ИЛИ через резисторы ИЛИ со средней точки. Поставьте на среднюю точку резистор, потом можно просто незапивать.
2. Под трансформаторами я бы ничего кроме земли на вел, тем более питание ГАЛИ- наведется черти что, возбудится.
3. Зачем там вообще ГАЛИ нужна, а потом аттенюатор? Не усложняйте схему сверх меры, перемножитель и так справится должен.
4. Перед фильтрами и после предусморите место на П аттенюатор (всегда можно согласовать импедансы если надо, а можно и просто запаять перемычку- удобно в отладке фильтра.
5. Для отладки фильра обычно ставлю на плату место под SMA (или любой другой СВЧ мелкий разем) около фильтра. Разем использую для подключения кабелей панорамы для настройки фильтра. В окончательном варианте просто незапаиваю. Подклчаюсь к разему временным SMD резистором- в окончательном варианте его тоже незапаиваю.
6. Вокруг фильтров и трансформаторов пробете плату насквозь кучей виасов, желательно в шахматном порядке. Незабывайте, там частоты до нескольких гиг внутри фильтра крутятся (высшие гармоники ДДС)
7. Все питания фильтруйте RC цепями (R порядка 10 ом), или найдите СМД фильтры где RLC все внутри- такие блочки у которых посередине земля а на концах длинной стороны вход-выход питания.
8. Не оставляйте "голым" вход детектора- поставьте согласование, место под аттенюатор, симметрирующий трансформатор (может и непригодиться, тогда перемычки запаяете, но выглядить все равно будет более красиво чем если вдруг понадобиться что-либо допаивать "внавал")
9. Элементы фильтра заложите в двойном количестве на плату- часто бывает что при настройке приходиться допаивать параллельно второй точно такой же элемент. Если будете настраивать режекцию половинной частоты ддс- поставьте в фильтре подстроечные кондеры (хотя бы место на плате предусмотрите).
10. Выходные раземы какие-то странные. Подумайте над механичексим креплением к плате надежным- у измерительного прибора раземы рано или поздно отламать попытаются.
11. Вообще вокруг ддс секции и приемной желательно прямоугольные экраны запаять после настройки-предусмотрите на плате место под стоечки экранов и полоски для пайки стенок экранов к плате, продумайте чтобы это было технологично сделать (паяльник мощный влазил)
12. Ну и вообще пытаться с первого подхода упаковать такой прибор на одну плату ИМХО неправильно. Лучше сделать кучу мелких плат, на каждой будет отдельный функциональный узел и посадить их на шасси вплотную друг к другу. Соединять между собой просто толстой перемычкой прямо по меди (расположения контактных площадок конечно взаимносогласованно). Или хотя бы предусмотрите такое дело зарание, проведя по плате воображаемые линии вырезания каждого узла и имея отверстия под винты крепеления на каждом таком субмодуле. Вот примерно как тут http://www.micomnet.webpark.pl/TRV_23_2S_10_jpg.jpg

[Finarfin]

1. не понял . при такой схеме как нарисовано получается что выходы ДДС работают как источник тока, и обеспечивается выходное сопротивление трансформатора 50 Ом. если добавить резистор в середку изменится выходное сопротивление, если убрать резисторы на краях обмотки - нарушится режим источника тока, если убрать

2. это все консультант по технологии, отрабатываю конструкцию на технологичность, все забацал на один слой. а если поставить вместо катушки в цепи питания ГАЛИ ферритовую бусину? две?

3. зачем ГАЛИ и аттенюатор - чтоб обеспечить определенный диапазон напряжений на выходе перемножителя. расчетом получается вполне определенный диапазон коэффициентов усиления в канале опорного сигнала и определенная мощность. аттенюатор с ГАЛИ как раз дают нужный коэффициент.

4., 5. предусмотрю)

6. несколько гиг.. всмысле просто отверстия, а с этой стороны проводника нет, или полигон?

7. фильтры на питание - поставлю. а что, как нарисовано ферриты с кондерами не спасут?

8., 9. принято

10. крепится за две дырки, можно приклеить, по немаленькой поверхности будет трудно отломать

11. принято

12. интересная технологиия, это ж второе дыхание технологического раздела. и без проблем можно будет управление сменить на USB или контроллер , не придется питание под элементами проводить, проводянки через дырки идут. а из чего сделаны такие желтые штуковины, на которые ставятся все эти платы?? а то там на инглишь ссылка не работает, а что такое MATERIAЈ: BLACHA ALU. PA11 GRUBOЊCI 2mm непонятно. текстолит? или это вобще стандартная ммакетная плата?

[khach]

1. не понял . при такой схеме как нарисовано получается что выходы ДДС работают как источник тока, и обеспечивается выходное сопротивление трансформатора 50 Ом. если добавить резистор в середку изменится выходное сопротивление, если убрать резисторы на краях обмотки - нарушится режим источника тока, если убрать

Питание источников тока происходит ИЛИ через резисторы, ИЛИ через трансформатор. А у вас средняя точка напрямую к питанию прицепленна. Перегрузите выходные каскады по постоянке. Трансформатор то трансформирует сопротивление фильтра- вот и получается нагрузка 50 ом от резисторов и сколько там ом (тоже в районе 50) в полосе пропускания фильтра. И все это в парралель. Но какая схема питания ДДС лучше-надо проверять экспериментально ( в реале встречается и так и так). Поэтому я рекомендовал не резистор, а перемычку со средней точки транса (резистор 0-омный)- его всегда можно или снять или поставить.

2. это все консультант по технологии, отрабатываю конструкцию на технологичность, все забацал на один слой. а если поставить вместо катушки в цепи питания ГАЛИ ферритовую бусину? две?
3. зачем ГАЛИ и аттенюатор - чтоб обеспечить определенный диапазон напряжений на выходе перемножителя. расчетом получается вполне определенный диапазон коэффициентов усиления в канале опорного сигнала и определенная мощность. аттенюатор с ГАЛИ как раз дают нужный коэффициент.

Гали плохо верет себя на НЧ. Если уж применяете AD8009, то что стоит поставить точно такой же усилитель на второй канал? Ну и если 8009 возбудится на полугиге, то вы это хоть увидете и как-то решите проблему. Но если ГАЛИ возбудиться на 3-5 ГГц то без спектроанализатора на это диапазон вы ничего непоймете и будете бороться с ветряными мельницами. Кстати, с current feedback операционниками тоже проблем куча может быть- они не при любых нагрузках и коэффициентах усиления устойчивы. А еще могут из-за плохого монтажа задирать коэфф усиления на сотнях мег.
А у вас перемножитель аналоговый- чувствителен к уровню сигнала второго канала тоже. Аккуратнее с АЧХ в этом месте.

6. несколько гиг.. всмысле просто отверстия, а с этой стороны проводника нет, или полигон?

Земляная дорошка и по верхней стороне платы. Дорожка окружает всю ВЧ часть ДДСа, к ней контактирует экран. Ну разберите какой- либо сотовик старый, лучше NMT- все станет понятно без слов, как модули между собой развязываются.

7. фильтры на питание - поставлю. а что, как нарисовано ферриты с кондерами не спасут?

А индуктивности на сотнях мег-единицах гиг могут начать резонировать- паразитная емкость у них тоже есть. Конечно специализированные СВЧ этого делать небудут, но вот есть ли они у вас? А резисторы смд в десятки ом сохраняют свои свойства до нескольких ГГц.

12. интересная технологиия, это ж второе дыхание технологического раздела. и без проблем можно будет управление сменить на USB или контроллер , не придется питание под элементами проводить, проводянки через дырки идут. а из чего сделаны такие желтые штуковины, на которые ставятся все эти платы?? а то там на инглишь ссылка не работает, а что такое MATERIAЈ: BLACHA ALU. PA11 GRUBOЊCI 2mm непонятно. текстолит? или это вобще стандартная ммакетная плата?

Алюминиевая плита 2 мм. с резьбами для винтов и дырками для облегчения веса и проводов питания. Анодированная, но это для красоты в основном. Используется для макетов на единицы ггц.