В данной публикации предлагается несколько вариантов синтезаторов частоты КВ трансивера, которые появились на свет в результате желания автора создать простой в изготовлении, не нуждающийся в настройках, многофункциональный и качественный синтезатор. Была проведена большая работа по разработке схемы и программы управления. Тщательно отбирались функции управления, - исходя из минимума органов управления и максимума функциональных возможностей. По мнению автора были реализованы все лучшие идеи и функции, какие только можно было сделать в ограниченном пространстве памяти доступных и не дорогих контроллеров Atmega8 и Atmega168, а также на доступных 2-х строчных ЖКИ индикаторах.
Все синтезаторы построены на основе микросхем DDS синтезаторов - AD9952 и AD9834. Все управление во всех вариантах синтезаторов аналогично - 6 кнопок и валкодер, которые легко разместить на передней панели трансивера. Практика эксплуатации разных вариантов синтезаторов в течении нескольких месяцев показала удобство примененного способа управления. Реализованы некоторые функции делающие работу с трансивером удобной и приятной:
«интеллектуальный валкодер», позволяющий эффективно использовать простые самодельные валкодеры с малым числом импульсов на один оборот и отказаться от переключателя шага перестройки запоминание “последних” установок синтезатора память диапазонов, т.е. при переключении диапазонов запоминаются все установки и частота каждого диапазона расстройка приемника в пределах текущего диапазона. встроенный индикатор уровня сигнала
Индикатор синтезатора не перегружен отображаемой информацией и все данные о состоянии легко читаются. Большинство функций, включаемых через меню не имеют индикации на ЖКИ. Поэтому индикацию включенных аттенюатора, УВЧ, узкой полосы ПЧ, режекторного фильтра, VOX и включенного компрессора передатчика нужно сделать на 6-ти светодиодах, размещенных на передней панели трансивера. Светодиоды нужно подключить к соответствующим управляющим выходам синтезатора через резисторы номиналом 1 кОм.
Давать подробное описание управления синтезаторами не имеет смысла, т.к. все понятно из названий кнопок на принципиальных схемах.
Стоит остановиться на т.н. сервисном меню, где нужно выставить свои данные ПЧ – для каждого режима - LSB, USB и CW отдельно, тактовую частоту DDS и другие параметры. В 2-х первых простых версиях нет никаких ограничений частот по диапазонам и по максимальной частоте DDS. Частоту ПЧ можно устанавливать любую от 0 Гц и выше. Вход в сервисное меню – включение питания при нажатой кнопке “Menu”. Пункты меню переключаются кнопками "Band-" и "Band+", нужные данные устанавливаются вращением валкодера, а записываются вновь установленные данные отдельно для каждого пункта меню нажатием на кнопку "Mode". Выход из сервисного меню выключением питания
Учитывая, что AD9952 для многих дорога и трудна в приобретении, была сделана также версия на AD9834. Это самый простой, дешевый и экономичный вариант синтезатора из всех предлагаемых. Качество формируемого сигнала конечно уступает качеству сигнала AD9952, но все же вполне тепримо для применения вместо ГПД в простых конструкциях трансиверов и приемников. Программа для этого варианта сделана для классической раскладки частот гетеродина, т.е. на НЧ диапазонах частота DDS равна сумме рабочей частоты и частоты ПЧ, а на ВЧ диапазонах - разности этих частот.
Похож на вариант номер один, но дороже и качественней сама микросхема DDS. Соответственно и больше возможностей, и шире диапазон генерируемых частот – от 0 до 160 МГц.
В этом варианте добавлен 10-й диапазон - работа с УКВ трансвертером. Трасвертер может быть или на диапазон 144 МГц, или на 430 МГц. Сделать оба варианта одновременно не хватило свободной памяти. Трасвертер на диапазон 50 МГц во-первых не имеет смысла делать – можно прямо в трансивере получить этот диапазон, а во-вторых индикация на 10-ом диапазоне предусматривает частоту трансвертера не ниже 100 МГц – иначе частота будет отображаться не корректно.
Собственно сам трансивер при включении этого диапазона работает на частотах диапазона 28 МГц, но индикация частоты сделана так, что частота трансивера складывается с частотой опорного генератора трансвертера, которую нужно выставить в сервисном меню, - по умолчанию 116 МГц. Включение самого трансвертера можно сделать автоматическим при включении 10-го диапазона, т.к. номер этого диапазона декодируется также как и номера всех остальных диапазонов дешифратором в блоке ДПФ.Нужно просто через диод объеденить выход включения полосового фильтра 28МГц и выход 10-го диапазона так, что бы при включении 10-го диапазона ( трансвертера на 144 или 430 МГц) так же включался ДПФ 28 МГц. Программ под этот вариант синтезатора две – один вариант для классической раскладки частот, а другой вариант для «преобразования вверх», где частота DDS всегда равна сумме рабочей частоты и частоты ПЧ.
Этот вариант синтезатора также можно использовать и в трансиверах с прямым преобразованием частоты, т.к. в сервисном меню можно выставить «нулевую» ПЧ и умножение выходной частоты синтезатора в 2 или 4 раза. Единственно, в этом случае придется перерасчитать номиналы ФНЧ DDS на частоту среза равную максимальной используемой выходной частоте синтезатора. Это легко сделать в программе RFSIM.
В сервисном меню также нужно установить множитель внутреннего умножения тактовой частоты в AD9952. Этот множитель должен быть установлен в диапазоне значений от 0 до 20.При выборе значений от 0 до 3 умножение частоты опорного генератора не работает, т.е. равно 1. Этот вариант наиболее качественный, но требует применения высококачественного кварцевого генератора на частоты порядка 400 МГц. Тактовую частоту DDS необходимо устанавливать реальную, т.е. 400МГц например, уже с учетом умножения в схеме PLL самой AD9952.
Многое из того, что сказано выше можно отнести и к третьему варианту. Только в этом варианте нет режима работы с трансвертером и сервисного меню, но есть функции отсутствующие в предыдущих версиях. Особенности этого варианта:
9 КВ диапазонов, граничные частоты которых можно изменять самостоятельно Встроенный опорный генератор для трансивера на DDS AD9834 функция сдвига ПЧ – "Shift IF" - независимая как при приеме, так и при передаче Числовой индикатор пиковых значений уровней S / POWER метра Калибруемый S / POWER метр Обмен данными о частоте и режиме работы с программами аппаратных журналов по CI-V ( САТ ) протоколу.
На основе этого синтезатора можно создавать хорошие и малогабаритные трансиверы как для повседневной работы в эфире, так и для работы в соревнованиях.
Этот вариант синтезатора расчитан на применение в качественном трансивере с одним преобразованием частоты и кварцевыми фильтрами. Сделаны две версии программы – для классической раскладки частот и для «верхней настройки» гетеродина, когда частота синтезатора всегда выше суммы частоты ПЧ и рабочей частоты. Какой вариант «прошивки» более предпочтителен для конкретной конструкции трансивера решать конструктору.
Также можно применить этот вариант синтезатора и в любых других структурах трансивера, но от использования 2-й DDS придется отказаться, т.к. частота DDS AD9834 всегда равна частоте ПЧ трансивера. Можно просто не ставить эту микросхему.
Применение второй DDS намного упрощает схему самого трансивера, т.к. не нужен коммутируемый при переключении режимов работы кварцевый опорный генератор.Кроме того, это решение позволило реализовать полезную и имеющуюся в каждом фирменном трансивере функцию сдвига ПЧ – “SHIFT IF”. Это эффективное средство в борьбе с помехами и особенно удобно при применении набора самодельных кварцевых фильтров, которые как правило, делаются на разные полосы пропускания, но из кварцев на одну частоту.В итоге нижняя частота ската АЧХ всех переключаемых фильтров или фильтров с регулируемой полосой пропускания практически не изменяется, а изменение полосы происходит при сдвиге верхнего ската АЧХ.В результате положение частоты опорного генератора оказывается не оптимальным для разных полос фильтра ПЧ и разных режимов работы.При помощи функции сдвига ПЧ частоту опорного генератора на AD9834 можно свободно двигать по частоте не теряя настройки на принимаемую стацию, т.к. одновременно с этим происходит компенсация сдвига частоты опорного генератора изменением частоты первой DDS - AD9952. Создается впечатление, что двигается полоса пропускания фильтра по сигналу принимаемой станции.Сдвиг ПЧ также оперативно и независимо от режима приема регулируется и в момент передачи, что позволяет эффективно изменять окраску передаваемого речевого сигнала. При переходе на прием опять включается установленный сдвиг ПЧ, но уже для приема.При регулировке сдвига ПЧ вместо полного названия режима отображается первая буква режима и сдвиг ПЧ в кГц.Так же отображается символ "S" в правом нижнем углу если включен режим регулировки сдвига ПЧ. Если сдвиг ПЧ равен "0", то отображается полное название режима, даже если включен режим регулировки сдвига. При включении блокировки валкодера – "lck" в меню появляется символ "*" в правом верхнем углу индикатора.
Также особенностью данного синтезатора является применение калибруемых S и Power метров. Они имеют по 13 калибровочных точек, и точность показаний после калибровки очень высокая. Измеритель уровня состоит из 2-х индикаторов – аналоговой шкалы и числового индикатора пиковых значений по шкале S в режиме приема, и отображает выходную мощность в % от максимальной в режиме передачи.
Предыдущие варианты синтезаторов имеют сервисное меню, где можно выставлять частоты ПЧ, тактовые частоты DDS и другие параметры. В программах для этого варианта синтезатора сервисное меню убрано для освобождения памяти для калибровок S и Power метров. Пришлось делать выбор – «или-или», т.к. память контроллера Atmega168 использована полностью. И выбор сделан в пользу калибровок, а выставлять свои значения ПЧ и т.д. можно, редактируя файл ЕЕПРОМ. Как это делается подробно описано ниже.
Из-за недостатка свободной памяти пришлось отказаться и от записи стартовых частот в версии с класическим раскладом частот. После программирования контроллера синтезатор стартует на частототе 7.050, и если теперь включить любой другой диапазон то частота будет равна нулю. Достаточно чуть повернуть валкодер и частота на текущем диапазоне станет в пределах выбранного диапазона. Нужно «пройтись» по всем диапазонам и пошевелить валкодер. Теперь на каждом диапазоне запомнятся последнии установки.
В этом варианте синтезатора реализован обмен данными частоты и режима работы с программами аппаратных журналов по протоколу CI-V или, как более принято называть - САТ. Настройки программы логгера должны быть как для “Icom-718” – адрес 5Е и скорость 9600 бод.Это также значительное сервисное удобство – можно переключать диапазоны, мгновенно переходить на нужную частоту «щелкая» мышкой по станции из кластера или по «ленте» частоты. В Logger32”, “N1MM”, ”LogHX” и других программах есть даже прямой ввод частоты с клавиатуры в окне ввода позывного коресспондента - очень удобно.Синтезатор прекрасно работает с популярными и бесплатными программами перечисленными выше. С программой “Ham radio deluxe” полного взаимопонимания не получилось – видимо требует более полного CI-V протокола и программа работает неустойчиво, но нет уже свободной памяти в Atmega168 что-либо изменить.
На форуме СКР «контроллер для синтезатора на AD9952» подробно описан весь путь создания всех версий синтезатора, есть много промежуточных версий схем и «прошивок» и много другой полезной информации.
Печатная плата разрабатывалась для одного из предыдущих вариантов и претерпела несколько изменений. Добавлен 2-й DDS и САТ. При желании можно «скачать» варианты печатных плат со страниц форума и модернизировать их.
Так же можно добавить, что при использовании второй DDS SSB детектор обязательно должен быть балансного типа.Прекрасно работает в этом качестве SA612 – на нее можно подавать сигнал сразу с синусоидального выхода DDS2.
Для получения противофазных напряжений гетеродина, - обычно нужных для работы первого смесителя трансивера, удобно использовать делитель частоты на 2 на 74АС74 перед смесителем, а в синтезаторе устанавливать удвоенное значение выходной частоты DDS1.
Все предложенные в статье версии «прошивок» - новые, и еще нигде не публиковались.
Редактирование и программирование ЕЕПРОМ синтезатора.
Сразу после программирования контроллера программа запускается и загружает установки по умолчанию в ЕЕПРОМ. Теперь нужно программатором считать ЕЕПРОМ контроллера, отредактировать содержимое ячеек, сохранить отредактированный файл и запрограммировать ЕЕПРОМ отдельно, уже со своими данными. Данные хранятся в 16-тиричном виде начиная с младшего разряда. Нужные нам ячейки для изменения параметров синтезатора выделены по группам. Номера ячеек также в 16-тиричном виде
00h – 03h - нормальная ПЧ ( или LSB в версии с «преобразованием вверх» ) 04h – 07h - инверсная ПЧ ( или USB в версии с «преобразованием вверх» ) 08h – 0Вh - ПЧ CW 0Ch – 0Fh -тактовая частота 1-й DDS 10h – 13h -тактовая частота 2-й DDS 14h - множитель PLL 1-й DDS 18h - умножение выходной частоты 1-й DDS 28h – текущая частота диапазона 7 МГц, а ячейки рядом - это текущие частоты остальных диапазонов – они равны FF сразу после программирования в версии “classic”, но в процессе работы заполнятся данными о частоте каждого диапазона. Эта память нужна при переключениях диапазонов - для запоминания «последней» частоты диапазона Далее граничные частоты диапазонов: 57h – 5Ah - нижняя граничная частота диапазона 1.8 МГц 5Bh – 5Eh - нижняя граничная частота диапазона 3.5 МГц
И т.д. нижние граничные частоты остальных диапазонов. Начиная с ячейки 7B – верхнии граничные частоты диапазонов
Пример:
В ячейках 00h – 03h данные нормальной ПЧ, начиная с младшего разряда – т.е. 00 87 47 72 h – это 8.865.650 Гц. Эти ячейки можно редактировать и выставлять свою ПЧ. Для примера, ПЧ нормальной боковой полосы равна 9.100 МГц. Включаем калькулятор "Windows" в режим Scientific. "Галочка" выбора системы счета должна быть "Dec". Набираем 9 100 000 Гц и переставляем "галочку" на "Hex" – получили то же самое число, но в 16-тиричном виде – 8ADAE0h. Это число и нужно будет вставить в ЕЕПРОМ в соответствующие ячейки. E0h – в ячейку 00h, DAh – в ячеку 01h и 8Ah в ячейку 02h и 00h в ячейку 03h.Т.е всего 4 байта. Аналогично работаем и с другими дан Далее, начиная с адреса 9Fh – калибровочные данные первого сегмента S-метра, затем калибровочные данные 1-го сегмента Power- метра, затем данные 2-го сегмента S-метра, затем данные 2-го сегмента Power- метра и т.д. Всего по 13 калибровочных уровней для RX и TX режимов.
9Fh – A0h - первое 2-х байтное число калибровки первого "кубика" S-метра – в нашем примере равно 0029h, т.е. 41 в десятичной системе.
Калибровка S-метра и Power-метра:
На уже готовом и полностью настроенном трансивере подключаем ко входу трансивера сигнал-генератор и поочередно выставляем точные уровни сигнала соответствующие баллам по шкале S, и измеряем в этот момент напряжение на входе АЦП контроллера, записывая 13 значений напряжения для режима приема. Затем вместо генератора включаем измеритель мощности и переходим на передачу. Точно также измеряем напряжения соответствующие нужной мощности и записываем также 13 значений.
Числовых показаний измерителя мощности всего четыре: > 25, 50, 75 и 100 %.Поэтому соответственно нужно откалибровать 2, 5, 7 и 10 сегменты измерителя мощности так, что бы в этих точках мощность соответствовала 25, 50, 75 и 100 %. Остальные значения можно калибровать приблизительно, так что бы значения равномерно увеличивались.
Калибровка S-метра:
1 балл -121 дБм или 0, 2 мкВ 2 балла -115 дБм или 0, 4 мкВ 3 балла -109 дБм или 0, 8 мкВ 4 балла -103 дБм или 1, 6 мкВ 5 баллов - 97 дБм или 3, 2 мкВ 6 баллов - 91 дБм или 6, 3 мкВ 7 баллов - 85 дБм или 12, 6 мкВ 8 баллов - 79 дБм или 25 мкВ 9 баллов - 73 дБм или 50 мкВ 9+10 дБ - 63 дБм или 158 мкВ 9+20 дБ - 53 дБм или 500 мкВ 9+30 дБ - 43 дБм или 1, 58 мВ 9+40 дБ - 33 дБм или 5 мВ
Теперь, когда есть данные о напряжении на входе АЦП расчитываем коды АЦП по формуле:
АЦП контроллера сконфигурировано так, что Vref = + 5 V.
Например, при измерении напряжения на входе АЦП, соответствующего одному баллу получили значение 200 мВ. Отсюда код АЦП, который нужно записать в соответствующие ячейки ЕЕПРОМ для уровня в 1 балл равен:
ADC(1 балл) = 0.2 х 1024 / 5 = 40, 96.Округлим это число в меньшую сторону. Итак получили число 40. Переведем число в 16-тиричный вид и получим 28h. Это число нужно занести в ячейки 9Fh – A0h ЕЕПРОМ начиная с младшего разряда, т.е. В 9Fh - вносим число 28h, а в A0h вносим 00h.Еще пример: Vin ( 9 +40) = + 4.3 В
ADC ( 9 +40) = 4.3 х 1024 / 5 = 880, 64.Округляем до 880.Переводим в 16-тиричный вид - получаем 0370h. Это значит, что в ячеки соответствующие уровню 9+40 дБ - CFh – D0h нужно занести это число. В CFh вносим младший разряд 70h, а в D0h – 03h.
И т.д. вычисляем значения и заносим в нужные ячейки. Сохраним отредактированный и индивидуальный для Вашего трансивера файл ЕЕПРОМ, и запрограммируем только ЕЕПРОМ синтезатора. Все. Синтезатор теперь будет работать с Вашими установками и калибровками.
Различные ограничения различных функций во всех вариантах синтезаторов связаны только с недостатком свободной памяти контроллеров, и сделаны не умышленно. Схемы в прикреплениях:
