Συχνόμετρο 1.5 GHz

Συχνόμετρο 1.5 GHz
Συχνόμετρο 1.5 GHzΣυχνόμετρο 1.5 GHzΣυχνόμετρο 1.5 GHzΜέσα στο κουτί - Συχνόμετρο 1.5 GHz
5 5 3 Product



Θα εκπλαγείτε από την ακρίβεια, την αυξημένη ευαισθησία και την ευρεία δυναμική περιοχή που διαθέτει αυτό το συχνόμετρο. 

Είναι ένας μετρητής 28-bit που μπορεί να μετρήσει τη συχνότητα οποιουδήποτε σήματος από 0.1Hz έως και 1.5 GHz.  

Η διακριτική ικανότητα του οργάνου αγγίζει τα 0.1 Hz*,  για συχνότητες από 0.1 Hz έως 100 MHz και τα 4 Hz*, για συχνότητες από 100 MHz έως 1.5 GHz. Μπορούν να πραγματοποιηθούν μετρήσεις σε πραγματικό χρόνο αλλά συγχρόνως υποστηρίζονται λειτουργίες συγκράτησης μεγίστου και συγκράτησης ελαχίστου (Min and Max hold), επιλογή μονάδων και ρύθμιση ταχύτητας μέτρησης - ακρίβειας.

Κατασκευαστής: .Γ. Αδαμίδης

 Τεχνικά Χαρακτηριστικά

Είσοδοι 2
A και B
Εμπέδηση
Είσοδος A: 1 MΩ, ←30pF , Είσοδος B: 50 ohm
Περιοχή μέτρησης / Είσοδος A
0.1 Hz - 100 MHz
Περιοχή μέτρησης / Είσοδος Β
70 MHz - 1.5 GHz
Εξασθενητής
Είσοδος A: Λόγος 1:1 και 1:20, κατ' επιλογή χρήστη
Απεικόνιση
LCD - 2 γραμμές x 16-χαρακτήρες / γραμμή
Μονάδες
Επιλογή χρήστη: Hz, KHz, MHz
Μετρήσεις
Σε πραγματικό χρόνο, Συγκράτηση Μεγίστου, Συγκράτηση Ελαχίστου / κατ' επιλογή χρήστη
Ανάλυση Εισόδου - A 
0.1Hz, 1Hz, 10Hz / επιλογή χρήστη
Ανάλυση Εισόδου - Β
4Hz, 40Hz, 400Hz / επιλογή χρήστη
Ευαισθησία Εισόδου - A
120mV @ 10Hz, 60mV @ 1KHz, 20mV @ 100KHz, 10mV @ 1MHz, 10mV @ 70MHz
Ευαισθησία Εισόδου - Β
-14dbm @ 70MHz, - 19dbm @ 200MHz, -20dbm @ 500MHz, -18dbm @ 1GHz, -7dbm @ 1.5GHz
Μέγιστη επιτρεπόμενη τάση στην Είσοδο - A
10Vp-p (χωρίς εξασθενητή), 200Vp-p (με χρήση εξασθενητή 1:20)
Μέγιστη επιτρεπόμενη ισχύς στην Είσοδο - Β
+ 13 dbm
Τροφοδοσία
220VAC, 50-60Hz or 12-18VDC

 * αφορά τη διακριτική ικανότητα και όχι απαραίτητα την ακρίβεια μέτρησης

 

Σύντομο Ιστορικό

Μετρητής Συχνότητας Σήματος - 1.5GHz

Η κατασκευή του συχνομέτρου, με δυνατότητα μέτρησης οποιουδήποτε σήματος με βασική συχνότητα έως 1.5GHz, ξεκίνησε πειραματικά σαν μία εκπαιδευτική εργασία σχετικά με μικροελεγκτές PIC 8-bit, της Microchip.   Η κατασκευή σχεδιάστηκε το χειμώνα του 2009 από το Γ. Αδαμίδη (Φυσικό - Ραδιοηλεκτρολόγο, απόφοιτο του Α.Π.Θ) για τις ανάγκες παράδοσης μαθημάτων στο τμήμα Ηλεκτρονικής του Τ.Ε.Ι Κρήτης στα Χανιά. Το πρωτότυπο κατασκευάστηκε από τον ίδιο, το 2010. Η κατασκευή δημοσιεύτηκε τον Ιούνιο του 2013 στο περιοδικό 
Circuit Cellar (τεύχος 275, Ιούνιος 2013).

Αρχή λειτουργίας

Η συχνότητα (f) ενός οποιουδήποτε περιοδικού σήματος μπορεί να προσδιορισθεί από τη σχέση f=N/dt, μετρώντας το πλήθος των κύκλων επανάληψης του σήματος (N), στη διάρκεια ενός σαφώς προσδιορισμένου χρονικού διαστήματος (dt). Η μονάδα μέτρησης της συχνότητας είναι το 1 Hz (Hertz) και 1 Hz ορίζεται ως μία επανάληψη ανά δευτερόλεπτο (sec).

Προκειμένου να μετρηθεί η συχνότητα ενός οποιουδήποτε περιοδικού σήματος, το σήμα θα πρέπει αρχικά να μετατραπεί σε μία ισοδύναμη ψηφιακή ακολουθία παλμών που διατηρεί την ίδια βασική συχνότητα με το αρχικό σήμα. Αυτή η μετατροπή ονομάζεται Ψαλιδισμός - Αποκατάσταση και πραγματοποιείται από έναν συγκριτή υψηλής ταχύτητας. Ο συγκριτής παράγει μία δυαδική ακολουθία (αποτελείται μόνο από καταστάσεις on και off) σήματος που διατηρεί τη βασική συχνότητα του αρχικού σήματος. Στη συνέχεια, ένας ακμο-πυροδότητος (edge-triggered) μετρητής, χρησιμοποιείται για να μετρήσει, ξεκινώντας από το μηδέν, του N παλμούς της ακολουθίας που λαμβάνουν χώρα σε ένα ακριβές χρονικό διάστημα dt. Ένας μικροελεγκτής, χρησιμοποιείται στη συνέχεια για να υπολογίσει το λόγο f=N/dt και να απεικονίσει το αποτέλεσμα σε μία οθόνη υγρού κρυστάλλου.

Το σαφές προσδιορισμένο χρονικό διάστημα, dt, υλοποιείται μέσω λογισμικού ως μια ρουτίνα καθυστέρησης 0.1sec, 1sec ή 10sec, κατ' επιλογή του χρήστη μέσω του πλήκτρου "mode". Η βάση χρόνου παρέχεται από  κρύσταλλο 4MHz που οδηγεί τη βαθμίδα του κρυσταλλικό ταλαντωτή - ρολογιού του μικροελεγκτή. Η μέγιστη θεωρητική ακρίβεια σε κάθε μέτρηση στην είσοδο A δίνεται από τη σχέση 1/dt και για dt=0.1sec, 1sec ή 10sec, είναι ίση με 10, 1 και 0.1Hz αντίστοιχα. Για την είσοδο B, λαμβάνοντας υπόψη και την επίδραση του προδιαιρέτη 1:40, η μέγιστη ακρίβεια της μέτρησης είναι ίση με 40/dt (δηλαδή, ίση με 400, 40 και 4Hz, αντίστοιχα).     


Το κύκλωμα

Με αναφορά στο διάγραμμα βαθμίδων του συχνομέτρου που παρουσιάζεται παρακάτω, υπάρχουν δύο βαθμίδες εισόδου, οι βαθμίδες Α και B. Κάθε βαθμίδα διαθέτει τη δική της ξεχωριστή είσοδο. Η είσοδος A καλύπτει την περιοχή συχνοτήτων από 0.1 Hz έως 100MHz και η είσοδος B καλύπτει την περιοχή από 70MHz έως 1.5GHz. Ο χρήστης μπορεί να επιλέγει μία εκ των δύο εισόδων, κάθε φορά, διαμέσου του πλήκτρου Α/Β.

Διάγραμμα Βαθμίδων - Συχνόμετρο 1.5 GHz

Ο Ψαλιδισμός - Αποκατάσταση, σε κάθε βαθμίδα εισόδου, πραγματοποιείται από έναν συγκριτή υψηλής ταχύτητας τύπου MAX9203, με μέγιστη ταχύτητα 100ΜΗz. Επιπρόσθετα, χρησιμοποιείται ένας προ-διαιρέτης υψηλής συχνότητας (MC12080) στη βαθμίδα B, πριν από το συγκριτή, προκειμένου να επεκταθεί η δυνατότητα μέτρησης του οργάνου έως και τα 1.6GHz.

Ο μετρητής συχνότητας - συχνόμετρο βασίζεται σε έναν μικροελεγκτή 8-bit PIC18F2620 της Microchip. Παρόλο που ο μικροελεγκτής είναι 8-bit, αυτός διαθέτει εσωτερικά έναν μετρητή (counter) των 16-bit που σε συνδυασμό με έναν εξωτερικό μετρητή 4-bit και με τον εσωτερικό προδιαιρέτη συχνότητας 8-bit του μικροελεγκτή, υλοποιούν έναν μετρητή των 28-bit. Ο εξωτερικός μετρητής των 4-bit συνίσταται από το ολοκληρωμένο 74F161. Ο εσωτερικός μετρητής του PIC είναι άμεσα αναγνώσιμος αλλά δεν συμβαίνει το ίδιο με τον εσωτερικό προδιαιρέτη του PIC. Προκειμένου να υλοποιηθεί ο μετρητής των 28-bit, χρησιμοποιείται μία ειδική μέθοδος που καθιστά αναγνώσιμο τον εσωτερικό προδιαιρέτη.  

Χρησιμοποιείται επιπλέον έναν φίλτρο διέλευσης χαμηλών συχνοτήτων (LPF filter) προκειμένου να κατασταλούν οποιεσδήποτε ταλαντώσεις ενδέχεται να υπάρξουν στις χαμηλές συχνότητες, λόγο του υψηλού γινομένου απολαβής - εύρους ζώνης του MAX9203.

 

Λογισμικό

 Ο μικροελεκτής εκτελεί εντολές σε έναν ατέρμονα βρόχο ως παρακάτω: 

  1. Μεταγωγή στο κανάλι Α ή B, σύμφωνα με την τρέχουσα επιλογή.
  2. Απόφαση για τη χρήση του LPF ή όχι, αν έχει επιλεγεί το κανάλι Α*.
  3. Μηδενισμός του μετρητή.
  4. Έναρξη του μετρητή.
  5. Αναμονή για μέτρηση για χρόνο dt = 0.1, 1 ή 10sec (σύμφωνα με τη τρέχουσα επιλογή). Κατά τη διάρκεια της αναμονής, ελέγχεται περιοδικά το πληκτρολόγιο. Αν πατηθεί οποιοδήποτε πλήκτρο εκτελείται κατάλληλη ρουτίνα, ανανεώνονται οι τρέχουσες επιλογές και το πρόγραμμα επιστρέφει στο βήμα 1, διαφορετικά το πρόγραμμα συνεχίζει στο επόμενο βήμα.
  6. Παύση του μετρητή.
  7. Ανάγνωση της ακέραιας τιμής N (28-bit) του μετρητή και υπολογισμός της συχνότητας f από τη σχέση f=N/dt. **
  8. Απεικόνιση της μέτρησης σε πραγματικό χρόνο ή της μέγιστης τιμής που μετρήθηκε κατόπιν πολλών κύκλων μέτρησης ή της ελάχιστης τιμής που μερρήθηκε κατόπιν πολλών κύκλων μέτρησης, σε μονάδες Hz, KHz ή MHz, αναλόγως της τρέχουσας επιλογής του χρήστη.
  9. Αλλαγή κατάστασης (toggle) του ενδεικτικού LED.
  10. Επιστροφή στο βήμα 1. 

* Η απόφαση για τη χρήση ή όχι του LPF λαμβάνεται ως εξής: Πραγματοποιείται μία γρήγορη μέτρηση, σε χρόνο 0.05 sec. Αν η προκύπτουσα συχνότητα είναι μικρότερη από 980 KHz, τότε ο επεξεργαστής χρησιμοποιεί το LPF, διαφορετικά όχι, για να λάβει μία εκ νέου μέτρηση ακριβείας. Η επιλογή η όχι του LPF γίνεται μέσω του πολυπλέκτη 3 προς 1.

 ** Ο μικροελεγκτής διαβάζει την τιμή 4-bit του εξωτερικού μετρητή (Ε), διαβάζει την τιμή 8-bit του εσωτερικού προδιαιρέτη (P)  διαβάζει την τιμή 16-bit του εσωτερικού μετρητή (Τ) και υπολογίζει την τιμή 28-bit του μετρητή (Ν) από τη σχέση  N=E+16•P+4096•T. Αν έχει επιλεγεί η είσοδος A, η τρέχουσα συχνότητα f είναι ίση με f=N/dt, ενώ αν έχει επιλεγεί η είσοδος B, η τρέχουσα συχνότητα f είναι ίση με f=N•40/dt (λαμβάνοντας υπόψη τον προδιαιρέτη 1:40 που υλοποιείται μέσω του MC12080).

 

 Συνημμένα

Συχνόμετρο 1.5 GHz - ηλεκτρονικό σχηματικό.

Κώδικας μηχανής (αρχείο hex).

Συχνόμετρο 1.5GHz - Τυπωμένο κύκλωμα και (ή) πηγαίος κώδικας σε C (πρόσβαση κατόπιν πληρωμής / εξαιρούνται χρήστες ειδικών κατηγοριών).