12 ГГц частотмер

[RZ4HD]

     Здравствуйте, коллеги. Несколько дней назад сделал еще один частотомер для измерений на СВЧ. Конструкторская документация в полном объеме пока не готова. На это нужно время. Предыдущий вариант со схемами и рисунками плат есть в файловом архиве. Новый частотомер имеет уже термостатированный опорный генератор. Фотографии и схема частотомера прилагаю. Чувствительность прибора в полосе частот 100-2000 МГц минус 5dBm. Отмечу, что прибор разработан для СВЧ измерений и на малых частотах не работает. Нижний предел измеряемой частоты в зависимости от экземпляра составляет 15-30 МГц. Верхний – 12500 МГц. Дальше просто не могу измерить. Естественно, на краях рабочей частоты чувствительность уменьшается. Цепь подстройки частоты имеет отдельный стабилизатор. Она осуществляется многооборотным потенциометром. Корпус частотомера выклеивается из ударопрочного полистирола. Напряжение питание – 12 Вольт. Потребляемый ток 300 мА. Количество знаков-8. Данный частотомер очень прост в обращении, очень помогает при настройке самого различного оборудования и является незаменимой принадлежностью экспериментатора. В плане подготовить,  как обычно,  весь комплект документации для его повторения в домашних условиях.
        Предлагаю изготовить на заказ 2-3 таких готовых частотомера. Оцениваю  это в 4300 рублей. Могу изготовить и старый вариант просто с применением кварца. Его цена 3300р. Предложения в личных сообщения. Платы, наборы, прошивка контроллеров – этого не будет. Просьба ко мне с этими вопросами не обращаться. Я только сделал прибор и разработаю на него документацию.
 Юрий.RZ4HD.

[ru1qom Алексей]

Достоинство этого проекта в том что он есть. Но разрешающая способность, по прикидкам получается не лучше 8 кГц на верхнем пределе - что позволяет проводить лишь поверхностные оценочные измерения.

Причина - в выборе не совсем оптимальной микропроцессорной части, теряющей данные накопленные во внутреннем предделителе PIC'а, которые программным способом "достать" невозможно. Насколько понимаю, за основу был взят немецкий проект 1-GHz-Frequenzzahler (ссылка).

Проблема решается добавлением внешнего узла на одной лог. ИМС, обеспечиващего возможность досчета показаний предделителя PIC'а. Это позволяет получить разрешающую способность, определяемую только внешним предделителем частотомера. Поэтому МП часть лучше бы использовать по типовой схеме как в приложении, например как в этом проекте (ссылка), конечно с небольшой доработкой программы. Такое решение обеспечивает подсчет всех пришедших на вход PIC импульсов без потерь, и могло бы обеспечить разрешающую способность до 0.5 кГц - разница очень существенная.

Увеличивать коэфф. деления внешнего входного предделителя, пропорционально снижая при этом тактовую частоту PIC - технически особого смысла не было, т.к. по входу RA4 PIC способен совершенно уверенно считать со скоростью до 50 МГц, и даже чуть выше. Это обеспечивает верхний предел измерений до 12.8 ГГц с внешним предделителем на 256. Качество счета тут определяется крутизной фронтов, которые как раз и могла бы обеспечить ИМС 74HC132, используемая в схеме досчета внутреннего предделителя. А вот транзистор заметно проигрывает по сравнению с ней, видимо это и было причиной в общем-то неоправданного усложнения схемы.

[RZ4HD]

        Здравствуйте, Алексей. Спасибо за информацию. За основу была взята не эта конструкция. Хотя ее нужно изучить и что-то взять  на вооружение. Я применил свой вариант прескалера. Все подключил согласно даташита. Откуда была взята  контроллерная часть уже не помню. Перед этим собрал несколько  платок,  проверил максимальные частоты удобного  варианта прескалеров и остановился на тех,  что у меня. Второй довольно дешевый и работает до 1500 МГц реально. Это меня устроило. HMC-434 не работает выше 8 ГГц хорошо. На 9 ГГц он считает, но нужно подавать как бы не 6 dBm на вход. Уже не помню. Выбор пал на НЬС-363. При ее проверки она реально считала на 12500 МГц.  Корпус удобный. Она дороговата, но я остановился на ней. Решил использовать тандем НМС-363  плюс MD-501L. Кдел. равен в моем варианте  512. При  секундном стробе точность в 1 кГц реальна. Мне сложно сказать какая она. 
         Меня особо этот параметр не волнует. Хотя этот вопрос однозначно многие могут оспорить. Я поработал с этой игрушкой и понял всю ее удобность.  До этого просто мучился.
Я никого не заставляю ее изготовлять.  Кому не нравиться - ищите и повторяйте иные конструкции.
       Если  Вы можете разработать работающую схему частотомера, с реализацией Ваших идей, то просьба это сделать. Я этого не умею. Корректировать программы не могу. Нельзя объять необъятного, особенно при современном скоростном техническом прогрессе. Сделайте железку, проверьте ее в работе, выложите платы и фотографии. Люди скажут Вам спасибо, будут ее повторять, может и наборы появятся.
    При первом рассмотрении приведенного Вами варианта точность по знакам индикатора 1 Гц. Но как это сделать, если входной прескалер уже сразу делит частоту на 64. В лучшем случае разрешение в 100Гц. Желающие могут применить к своим частотомерам просто прескалер. Я так работал. Делил на 8, но при этом частотомер должен "пережевать" 1500 МГц и иметь точность в 1 Гц. Это не все частотомеры умеют делать.Сколько такой частотомер стоит? Где на это  взять денег? Масса неудобств. Делал и делитель с К=100 плюс Ч3-54. Снова гора железа на столе и неудобства в работе. В конце концов сделал то, что хотел. А при наладке синтезатора мне проще опорный генератор точно измерить Ч3-54. Синтезатор сделает свое дело на СВЧ.
     Кстати. Проверял частотомер на импортном ГСС на 2000 МГц. Что тот показывает эту частоту, что мой частотомер. Одинаково. Я остался доволен. Даже не выскакивал момент "плюс минус единица младшего разряда".
      Еще раз спасибо за информацию. Юрий. RZ4HD.
 

[ru1qom Алексей]

Юрий, программщина в немецком проекте практически совпадает с вашей. У него по входу разрешалка уже ухудшена до 2 кГц. Там в статье есть табличка.
Испытывать что-либо выше 1.3 гига у меня пока нет технической возможности. А с микропроцессорной частью возможны варианты, её ведь можно отлаживать и без прескалера, на низких частотах. Интересно, возможно ли подыскать другой прескалер с десятичным коэфф. деления скажем 1:300, тогда останется только доработать микропрограмму от 50-мегагерцового частотомера. А вот с дробным коэффициентом 1:256 пока не могу точно сказать - там дорабатывать, или проще будет переписать по новой. Могут вылезти нюансы с переполнением счетных регистров. В любом случае подумаю, прикину что там можно сделать.

[rw3da]

Юрий,
Большое Вам спасибо за проделанную большую и нужную работу. Её можно упростить. На еbay позолоченная плата делителя, куда ставятся  HMC (одна, любая) стоит 10$, микросхемы - по той же цене. Доставка - бесплатно по причине малого веса. Я купил себе PCB+HMC. У нас за две мс пришлось выложить 2200руб. Не знал как накручивают. Частотомер с S-метром Актаком - 5600 руб. 0-3 GHZ, с возможностью коррекции частоты, потративный, с заядным устройством и антенной, похож на портативку.
Всего наилучшего,
Анатолий

[RZ4HD]

Алексей. Можно попробовать сделать прескалер на 300. Сходу гарантиии дать не могу. Но смысл какой? У меня 512, а там 300. Улучшится параметр по разрешению в два раза. Но куча проблем  с переделкой (адаптацией программы.)  Мне это не нужно. Я поставил свои прескалеры.  К деления изменился. Я изменил частоту кварца с 10 до 5 МГц.  Все. Меня это устроило. Программу корректировать не пришлось.
       Есть  умная машина от S53MV. Я ее повторил. У некоторых она работает до 4 ГГц. Стоящая вещь на время 3-5 лет назад. Да и на настоящий момент. Можно было бы реализовать ее принципы. Два измерительных строба. Прелесть.  Можно переделать прескалер и для частотомера S53MV. Это поднимет макс.раб.частоту. Многое можно, но имеет ли смысл? Мне это не нужно, хотя можно сделать документацию на модернизированный вариант прибора S53MV. Данная модернизация интересна тем, у кого еще нет  частотомера и он его планирует делать (S53MV)  Юрий.RZ4HD.

[RZ4HD]

Анатолий. Я по невнимательности распаял прескалер HMC-363 и сжег его. Покупал в Радиокомпе за 806 рублей.  Дорого, но был прямо в магазине. Через два дня частотомер был готов.  На аукционе дешевле, но долго ждать. Себестоимость набора при покупке в России раза в два дороже, но все делается быстрее. Про плату знаю.  Она стоит дороже чипа. У меня  на плате стоит еще и ШПУ и два прескалера. Плата делается бысто и как бы бесплатно.
Частотомеры  в виде радиостанции интересны. Лет  пять назад хотел его купить. Но сделал вариант S53MV, поставив в него опорный генератор с Алтая и удвоив частоту. 
Юрий

[LZ4AU]

Кому надо HMC-363 могу по 800руб +100руб (почта) есть 3шт. Куплены под заказ в радиокомпе а заказчик отказался в последствие брать. Личка работает.

[RZ4HD]

           Здравствуйте, коллеги. Вот мои мысли по поводу частотомера, хотя может быть, я и не прав…Я не знаю, какая входная частота общедоступного и не очень дорогого контроллера, но точность измерения во многом зависит от этого параметра. Современная же логика,  на которой собирается элемент И, при помощи которого осуществляется подача пачки импульсов для счета на контроллер, обычно работает быстрее контроллера. Если частота, к примеру, равна 50 МГц, то для достижения рабочей частоты прибора в 10 ГГц необходим прескалер с коэффициентом счета 200. Но, скорее всего, он будет равен 256. Сами понимаете, почему.  Если строб счета будет равен 1 сек, то можно достичь точности младшего разряда частотомера в 1кГц. Если строб будет равен 10 сек., то возможно, значение младшего разряда будет равно 100 Гц.
             Обращаюсь к Алексею RU1QOM. Если Вы можете, то напишите программу для частотомера (скорректируйте уже имеющуюся). При этом стоит учесть, нужен ли будет кому-то данный частотомер и будет ли эта железка нормально работать. Естественно, все эксперименты можно провести без прескалера. Тактовую частоту контроллера лучше выбрать в 10 МГц, так как при этом можно применить недорогие термостатированные генераторы в качестве внутреннего опорника и 10 МГц рубидиевый стандарт в качестве внешнего. В этом варианте частотомер еще имеет смысл разрабатывать. При настройках точность младшего разряда будет равна 1кГц при длительности измерения в 1 секунду, этого параметра вполне достаточно, а при необходимости точного измерения можно применить строб в 10 сек и получить цену младшего разряда в 100. Если Вы напишете (скорректируете чью-либо) программу, то я готов сделать и проверить железо. Выложим все на сайте в свободном доступе. Думайте и принимайте решение.
            Может быть, есть и более скоростной контроллер. Может быть, есть и очень быстрые счетчики, у которых есть выходы триггеров и которые можно дешифрировать и обрабатывать в контроллере. При этом можно побороться за цену младшего разряда в 100 Гц при длительности строба в 1-2 сек и 10 Гц при длительности строба в 10 сек. Может быть, мои рассуждения и покажутся дилетантскими, я не знаком с контроллерами, но другого моя логика пока не подсказывает.
           Юрий.RZ4HD.

[ru1qom Алексей]

PIC контроллеры 16F84 и 16F628 имеют так сказать "особенный" вход RA4, рассчитанный на высокие частоты - по паспорту не помню сколько, а реально 84-й отлично считает до 50 МГц, при условии формирования сигнала с крутыми фронтами высокоскоростной  ттл-логикой. ИМС 74HC132 доступна в продаже, и тоже нормально работает до этой частоты.
Применительно к частотомеру - сигнал с этого входа попадает сначала на предделитель с коэфф. деления до 256, а потом еще на 8-битный счетчик (тоже до 256). Предделитель изнутри контроллера недоступен для чтения, можно определить только факт его переполнения. Поэтому и необходима схема подачи импульсов из контроллера через наружную цепь на вход RA4, чтобы досчитать предделитель до предела, и на основе этого узнать что же там было внутри на момент защелкивания измерительного интервала. Т.о. общее число импульсов, который способен подсчитать внутри себя контроллер, составляет 65536. В процессе счета за длительное время, счетчики могут переполняться сколько угодно раз - это совершенно штатная ситуация. Благодаря этим счетчикам, программными методами можно подсчитать и гораздо большее число импульсов, нежели 65536.

Насчет более скоростных контроллеров - они безусловно существуют, но это вне моей компетенции. Для моих задач за глаза хватает PIC'ов, причем они мне нравятся намного больше атмелов, в первую очередь по более высокой надежности и устойчивости работы. Насчет адаптации одного проекта частотомера, я в ближайшее время постараюсь выложить некоторые соображения.

[VE3CCN]

Т.о. общее число импульсов, который способен подсчитать внутри себя контроллер, составляет 65536.

можно взять посвежее пики, там уже есть 32битные счетчики. И внутренняя частота в 40МГц.

[RA3MAU Albert]

Вчера посчитал, измерение 50МГц при точности 1Гц.
Предельная частота измерения определяется паспортными 20нсек по входу. по факту чуть лучше, пишут о 68МГц.
Счет обычно ведут 8ми битным (256) значений счетчиком Timer0. по прерыванию переполнения таймера выполняется подпрограмма инкрементации программных счетчиков.
Прескалер использовать не обязательно, при этом при частоте например 52МГц на входе будет выполнятся 52000000/256=203125 прерываний в сек.
При тактовой частоте в 20МГц (максимум для 16F628) на обработку программных счетчиков остается примерно 98тактов (20000000/203125=~98.5) чтоб успеть обработать прерывание и начать следующее.
Так что точность 1 Гц на 50МГц вполне реализуема. не понятно зачем используют внутренний прескалер на 256.
Может я что-то упустил? Скорее всего это уже реализовано. Такие расчеты видятся мне пределом для данного PIC. Дальнейшее увеличение точности этой схемы - это навешивание внешних скоростных счетчиков, с возможностью считывания значения.

[RA3PCS]

Так что точность 1 Гц на 50МГц вполне реализуема.

Добрый день! Точность измерений можно увеличивать практически бесконечно, вопрос вдругом, нужно-ли это для наших целей? В данном конкретном случае используется готовая конструкция, которую уже можно повторять и пользоваться. Точность +- 1кГц - это уже вполне сносно, для СВЧ частотомера-самоделки, и для настройки, скажем умножителей частоты подойдёт. Тем более, что для совершенствования данной конструкции необходимо только переиначить прошивку микроконтроллера.

[ru1qom Алексей]

точность 1 Гц на 50МГц вполне реализуема. не понятно зачем используют внутренний прескалер на 256.

Вычтите из полученных 98-ми еще такты на вход и выход из прерывания, обязательные команды сохр. и восст. регистров - и получится что на собственно его обработку останется совсем мало команд. А ведь кроме подсчета, могут быть параллельно и другие надобности. К примеру обеспечение динамической индикации светодиодного дисплея. Поэтому и используется предделитель. Кроме того, точно не помню, но вроде бы частотах до 50 МГц умеет считать только счетчик предделителя, а сам TMR0 на такие скорости не рассчитан. Так что использование предделителя вполне оправдано. Тем более что из него довольно просто извлечь информацию - достаточно одной внешней ИМС, которая по совместительству формирует необходимую крутизну фронтов.

для совершенствования данной конструкции необходимо только переиначить прошивку микроконтроллера

Не совсем так. Чтобы полностью использовать возможности внутренних счетчиков - нужна внешняя ИМС по схеме в приложении. А разрешение в 1 кГц на гигагерце - просто разумный компромисс между точностью и сложностью изделия. Технически ведь, при большом желании, на 50 мегагерцах можно и за односекундный измерительный интервал обеспечить точность от 0.1 Гц и лучше. Но это сразу на порядки увеличивает сложность и стоимость прибора, выводя его из категории общедоступных для любительского повторения в домашних условиях. В этом случае проще купить что-то из хорошей промышленной бэушки, и приделать туда гигагерцовые прескалеры.

[ru1qom Алексей]

Проанализировал имеющиеся у меня в архивах фирмвари частотомеров на PIC, из тех что не теряют входные импульсы - и пришел к выводу, что модернизировать их для недесятичного прескалера весьма затруднительно. По крайней мере для 1:256 пока так. Легко получилось только 1:8, но это до всего лишь до 400 МГц. А перекраивать глобально, да еще и на ассемблере - нет ни времени, ни малейшего желания (зато честно ). Тем более наконец-то добрался до освоения "си", т.к. раздобыл "лекарство", и надеюсь со временем позабыть пиковый ассемблер как ужасный кошмар

Зато поискал в сети, и нашел интереснейшие проекты RA4NAL, которые раньше не видел. Там частотомеры с возможностью подключения прескалеров, учета ПЧ и др. полезными настройками. Да еще в двух вариантах индикации: на  ЖК дисплее (ссылка) и на моих любимых светодиодных индикаторах (ссылка). Вот последний пожалуй попробую собрать. Исходники тоже опубликованы, так что можно будет доработать по необходимости.

А в целом настроение по частотомерам не очень, китаёзы вовсю наступают на пятки. Вот к примеру двухканальный Частотомер VC3165 до 2.4 ГГц, за 2 с копейками тыры. Добавить прямо вовнуть прескалер, да термостатировать кварц - и получится недорого, но довольно симпатично. Или вот на VRTP портативные вообще от 1300 до 2500р на любой вкус и выбор.
Единственное в чем еще можно реально конкурировать с китайпромом - по фактору точности, и особенно надежности и долговечности. Но эта конкуренция не совсем честная, т.к. использую доставшиеся практически по цене металлолома узлы и детали от серьезной проф. техники, которые новыми стоили диких денег, да и сейчас ненамного дешевле.