Projektarbeit 5. Semester Thomas Gulden Programmieren der Firmware eines Signalgenerators 40 .. 500 MHz und Entwicklung des zugehörigen Bedienteils Projektarbeit 5. Semester Thomas Gulden

Inhalt Aufgabenstellung Anwendungen für Signalgeneratoren Vergleich des Signalgenerators mit kommerziellen Geräten Komponentenauswahl, Steuerprotokoll Frequenzeinstellung Regelung der Ausgangsleistung Bisherige Modifikationen

Der Signalgenerator (Hochfrequenz-) Signalgeneratoren sind Geräte, die vor allem zu Messzwecken eingesetzt werden. Sie verfügen in der Regel über eine manuelle Einstell- möglichkeit für die gewünschte Ausgangsfrequenz und Ausgangsleistung oder sind über ein Interface vom Computer aus konfigurierbar

Rechts: HF-Teil meiner Projektarbeit Vergleich: Links: Kommerzieller Signalgenerator

Vergleich mit kommerziellen Geräten Pro und Contra des von mir fortgesetzten Projekts + Günstig - Genauigkeit + Auf Anwendung zugeschnitten - Langzeitstabilität + Service in Eigenregie möglich - Kein Support + modulares, erweiterbares Konzept - Signalqualität

Aufgabenstellung HF-Teil: Programmierung eines PICs mit folgenden Aufgaben: Einlesen von Frequenz und Amplitude über die RS232 - Schnittstelle 2. Programmieren der PLL 3. Regelung des variablen Dämpfungsglieds und der Festwertabschwächer entsprechend der gewünschten Amplitude 4. Kalibriermöglichkeit des Systems am Bedienteil (Abspeicherung der Kalibrierdaten im EEPROM des PICs) 5. Optimierung der Ausgangshardware (Prototyp)

Aufgabenstellung Bedienteil: Entwicklung eines Bedienteils mit eigenem Mikrocontroller zur Steuerung des Signalgenerators: Eingabemöglichkeit für Frequenz und Amplitude 2. Start des Kalibriervorgangs 3. HF-Teile und Bedienteile sollen austauschbar sein 4. Anzeige: LC - Display 5. Steuerung des HF-Teils über RS232

HF-Teil: Auswahl des PICs Auswahl nach folgenden Kriterien: Grosser EEPROM – Speicher für die Kalibriertabelle PWM – Ausgang “In System Programming“ – Fähigkeit Reprogrammierbarkeit (Firmware – Update) PIC 16F876 : erfüllt obige Anforderungen und passt in den vorhandenen Sockel

Steuerprotokoll zwischen HF-Teil und Bedienteil RS232 – Kompatibel  universell, gut zu testen (Terminal – Programm) Kommunikation in „Klartext“  transparent Frequenz – Steuerkommando: Fxxxxxx [CR] mit xxxxxx = Frequenz in kHz Amplitude – Steuerkommando: Axxxx [CR] mit xxxx = Sollamplitude in dBm … Rückgabe von Antwortzeichen, die dem Benutzer Auskunft über bestimmte Ereignisse geben, z.B. bei der Kalibrierung

Frequenzeinstellung PLL – Baustein der Firma National Semiconductor (LMX2336)

Referenzfrequenz und Frequenz des abstimmbaren Oszillators (VCO) werden auf die gleiche Frequenz heruntergeteilt Phasenlage der beiden Signale wird verglichen Nachregelung des VCOs bei Abweichungen erfolgen über die Regelschleife

Referenzoszillator: Temperaturkompensierter Quarzoszillator sehr stabil, geringer Variationsbereich VCO (Voltage Controlled Oscillator): Frequenz ist durch eine Abstimmspannung einstellbar; großer Variationsbereich, aber nicht sehr stabil Durch die PLL wird die heruntergeteilte Vergleichsfrequenz des VCOs fest an die heruntergeteilte Vergleichsfrequenz des Referenzoszillators gebunden Der abstimmbare Oszillator weist die Stabilität des Referenzoszillators auf

Regelung der Ausgangsleistung Zwei feste und ein variables Dämpfungsglied im Generator: 15 dB Dämpfung fest über Relais zuschaltbar 25 dB Dämpfung fest über Relais zuschaltbar Variables Dämpfungsglied mit ≈ 20 dB Regelumfang, realisiert mittels PIN - Dioden Die Dämpfung des PIN-Reglers ist abhängig von der angelegten Spannung, welche aus dem PWM-Signal des PICs durch Integration mit einem RC-Tiefpass gewonnen wird.

Modifikationen an der Ausgangshardware Spannungsversorgung: Ursprünglich: 5 V – Versorgung über Schaltregler auf der Netzteil - Platine Problem: Spannungseinbruch bei Belastung mit Relais um 300 mV Abhilfe: Extra Spannungsregler für Relais

Verlustleistung des Endstufenmoduls: Ursprünglich: Modul auf Aluschiene montiert Problem: Unzureichende Kühlung Abhilfe:

Zusammenfassung: Ziele Frequenzeinstellung in 100 kHz – Schritten : erreicht Steuerung über RS232 : erreicht Regelung der Amplitude : in Arbeit Kalibriermöglichkeit : teilw. erreicht Entwicklung des Bedienteils : Prototyp Nützliches „Nebenprodukt“: LabView – Programm zur Steuerung

Projektarbeit Signalgenerator 5. Semester HS Pforzheim 40..500 MHz © Thomas Gulden 2006/07