فهرست مطالب

۱) مقدمه   ۳
۲) بخش فرکانس بالا   ۳
۲-۱) چیپ AD8307   ۴
۲-۲) مدار Zero & Span   ۵
۳) بخش دیجیتال   ۵
۳-۱) مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC)   ۵
۳-۲) MCU   ۵
شماتیک کلی دستگاه   ۷
۴) طراحی PCB   ۸
۵) کالیبره کردن دستگاه   ۹
۶) روش کار با دستگاه   ۹
۷) بخشی از برنامه میکروکنترلر   ۱۰
۸) نتیجه‌گیری   ۱۲
۹) پیشنهادات   ۱۲
۱۰) فهرست منابع   ۱۲

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

چکیده

 این مقاله طرح ساخت دستگاهی (RF decibel meter)است که قابلیت اندازه گیری  دامنه و توان امواج رادیویی در محدوده ی فرکانسی ۱ مگاهرتز تا ۵۰۰ مگاهرتز و محدوده اندازه گیری دامنه از صفر دسیبل تا ۱۲۵ دسیبل را دارد . برای تبدیل سیگنال به ولتاژ لگاریتمی از مبدل خطی به لگاریتمی AD8307  ساخت  شرکت ANALOG  DEVICES که پهن باند با رنج اندازه گیری زیاد است استفاده می شود . این دستگاه با استفاده از یک ساختار محاسبه خطای نسبتاً ساده ( به دلیل استفاده از CPU هشت بیتی ) خطای خود را پیدا و رفع می کند . و در نهایت سطح سیگنال رادیویی را با واحد dbu و توان آن را با مضربی از dbm بر روی LCD نمایش می‌دهند.

واحد توان:                                                             dbm=10logp/1mw

واحد ضریب تقویت و یا تضعیف:                        dbu=20logv/1mv

ایده‌ی نو برای ساخت دستگاهی با قابلیت کاربردی در علم الکترونیک و مخابرات اولین و مهم‌ترین قدم در پیشبرد پروسه ذهنی و عملی می‌باشد و مرحله‌ی بعد به کاغذ آوردن ایده در قالب یک بلوک دیاگرام کلی است. تحقیق و جمع‌آوری اطلاعات لازمه برای طراحی زیربلوک‌ها و بعد از آن انجام محاسبات ریاضی برای طراحی مدارهای مربوطه و تست نتایج عملی در آزمایشگاه در تأیید مدارهای طراحی شده، فرآیند طراحی و ساخت یک دستگاه است.

واژه‌های کلیدی : فرکانس ، دامنه ، dbu , dbm

۱)مقدمه :
هدف از طرح این پروژه آشنایی با واحد لگاریتمیک آن می باشد که در ساخت دستگاه پیچیده تر Spectrum analizer کاربرد دارد . Spectrum analizer دستگاهی است که اندازه دامنه ی مولفه های مختلف فرکانسی یک سیگنال را بر اساس dbm روی صفحه نمایش ترسیم می کند ، که این کار نیاز مند یک مبدل خطی به لگاریتمی است که در طیف وسیعی از فرکانس کار کند .
بلوک دیاگرام کلی دستگاه RF decibel meter :
نقش AD8307 : تبدیل سطح سیگنال ورودی به فرم دسیبل
(مقیاس لگاریتمی قابل تعریف برای ADC)
نقش مدار Zero& Span : تنظیم Scale اطلاعات خروجی
AD8307 جهت ورود به ADC
نقش ADC: تبدیل مقدار آنا لوگ ورودی به مقدار دیجیتال قابل
تعریف برای میکرو کنترلر
نقش MCU: 1-خواندن ADC 2- محاسبه خطا ۳- نمایش dbu , dbm رویLCD
۲) بخش فرکانس بالا :
مدار پیشنهادی از ۱MHZ تا ۵۰۰ MHZ که به صورت آنالوگ اندازه گیری صورت می گیرد :

۲-۱ ) چیپ AD8307
۲-۱-۱)
دامنه ی سیگنال های ورودی به دستگاه توسط چیپ AD8307 به ولتاژ لگاریتمی تبدیل می شود . این چیپ قابلیت یکسوسازی باند پهن تا ۵۰۰MHZ را دارد و مکانیزم تبدیل به صورت شش واحد تقویت کننده ی لگاریتمی ۱۴٫۳ دسیبلی است که توسط یک سیستم کنترل ۹ تایی آفست وآینه ی جریان ۲ میکرو آمپری با امپدانس پایه ی ۱۲٫۵ k اهم با قابلیت تبدیل و کنترل رفرنس داخلی عمل کرده و قابلیت استفاده از ورودی های دیفرانسلی و ورودی های تکی را دارد .
این سیستم در بخش تبدیل لگاریتمی، ۷٫۵ mA جریان مصرفی داشته و در محدوده اندازه گیری ۰dbu تا ۱۲۵ dbu خطای سیستم به صورت خطی است . در محدوده ی -۸۴ dbm هر دسیبل معادل ۲۵mv در خروجی AD8307 خواهد بود .
۲-۱-۲)
جک BNC برای دریافت سیگنال ورودی به پایه ی ۸این چیپ متصل شده است . خازن های ۴۷ میکرو فارادی برای دی کوپله کردن مدار از ولتاژ DC است که AD8307 آسیب نبیند . امپدانس ورودی دستگاه به دلیل فرکانس بالا بودنش ، ۵۰ اهم است و با توجه به ساختار داخلی AD8307 بین پایه های ورودی این چیپ (۱ و ۸ ) مقاومت ۱٫۵ kW است که حاصل موازی شدن آن با دو مقاومت ۱۰۰ اهم خارجی بر پایه ی ورودی نزدیک به ۵۰ اهم می شود . پایه های ۶ و ۷ پایه های تغذیه IC و پایه ی ۴ پایه ی خروجی IC می باشد .
۲-۲) مدار Zero& Span
۲-۲-۱ ) به علت کارکرد دیفرانسیلی TLO72 (۱) در تقویت کننده ی ابزار دقیق ، نویز خروجی AD8307 حذف و قابل تعریف برای ADC با بهره ی اندازه گیری می شود . مقادیر مقاومت ها یکسان و برابر ۶۸k اهم انتخاب شده ،امپدانس ورودی این مدارباید آنقدربزرگ انتخاب شود که حاصل موازی آن با مقاومت خروجی AD8307 ، به دلیل ساختار داخلی آن به ۱۲٫۵ kW نزدیک شود . البته هنگام کالیبره کردن دستگاه پتانسیومتر ۱۰k بر پایه ی خروجی AD8307 ، امپدانس پایه ی منبع جریان آینه ای را دقیقاً ۱۲٫۵kW اهم تنظیم می کند . و از طرفی انتخاب مقاومت ورودی بزرگ اجازه نمی دهد مدار Zero& Span بار برای واحد فرکانس بالا محسوب شود و خطای اندازه گیری کمتری برای AD8307 ایجاد می شود . نقش پتانسیومتر صفر کننده بر پایه ی ۳ TLO72 ، در کالیبره کردن دستگاه برای رفع انحراف از معیار IC است .
TLO72 (2) با ایجاد ضریب تقویت مناسب ، مقیاس اطلاعات را جهت ورود به مبدل آنالوگ به دیجیتال تنظیم می کند . ازآنجا که TLO72 انتخابی از نوع Low out put است ، جریان زیادی در خروجی نمی تواند داشته باشد پس مقاومت ۱٫۵ kW برای خروجی گزینش می شود .
۳ ) بخش دیجیتال
۳-۱) مبدل آنالوگ به دیجیتال (ADC)
در این مرحله خروجی واحد فرکانس بالا که یک کمیت آنالوگی است توسط چیپ ADC0804 با تکنولوژی ساخت TTL به مقدار دیجیتالی تبدیل و در نهایت بر روی LCD نمایش داده خواهد شد . پایه های کنترلی این چیپ توسط MCU کنترل می گردد . این IC بیست پایه و ولتاژ پایه ی ۱۹ آن از طریق رفرنس ولتاژ TL431 تامین می شود که با وصل کردن پایه ی ۱ و ۲ TL431 از ولتاژ نامی آن ۲٫۵۶V و جریان ۱mA بهره می گیریم .
جریانی که از TL431 به سمت پایه ی نوزده ADC می رود ۱۰۰تا ۲۰۰ میکرو آمپر است پس مقاومت پایه ی نوزده را ۱۵۰ اهم انتخاب می کنیم چون در برابر عبور جریان افت ولتاژ کمی دارد .در کالیبره کردن دستگاه پتانسیومتر را تغیر می دهیم تا آنجا که ولتاژ ۱٫۲۸ ولت روی پایه ۱۹ ADC بیافتد.
۳-۲ ) MCU
از میکرو کنتلر ۸ بیتی AT89C51 از خانواده MCS5X ساخت شرکت Atmel برای پردازش عملیات منطقی استفاده می شود .
MCS5X با استفاده از پایه های کنترلی ADC دیتای ورودی ( خروجیADC) را از پورت ۱ می خواند و با استفاده از سیستم محاسبه خطایی که برای آن تعریف کردیم پس از رفع خطای محاسبه ی AD8307 ،آن را بر روی LCD متصل به پورت صفر نمایش می دهد . کلید شستی گزینش منوی مورد نظر به پین ۴ پورت C و Buzzer نیز به پین P3.5 متصل است .Pull Up کردن پورت های ورودی و خروجی MCS5X نیز ضروری است . انتخاب کریستال خارجی میکروکنترلر با فرکانس تولیدی ۱۲MHZ از این جهت بوده که فرکانس غالب بخش دیجیتال تا حد امکان کم باشد و از آنجا که هر MCS5X ای درون خود تقسیم کننده ی ۱۲ مگاهرتزی دارد و در نهایت میکرو کنترلر با سرعت یک میلیون در ثانیه محاسبات را انجام می دهد .