AVR FA-NWT Clone mit zwei log. Messköpfen

  • Hallo Forum,


    ich habe mich entschlossen einen FA-NWT Clone mit zwei log. Messköpfen auf Basis vorhandener Hardware auf zu bauen.
    Die eingesetzte Firmware ist mit der von Andreas, DL4JAL FW1.19 kompatibel, so dass man einfach die PC Software LinNWT oder WinNWT nutzen kann.


    Als Basis werde ich schon vorhandene Teile/ Baugruppen verwenden:
    * DDS-60 Kit from the AmQRP - AD9851 max. 60Mhz


    * 2x log. Detektoren, hier kommen meine _intelligenten_ AD8307 Messköpfe mit attiny85 zum Einsatz.
    Dadurch werden die gemessenen Leistungen nicht mehr analog zur Hauptrechner übertragen, sondern können digital über verschiedene serielle Datenformate und Protokolle übertragen werden.


    * Als Rechnerplattform wird es voraussichtlich ein Gscheiduino (Arduino™/Genuino™ Clon) von eHaJo werden.
    Damit konnte ich in den letzten Wochen schon etwas experimentieren, so spare ich mir eine eigene Entwicklung.


    * Darauf werde ich ein "Proto Shield REV3.1, Prototyping Shield für Arduino" setzen und den DDS aufsetzen.


    Wenn ihr weitere Ideen oder Anregungen haben solltet, dann freue ich mich auf eine Rückmeldung.


    Bilder vom log. Messkopf AD8307 mit attiny85 findet ihr im Anhang.


    Link
    [1] http://www.dl4jal.eu/hfm9.htm
    [2] http://midnightdesignsolutions.com/dds60/
    [3] http://www.ehajo.de/baus%C3%A4…enuino%E2%84%A2-clon.html
    [4] http://www.rtk-service.de/shop…D=2188&ref=sg_Bausatz.htm
    [5] http://www.funkverleih.de/pdf/DDS400.pdf

  • Hallo Uwe,



    Schöne Platine für den Log. Detektor.


    Hast Du auch mal daran gedacht den Bereich zu kleinen Signalen hin
    zu erweitern, durch Vorschaltung eines Vorverstärkers?


    Mit 15-20dB könnte man jenseits der 100dBm kommen.


    Ich selber habe einige NE5211 od. SA5211 zur Hand, die ich vor einen
    AD8307 schalten möchte.


    Diese Transimpedanz-OPVs haben eine Transitfrequenz > 180MHz und
    wären zumindest gut für den KW Bereich unterhalb 30MHz einsetzbar.


    Man kann natürlich modernere (aber auch teurere) ICs für diesen Zweck
    verwenden um die ganze Bandbreite des AD8307 zu nützen, aber für
    erste Versuche ist der o.g. IC hinreichend gut.


    Er hat den Vorteil, dass er einen differentiellen Ansgang besitzt und man
    damit beide Eingänge (INP/INN) des AD8307 verwenden könnte.


    Damit spart man sich einen Übertrager und wäre trotzdem von
    Masse-Störungen , zumindest in der zweiten Reihe geschützt.


    Was hälst Du von dieser Idee.


    vy73
    Markus
    DL8MBY

  • Mit 15-20dB könnte man jenseits der 100dBm kommen....


    Wie soll das funktionieren?
    Der AD8307 hat eine Mess-Dynamik von ca 90dB, davon ca 60dB ziemlich linear. Die Designer von Analog Devices haben schon ein Optimum aus ihrem Log-Detector rausgeholt. Mit einem 20dB Vorverstärker erhöht man ja nicht die Dynamik um 20 dB, sondern man verschöbe die Skalierung nur nach unten. Die untere Grenze wird jedoch durch das Breitbandrauschen bestimmt, die obere Grenze durch den Kompressionspunkt des AD8307


    Ich bezeifle zum Einen, das es gelingt, einen so glatten 15 oder 20dB dB Vestärker bis 600 MHz in Messgerätequaltität zu entwickeln, der die Messgenauigkeit des AD8307 nicht signifikant verschlechtert. Und zum Anderen müsste ein derartiger Verstärker selbst eine beträchtlich höhere Dynamik als der AD8307 aufweisen, sonst schränkt er dessen Mess-Dynamik ein. Und dann ist noch das Problem des breitbandigen Rauschens das ja auch um 20dB verstärkt wird und damit den Messbereich des nachgeschalteten AD8307 nach unten hin einschränkt.


    73
    Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

  • Hallo Günter,


    ich habe vor einigen Jahren bereits eine AppNote von AD gesehen, in der
    das Zuschalten eines breitband OPVs ADxxx mit Verstärkungsregelung vor
    dem LogAmp eine Empfindlichkeit bis 120dBm ermöglichte.
    Natürlich ist dann der AD8307 schneller am Anschlag entsprechend der
    Verstärkung des Vorverstärkers.
    Man muss jedoch in Betracht ziehen, dass es sich um eine Schmalbandige
    Schaltung gehandelt hat, die nur für eine ZF bei 9 od. 10,7 MHz vorgesehen
    war und natürlich eine wesentlich kleinere Nutzbandbreite hatte.


    Meine Bandbreite soll ja erst unterhalb 30MHz liegen also um Faktor 15 geringer
    wie die möglichen 500MHz.
    Was jetzt ein VV wie der PGA103 mit 20-25dB vor dem AD8307 bei 0,8dB
    Rauschzahl auf die gesamte 500MHz Bandbreite bringen würde habe ich mir
    noch nicht im Detail klargemacht.


    Dennoch denke ich, dass man an die -100dBm Empfindlichkeit kommen kann
    und natürlich für großere Pegel auf einen anderen LogAmp ohne VV umschalten
    muss um auch an die obere Pegel-Grenze von +10dBM zu kommen.


    Liege ich mit meinen Annahmen nicht richtig?


    vy73
    Markus
    DL8MBY

  • Liege ich mit meinen Annahmen nicht richtig?


    Erst einmal wird mir klar dass du mit "jenseits der 100dBm" eine Detektor-Empfindlichkeit von weniger als -100dBm meintest.


    Schmalbandig (<200kHz Bandbreite) ist das vielleicht hinzubekommen. Aber was will man mit einem schmalbandigen Leistungsmesser für Nanoleistungen an einem Breitband-Netzwerktester wie dem FA-NWT?


    Für diesen Zweck ist doch ein kalibrierter Messempfänger wie z.B. ein SDR oder ein Spektrum Analyzer mit wählbaren Messbandbreiten besser geeignet.


    73
    Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

    Edited once, last by DL4ZAO ().

  • Danke Markus und Günter,


    für eure Beiträge und Gedanke. Klar kann man das diskutieren und ich kenne auch das Datenblatt des AD8307 die Analog Application Note AN-691.
    Siehe Figure 42. 120 dB Measurement System
    # http://www.analog.com/media/en…on/data-sheets/AD8307.pdf
    # https://hackaday.io/project/16…0db-rf-measurement-system
    # http://www.analog.com/media/en…lication-notes/AN-691.pdf


    Mein Ziel ist es im Augenblick den Aufwand klein zu halten und nur vorhanden Baugruppen aus anderen Projekten zu verwenden.
    So kann es mal ein Projekt für einen Fieldday oder einem Bauwochenende im OV Gießen oder den Nachbar OV Wetzlar bzw. Marburg geben.


    Dann muss ich mir noch Gedanken um einen Nachbau sichere Messbrücke (KW, VHF) mit SMA-Anschlüssen machen und wir hätten die Möglichkeit den "neuen" OM in den Ortsverbänden den Einstieg in die HF-Messtechnik zu erleichtern.


    Meine Client-Messköpfe mit AD8307 laufen nun mit einem seriellen Protokoll mit 9600 Bit/s 8,N,2 und es können per Jumper zwei Client IDs , auf der oben dargestellten Hardware, ausgewählt werden.
    Per Software wird jeweils ein Open-Collector-Ausgang generiert, so dass beide oder weitere Client-Messköpfe an einem seriellen Datenbus, im Augenblick mit HCMos Pegel (+5V), hängen können.


    Die AD8307 Messköpfe haben am Eingang auch ein 3dB Dämpfungsglied erhalten, dies sorgt für eine weiter verbesserte Eingangsanpassung an 50R bei hohen Frequenzen. Danke dafür Rainer, DM2CMB.

  • Hallo,


    ich habe gerade die Baumappen des FA-NWT01 und FA-NWT-U durch gesehen und festgestellt, dass man als RC Kombination am Ausgang des AD8307 einen 1nF Kondensator verwendet. Ich hatte 100nF für einen Leistungsmesser vorgesehen, so dass ich nun dieser Vorgabe folge.


    Mein beiden log. Messköpfe AD8307 habe ich gerade umgerüstet.
    Als Referenzspannung wird die interne Bandgrap Referenz mit ~2,56V eingesetzt.
    Die Absolute Spannung spielt hier keine große Rolle, da es nur um die Rauschfreiheit und Stabilität ankommt.
    Die log. Messköpfe AD8703 werden ja über zwei Messpunkte mit 0dB und 40dB Dämpfung im Wobbelmodus abgeglichen.
    Im Modus Leistungsmessung ist es ähnlich, hier sieht Andreas, DL4JAL in der LinNWT/ WinNWT PC-Software einen Abgleich mit einem mW Kalibrator vor.


    Ich habe mir zwei mW Kalibratoren aufgebaut, "Kalibrator nach Dl7AV" nach OM DL2KHP, mit f = 3,5795Mhz und f =10,0MHz, aufgebaut.

  • Hallo,


    vielleicht arbeiten einige von Euch mit einem Atmel AVR µC, dann ist euch sicherlich im Datenblatt der Abschnitt ADC Messung im "17.7 ADC Noise Canceler" bekannt.


    Mein Programm führt 8 aufeinander folgende ADC-Messungen im Modus adc noise reduction durch und reagiert so auf eine Messanforderung des Master AVR Controllers.
    Da außer dem ADC-Messung nur die serielle Datenkommunikation des Messvorgang unterbrechen könnte, wird eine ADC-Messung nur durchgeführt, wenn keine Datenübertragung stattfindet.


    Betrachten wir die Rauschleistung bei offenem Eingang und die Messwerte meines mW Kalibrator bei -0,3dBm und -50,2dBm.
    Es sei angemerkt, dass der AD8307 Messkopf noch offen, neben einem USB-Seriell-Wandler FT232RL liegt.


    Ich zeige hier die ADC-Messwerte des AD8307 Messkopfs auf:
    * -0,3dBm -- 0874 ADC
    * -50,2dBm -- 0356 ADC
    * offener Eingang -- 0083 ADC


    Mit Hilfe der 2-Punktgleichung können wir den zu 0083 gehörigen Leistungswert in dBm berechnen.

    Quote

    f(x) = (y1-y0) / (x1-x0) * (x-x0) + y0


    Hier nun die zugehörige Bezeichnung - Messwert.
    (x1|y1) = (0874|-0,3dBm)
    (x0|y0) = (0356|-50,2dBm)

    Quote

    f(x) = (-0,3+50,2) / (0874-0356) * (x-0356) -50,2 [dBm]
    f(x) = 49,9 / 518 * (x-0356) -50,2 [dBm]


    Nun haben wir eine geschlossene Formel f(x) und können die Leistung für den ADC-Messwert 0083 berechnen:

    Quote

    f(0083) = 49,9 / 518 * (0083-0356) -50,2 [dBm]
    f(0083) = -76,50dBm


    Wie wissen nun, dass der ADC-Messwert 0083 -76,50dBm entspricht.


    Setzten wir nun einen Vergleich mit meinem FA-NWT01 und einer Messung bei offenem Eingang entgegen, so liegt die Messkurve bei ca. -83dB.
    Der FA-NWT01 liefert ca. +5dBm Ausgangsleistung am Generatorport.
    Dadurch liegt die 0dB Linie im LinNWT Programm auch bei ca. +5dBm.
    Somit ergibt sich eine Rauschleistung des FA-NWT01 für einen offenen Eingang von ca. -78dBm.


    Die gemessene Rauschleistung bei offenem Eingang und unabgeschirmten AD8307 Messkopf liegt bei -76,50dBm. Nicht schlecht wie ich finde.

  • Die gemessene Rauschleistung bei offenem Eingang und unabgeschirmten AD8307 Messkopf liegt bei -76,50dBm. Nicht schlecht wie ich finde.


    Find ich auch!


    Denn man muss sich vor Augen halten: Die thermische Rauschleistung an 50 Ohm beträgt -174dBm/Hz.
    Bei 500 MHz Bandbreite erhöht sich die thermische Rauschleistung um 10 log Bandbreite = 10 log 500MHz = 87dB.
    Das theoretische Grenze durch das thermische Rauschen allein bei BW=500MHz beträgt demnach -174 dBm/Hz + 87dB = -87dBm


    73
    Günter

    "For every complex problem there is an answer that is clear, simple, and wrong" (H.L. Mencken)

  • Hallo Forum,


    die erste Testversion des AVR FA-NWT Clone, mit meinem Messkopf: einem log. Detektor AD8307, habe ich am laufen.


    Im Laufe der Softwareentwicklung musste ich von der seriellen Datenübertragung mit 9600 Bit/s, bzw. 19200 Bit/s 8,none,1 zwischen FA-NWT Master und dem Messkopf AD8307 Abstand nehmen. Die Datenübertragung war zu langsam, so dass die LinNWT Software eine Timeout hat. Ich wollte LinNWT nun auch nicht weiter Patchen.
    LinNWT wurde bisher nur um weitere Unix Devices /dev/ttyACM0 bis /dev/ttyACM3 ergänzt.
    Die Quellen dazu wird Andreas, DL4JAL auf seiner Webseite bereitstellen.


    Das aktuelle Datenprotokoll ist im Anhang zu finden. Es basiert auf zwei Datenleitungen, einem Datensignal und einem bidirektionalen Clocksignal.
    Der Master toggelt das Clocksignal 100µs, dadurch weis ein Messkopf AD8307, dass er mit einer ADC-Wandlung beginnen soll.
    Danach überträgt er 10 Bit Daten serielle durch das toggelt des Clocksignals an den Master. Das Timing des Clocksignals ist noch nicht ausgereizt und liegt im Moment bei einer Zykluszeit von 100µs = 50µs (low) + 50µs (high).


    Nun habe ich meinem AVR FA-NWT Clone mit LinNWT auf meinem Linuxrechner in Betrieb und konnte eine FA-NWT Clone Kalibrierung mit meinem 0dBm Kalibrator durchführen.
    Und anschließend eine Überprüfung meiner vorherigen Messung, siehe Beitrag oben, durchführen.
    Auf dem Bild dieser Messungen sehen wir drei Messkurven.
    a) die 0dB Linie bei -0,3dBm,
    b) die -50dB Linie bei -50,2dBm und
    c) bei -76,6dB eine Linie mit mit 50Ohm abgeschlossenem Eingang des Messkopfs AD8307.