OFV con DDS

OFV con DDS
MANUAL DE MONTAJE
www.ozQRP.com
Manual de montaje del OFV con DDS – versión 1.1
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Importante
Por favor, lea el texto antes de comenzar el montaje
PRECAUCIONES A TOMAR CONTRA LA ESTÁTICA
El kit de Oscilador de Frecuencia Variable (OFV) con Sintetizador Digital
Directo (DDS) contiene varios componentes que pueden dañarse por
una descarga electrostática:
•
El circuito integrado del DDS está ya soldado al circuito impreso,
que se envía en una bolsa antiestática.
•
El microcontrolador ya pre-programado y que se envía en una
bolsa antiestática.
No extraiga los componentes de sus bolsas de protección antiestática si
antes no ha tomado precauciones para evitar las descargas de estática.
•
Si le es posible, use una muñequera anti-estática y un tapiz
especial conductor. Estos accesorios se pueden comprar en
distribuidores de electrónica.
•
Si no dispone de ellos asegúrese de haberse descargado
completamente tocando una superficie metálica puesta a tierra.
•
•
Evite tocar directamente las patillas de los dispositivos.
Asegúrese que su soldador tiene la punta conectada a masa.
Manual de montaje del OFV con DDS – versión 1.1
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Índice
1
2
3
4
5
6
7
8
Introducción
Descripción del circuito
Lista de componentes
Montaje
4.1
Información general
4.2
Montaje paso a paso
Comprobación
Configuración
6.1
Explicación de las opciones
6.2
Procedimiento de programación
Operación
Opciones
4
5
7
8
8
8
11
11
11
12
13
14
Lista de imágenes
Imagen 1
Imagen 2
Imagen 3
Diagrama del circuito
Disposición de componentes
Visualizador LCD durante la operación
Manual de montaje del OFV con DDS – versión 1.1
6
10
13
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1 INTRODUCCIÓN
El OFV con DDS se ha diseñado para acompañar a la placa del transceptor MST, aunque
puede ser utilizado con cualquier otra radio de conversión directa o superheterodina. Es muy
fácil de usar pues tiene un único mando aunque incluye opciones avanzadas. Existe un kit
parcial que contiene el circuito impreso con el circuito integrado del DDS ya pre-soldado así
como los componentes más difíciles de encontrar. Usted solo necesitará unos pocos
componentes baratos y una hora de su tiempo para tener su nuevo OFV con DDS listo para
usar.
Características del OFV con DDS:
1. Frecuencia estable -¡sin deriva!
2. Fácil de usar con un mando por codificador rotativo con un interruptor por pulsador.
3. Visualizador LCD de 2 líneas de 16 caracteres muy luminoso. Puede usarse con un
visualizador sin retroiluminación para reducir el consumo si así se desea.
4. Rango de frecuencia de salida de 1 a 10 MHz.
5. Saltos de frecuencia seleccionables de 1 kHz, 100 Hz o 10 Hz.
6. Mando de bloqueo de la sintonía.
7. Se visualiza la tensión de alimentación.
8. Frecuencia intermedia programable. Permite conseguir que la frecuencia mostrada
coincida con la frecuencia de transmisión.
9. Desplazamiento de frecuencia intermedia (FI) programables:
◦ Minus (Menos) – la frecuencia de salida del DDS es la frecuencia de FI menos la
frecuencia mostrada.
◦ Plus (Más) - la frecuencia de salida del DDS es la frecuencia de la FI más la
frecuencia mostrada.
◦ Rev (Reversa) - la frecuencia de salida del DDS es la frecuencia mostrada menos
la frecuencia de FI.
◦ None (Ninguna) – la frecuencia de salida del DDS es la misma que la frecuencia
mostrada. Usada en aplicaciones como generador de frecuencia o para receptores
de Conversión Directa.
10. Consume unos 80 mA a 13.8 Vcc (incluida la retroiluminación del visualizador LCD).
11. Señales espurias por debajo de -45 dBc.
12. Salida típica (sobre 200 Ω) de 300 mV p-p senoidal.
13. Circuito impreso a doble cara de gran calidad con plano de masa, taladros
metalizados, máscara de soldadura y serigrafía de componentes.
14. Simple y fácil de montar usando componentes de patillas excepto un circuito
integrado SMD. Para ayudar a los constructores el circuito impreso se suministra con
el circuito integrado SMD ya pre-soldado.
Los circuitos impresos y una serie de kits conteniendo los componentes difíciles de
conseguir tanto del OFV con DDS como del transceptor SSB MST se pueden obtener en
www.ozQRP.com .
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2 DESCRIPCIÓN DEL CIRCUITO
El circuito integrado U2 es un sintetizador digital directo (DDS) de Analog Devices AD9834 y
forma en núcleo del OFV con DDS. Un módulo oscilador a 50 MHz suministra el reloj patrón
y permite obtener un rango de salida útil de hasta un cuarto de dicha frecuencia o 12.5 MHz.
El DDS va controlado desde el microcontrolador U1 por un bus en serie de 3 hilos. El
microcontrolador es un Atmel ATmega8 y funciona con un reloj interno de 8 MHz lo que evita
el uso y el gasto en un cristal externo.
Un codificador rotativo produce señales en cuadratura cuando se gira; una linea es
inyectada en la entrada de interrupción del microcontrolador y se convierte en la entrada de
referencia. Una vez que se detecta una interrupción se comprueba el estado de la otra
entrada, determinando así la dirección de giro. El codificador rotatorio lleva también un
interruptor de tipo pulsador que se usa para varias funciones que se describen más
adelante. U1 lleva incorporados resistores "pull-up" en las entradas del codificador para
mantenerlas normalmente en estado alto; los condensadores C7 y C8 se encargan de filtrar
los rebotes de la conmutación.
El microcontrolador tiene un convertidor analógico-digital (ADC) interno que usa la línea de 5
V como referencia. El ADC mide la tensión de alimentación vía un atenuador resistivo
formado por R5 y R6. El valor calculador se muestra en el visualizador LCD durante el uso.
Otras dos entradas, una analógica (A) y otra digital (D) se han incluido en el circuito impreso
pero en la versión del software actual no se utilizan. El circuito impreso también incluye un
conector ISP para permitir futuras actualizaciones del software sin tener que quitar el
microcontrolador de su zócalo.
Muchas de las patillas restantes de U1 se dedican a comandar el visualizador LCD en el
modo de 4 bit. R9 ajusta la corriente de la retroiluminación y se puede no instalar si se usa
un LCD que no tenga iluminación. VR1 ajusta el contraste del visualizador LCD y
normalmente ha de ajustarse una única vez durante la etapa de comprobación.
Las salidas del circuito integrado DDS son fuentes de corriente y la salida se convierte en
tensión mediante los resistores R12 y R13 de 200 Ω. El valor máximo de corriente a fondo
de escala y, por tanto, la tensión de salida pico-pico se ajusta mediante el resistor R11 de 5.6
kΩ. La salida se hace pasar a través de un filtro pasabajos simple de tipo Butterworth para
10 MHz con el fin de atenuar componentes de alta frecuencia no deseados.
La tensión de alimentación se regula a 5 V con un regulador de 5 V 1A de tipo 7805 que va
montado plano sobre el circuito impreso, que actúa como radiador de calor.
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Imagen 1
Diagrama del circuito
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3 LISTA DE COMPONENTES
Cantida
d
Comentario
Referencia
2
47 pF 50 V cerámico de disco
C15, C17
1
150 pF 50 V cerámico de disco
C16
1
1 nF 50 V cerámico de disco
C11
3
10 nF 50 V cerámico monolítico
C7, C8, C12
10
100 nF 50 V cerámico monolítico
C2, C3, C4, C5, C6, C9,
C10, C13, C14, C18
1
10 µF 25 V electrolítico
C1
1
39 Ω 1/4 W resistor 1%
R9
1
100 Ω 1/4 W resistor 1%
R8
3
200 Ω 1/4 W resistor 1%
R12, R13, R14
1
5.6 kΩ 1/4 W resistor 1%
R11
5
10 kΩ 1/4 W resistor 1%
R2, R4, R6, R7, R10
3
30 kΩ 1/4 W resistor 1%
R1, R3, R5
1
10 kΩ potenciómetro ajustable horizontal
VR1
1
ATmega8-16PU 28 patillas DIP
U1
1
AD9834BRUZ DDS 20 patillas TSSOP
U2
1
7805 regulador 5 V TO220
VREG1
1
módulo oscilador a cristal de 50MHz - formato "half
size"
XO1
1
Visualizador LCD 16 x 2 con retroiluminación 80 mm x LCD1
36 mm. Winstar WH1602B o equivalente
2
4.7 µH choque moldeado de RF
L1, L2
1
Conector macho 3 patillas x 2 filas paso 2.54 mm
HDR1 (ISP)
1
Codificador rotativo de 11 mm BI Technologies EN11HSB1AF30 o equivalente
RE1
1
Conector en ángulo recto de 4 patillas y paso 2.54
mm
SK1 (PWR)
1
Conector en ángulo recto de 2 patillas y paso 2.54
mm
SK2 (OUT)
4
espaciador de nylon de 12 mm de largo y 3 mm
4
Tornillos de 2.5 mm x 20 mm
4
Tuercas de 2.5 mm
1
Conector macho SIL de 16 patillas
1
Conector hembra SIL de 16 patillas
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4 MONTAJE
4.1 Información general
El OFV con DDS se monta en un circuito impreso de fibra de vidrio de alta calidad. El circuito
impreso es a doble cara con pistas en ambos lados y un plano de masa. Los taladros están
metalizados por lo que no es necesario soldar las conexiones en ambas caras. Para facilitar
el montaje la disposición de componentes se ha serigrafiado en ambas caras y se ha
incorporado una máscara de soldadura para evitar en lo posible puentes de soldadura entre
pistas.
El plano de masa es muy grande y puede disipar mucho calor por lo que se recomienda usar
un soldador de calidad que permita calentar estos planos de masa tan grandes sin perder
temperatura. Usted puede encontrar en algunos casos que parezca que el estaño no ha
fluido correctamente hasta la otra cara. Esto no es generalmente un problema ya que el
taladro metalizado se encarga de realizar esta conexión entre las dos caras.
Otro detalle a considerar es que los taladros metalizados consumen más estaño que las
soldaduras simples y dificulta la extracción de componentes mal instalados.
La lección que debe extraerse de esto es que hay que hacer una doble comprobación
de los valores y la orientación de los componentes instalados antes de proceder a su
soldadura.
No existe un esquema de montaje "ideal" pero el que se propone va montando los
componentes desde los más pequeños hasta los más voluminosos.
4.2 Montaje paso a paso
Fíjese en la Lista de componentes y en la Imagen 2 cuando vaya a instalar los
componentes.
Paso 1: Resistores (Resistencias)
En caso de duda compruebe los valores con un polímetro antes de soldarlos. Pase los
rabillos de las patillas desde la parte superior a la inferior y dóblelos ligeramente en la parte
inferior para mantenerlos en su posición. Invierta el circuito impreso y presione hacia abajo
ligeramente para hacer que los resistores queden a ras de la superficie del circuito impreso y
entonces suéldelos. Corte el exceso de los rabillos con unos alicates de corte para
electrónica. También se puede instalar ahora el potenciómetro de ajuste. No se usa R14.
Paso 2: Choques de RF
No tienen polaridad y pueden ir colocados en cualquier dirección. Asegúrese que están a ras
de la placa antes de soldarlos.
Paso 3: Condensadores
Instale los condensadores tan juntos a la placa como sea posible para reducir la longitud de
las patillas. El condensador electrolítico es el único condensador polarizado, yendo su patilla
positiva apuntando hacia el borde del circuito impreso.
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Paso 4: Zócalo del circuito integrado
A continuación se instalará el zócalo con la muesca orientada hacia el borde derecho del
circuito impreso.
Paso 5: Módulo oscilador a cristal
Asegúrese que la patilla 1 del módulo está orientada hacia la esquina inferior izquierda del
circuito impreso.
Paso 6: Regulador de 5 voltios
El regulador debe quedar a ras de la placa de circuito impreso por lo que es necesario doblar
las patillas del regulador en ángulo recto para que encajen en los agujeros correspondientes.
Insértelo en los agujeros del circuito impreso y asegúrelo con tornillo y tuerca de 3 mm antes
de soldar las patillas.
Paso 7: Conectores
El conector de salida tiene dos patillas en ángulo recto mientras que el de alimentación tiene
4 patillas, también en ángulo recto. Insértelos en el circuito impreso de tal forma que queden
a ras de la placa y suéldelos.
El conector ISP es recto con 2 filas de 3 patillas; las patillas cortas se deben insertar en el
circuito impreso y entonces soldarlas.
El conector para el visualizador LCD es de tipo macho con 16 patillas y va montado por la
cara inversa del circuito impreso, insertando las patillas cortas por la cara de las soldaduras.
Asegúrese que está totalmente inserto y suelde primero las dos patillas de los extremos;
compruebe que forma un ángulo recto con relación al circuito impreso antes de soldar las
patillas restantes.
Paso 8: Codificador rotativo
El codificador rotativo va montado por la cara inversa. Insértelo en los agujeros
correspondientes y compruebe que forma un ángulo recto con relación al circuito impreso
antes de soldarlo. No es necesario rellenar completamente los orificios de montaje en el
circuito impreso con estaño.
Paso 9: Microcontrolador
Extraiga el microcontrolador de su bolsa e insértelo en el zócalo asegurándose que la patilla
1 apunta hacia la esquina superior derecha del circuito impreso, en dirección al control de
contraste. Puede ser necesario estrechar ligeramente las hileras de patillas para que
encajen en el zócalo.
Paso10: Visualizador LCD
Suelde un conector hembra de 16 patillas en la parte trasera del circuito impreso del
visualizador LCD.
El LCD puede entonces montarse sobre el OFV con DDS enchufándolo en el conector
macho de 16 patillas.
Coloque cuatro espaciadores de nylon de 12 mm entre el LCD y el circuito impreso del OFV
en las cuatro esquinas del visualizador y asegúrelos con tornillos y tuercas de 2.5 mm.
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Imagen 2
Disposición de componentes
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5 COMPROBACIÓN
Antes de aplicar tensión compruebe el circuito una vez más. Busque puentes de estaño o
componentes instalados en la dirección equivocada. El rato que dedique a esta tarea puede
ahorrarle muchas frustraciones más adelante.
Una vez que esté satisfecho conecte el OFV con DDS a una fuente de alimentación de entre
8 y 15 V cc. Si la fuente tiene posibilidad de limitar la corriente, ajústelo a unos 200 mA.
Aplique tensión y compruebe que la retroiluminación del visualizador LCD se ha encendido.
Compruebe también con un polímetro que la salida del regulador está entre 4.75 y 5.25 V cc.
La corriente suministrada por la fuente debe ser de unos 100 mA, pero dependerá del
modelo exacto de visualizador que haya instalado y sus características de retroiluminación.
Si las lecturas son muy diferentes de los valores indicados apague inmediatamente la
fuente y busque el problema.
En este momento del ajuste puede que vea o no símbolos en el visualizador LCD. Ajuste el
potenciómetro de contraste hasta que los caracteres se lean correctamente.
Apague la fuente y vuelva a encenderla para poder leer en el visualizador lo primero que
aparece, que es el número de la versión del "firmware". Esto va seguido por la pantalla de
operación.
Como el OFV con DDS no ha sido configurado todavía el visualizador mostrará los valores
por defecto. Estos son una frecuencia de transmisión de 7.1 MHz y un paso de 1 kHz. La
frecuencia FI por defecto es de 10 MHz con un desplazamiento "menos" (Minus) por lo que
usando un osciloscopio o un frecuencímetro podrá verificar que el DDS está generando una
señal sinusoidal de 2.9 MHz de unos 300 mV pico-pico.
6 CONFIGURACIÓN
6.1 Explicación de las opciones
Desplazamiento de FI
Utilicemos como ejemplo un transmisor con un mezclado superheterodino. La frecuencia de
transmisión es el resultado de la mezcla de la FI con la frecuencia del OFV. Si, por ejemplo,
la portadora de la FI es de 10 MHz y la frecuencia a transmitir es de 7.1 MHz entonces la
frecuencia del OFV puede ser:
1. 10 – 7.1 = 2.9 MHz usando un desplazamiento "menos" (Minus)
2. 10 + 7.1 = 17.1 MHz usando un desplazamiento "más" (Plus)
Es importante entender que cuando el OFV con DDS se configura con un desplazamiento de
FI la frecuencia mostrada en el visualizador LCD no es igual a la frecuencia de salida del
DDS.
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Sin embargo, si se quiere usar el OFV con DDS como generador de señal de uso general o
con un receptor de conversión directa el desplazamiento de frecuencia de FI puede
anularse. En este caso la frecuencia indicada en el visualizador será la frecuencia de salida
del DDS.
Frecuencia del TX
La frecuencia TX (de transmisión) es la frecuencia inicial que se lee en el visualizador
cuando se enciende el OFV. El programa del OFV con DDS usa ese valor y el de la
frecuencia de la portadora de FI y el desplazamiento de FI para calcular la frecuencia que
debe generar el DDS.
Frecuencia FI
Para generar una frecuencia de salida precisa usando las ecuaciones antes indicadas se
debe medir la frecuencia de la portadora de la FI y su valor introducido durante la
configuración. Si no se hace así la frecuencia visualizada no coincidirá con la frecuencia
transmitida.
Grabación de la frecuencia después de 30 segundos.
Esta opción permite guardar en memoria EEPROM, de forma automática, la frecuencia de
operación y el salto para que el OFV con DDS retorne a dicha frecuencia cuando se vuelve a
encender el equipo. Esto anula la Frecuencia del TX. La EEPROM permite 100000 ciclos de
lectura y escritura, por lo que para evitar un número excesivo de escrituras en la misma el
proceso de grabación se lleva a cabo cuando se ha producido un cambio en la frecuencia y
después de que haya transcurrido un lapso de 30 segundos. Si en ese período se mueve el
dial no se produce ninguna escritura.
6.2 Procedimiento de programación
Para programar las frecuencias de FI, transmisión y desplazamiento de FI use el siguiente
procedimiento:
1. Mantenga pulsado el mando del codificador y aplique tensión al OFV con DDS.
2. Espere unos 3 segundos hasta que se encienda el visualizador indicando
"Configuration" y suelte el mando.
3. Se mostrará la frecuencia del desplazamiento de FI. Pulsando el mando del
codificador durante menos de 1 segundo se irá saltando entre las diferentes opciones.
Una vez que haya completado el proceso de configuración pulse el mando del
codificador durante más de un segundo y suéltelo.
4. La frecuencia de FI aparecerá en la pantalla y el cursor estará debajo del dígito de 10
MHz. Si gira el codificador en sentido horario aumentará el digito mientras que girar
el codificador en sentido contrario a las agujas del reloj disminuirá el dígito. Pulsando
el mando del botón durante menos de 1 segundo hará que el cursor se desplace
hasta el siguiente dígito. Una vez que haya completado el proceso de configuración
pulse el mando del codificador durante más de un segundo y suéltelo. Tenga en
cuenta que si se ha eliminado (inhabilitado) el desplazamiento de FI esta
pantalla no aparecerá porque no tiene ninguna utilidad.
5. La frecuencia de transmisión aparecerá a continuación con el cursor colocado bajo la
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posición del dígito de 10 MHz. Si gira el codificador en sentido horario aumentará el
dígito mientras que girar el codificador en sentido contrario a las agujas del reloj
disminuirá el dígito. Pulsando el mando del botón durante menos de 1 segundo hará
que el cursor se desplace hasta el siguiente dígito. Una vez que haya completado el
proceso de configuración pulse el mando del codificador durante más de un segundo
y suéltelo.
6. La pantalla sobre Grabación de Frecuencia después de 30 segundos aparecerá a
continuación. Pulsando el mando del botón durante menos de 1 segundo alternará
entre las opciones Sí (Yes) y No (No). Una vez que haya completado el proceso de
configuración pulse el mando del codificador durante más de un segundo y suéltelo.
7. El OFV con DDS almacenará estos valores en una memoria no volátil y volverá a la
operación normal.
7 OPERACIÓN
Encendido
Cuando se enciende el OFV con DDS aparece brevemente en número de la versión del
"firmware". Esto va seguido por la pantalla de operación, tal como puede verse en la Imagen
3.
Imagen 3
Visualizador LCD durante la operación
Sintonía
Para sintonizar el OFV con DDS gire el codificador en sentido horario para subir la
frecuencia y en sentido anti-horario para disminuir la frecuencia. La frecuencia irá variando
en una cantidad igual al valor del Paso (Step).
Pasos de frecuencia
Para cambiar el paso de frecuencia pulse el mando del codificador durante menos de un
segundo y suéltelo. Cada pulsación irá saltando entre los pasos disponibles, que son 1 kHz,
100 Hz y 10 Hz.
Bloqueo de la sintonía (Tuning Lock)
Para bloquear el codificador y evitar que la frecuencia varíe pulse el mando del codificador
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durante más de 1 segundo. En la esquina superior derecha del visualizador se leerá un
mensaje de bloqueo "LOCK".
Para desbloquear vuelva a pulsar el mando del codificador durante más de un segundo.
Visualización de la tensión
La tensión de la fuente de alimentación usada se muestra en la esquina inferior derecha del
visualizador LCD: Se actualiza el valor cada 500 mS. Si la tensión cae por debajo de 8 V se
genera un mensaje de baja tensión (LOW VOLTAGE) para indicar que la tensión es muy
baja para que el equipo funcione correctamente.
8 OPCIONES
Visualizador LCD
El OFV con DDS funciona mejor con un visualizador que tenga retroiluminación. Los
caracteres son brillantes y fáciles de leer en ambientes poco iluminados. Como la
retroiluminación consume una corriente extra, en caso de que se desee minimizar el
consumo se puede utilizar también un visualizador sin retroiluminación. En dicho caso se
puede quitar del circuito impreso el resistor R9 aunque dejarlo instalado no causa ningún
problema.
Si se usa un visualizador LCD con retroiluminación pero no coincide exactamente con el
modelo de la Lista de componentes, puede que sea necesario modificar el valor del resistor
de limitación de corriente de la retroiluminación. Compruebe la hoja de datos de su
visualizador LCD antes de aplicar tensión para determinar el valor correcto del resistor y
cambie R9 si es preciso.
Un visualizador sin retroiluminación puede que sea más fino, por lo que tendrá que tenerlo
en cuenta al realizar el montaje en el panel frontal.
Entradas adicionales
La placa de circuito impreso tiene dos entradas adicionales. Una se ha pensado para medir
una tensión analógica y la otra se ha configurado como una entrada digital. Ambas entradas
pueden manejar tensiones comprendidas entre 0 y 20 V cc como máximo. La versión actual
de "firmware" no utiliza esas entradas por lo que, cuando prepare el cable de alimentación
con el conector de 4 patillas, deberá dejar estas patillas sin conectar.
Mejoras del "firmware"
El circuito impreso tiene un conector ISP de 6 patillas para permitir futuras mejoras del
"firmware".
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