В предыдущей части статьи рассказывалось о технических характеристиках, программном обеспечении и примерах исследования сигналов с помощью анализатора спектра SA6, клона анализатора Arinst SSA-TG R2. Данный анализатор спектра предлагается китайскими продавцами на площадке "Aliexpress".
Внешний обзор и пробные измерения проведены, ПО освоено, гарантии как таковой нет, да еще и присутствие "паразитных сигналов" подталкивает к более детальному рассмотрению предмета обожания изнутри. Так, сказать, "У не внутре... гм... не... неонка" ("Сказка о тройке", Стругацкие).
Вскрытие "пациента" не должно вызвать сложностей - отвинчиваем винты под "крестовую" отвёртку, снимаем фальшь-кнопки, если надо - откручиваем крепёжные гайки разъёмов SMA (на всякий случай Рисунок 1).
При разборке в моём случае оказались заусенцы на корпусе в зоне "окна" под экран - "словил" царапины на плёнке тачскрина (отмечено жёлтыми стрелками на рис. 1).
На Рисунке 2 анализатор спектра "SA6" в разобранном виде - красными стрелками показано отсутствие крепёжных винтов платы дисплея, плата односторонняя и выполняет функции экранирования, так же следует обратить внимание на качество контакта между токопроводящим слоем платы дисплея и винтами, если нужно зачистить и подложить шайбы.
Конструкция корпуса анализатора спектра простая - фрезерованный алюминиевый "корпусной профиль", боковые стенки. Основная плата является несущей, плата дисплея крепится на монтажных винтовых стойках. С обратной стороны платы приклеен аккумулятор (3.7 В, 3000 mAh). Платы вставляются в корпусной профиль по направляющим (Рисунок 3).
Вот только если со стороны ВЧ разъёмов плата дисплея попадает в направляющие и имеет опору, то со стороны кнопок несущая плата опирается на аккумулятор (жёлтые стрелки), то есть при нажатии кнопок "давим" на аккумулятор. Так же хорошая покраска корпуса вносит свои неприятности - нет контакта между частями корпуса (боковые стенки), нет контакта между земляными шинами несущей платы (жёлтые стрелки) и направляющими корпуса. По крайней мере в моём приборе это так (Рисунок 4).
На плате маркировка: SA7 2023.2.22 (версия?) и 20240417 (дата производства?), можно только гадать, что это обозначает.
Надо отметить, что в моём экземпляре прибора не были установлены экраны над выходными цепями и следящим генератором (на Рисунке 4 хорошо видна шелкография для расположения экранов и места для пайки).
Размещение основных функциональных частей схемы на плате показано на Рисунке 5.
Плата нормально отмыта от флюса, кроме мест установки разъёмов, кнопок.
На плате есть не распаянный разъём J1 для "работы" с микроконтроллером (JTAG&SWD). К сожалению, на просторах интернета так и не нашлась прошивка для данной конструкции, "слить" не пробовал (что-то мне подсказывает, что такая возможность закрыта, и отсутствие прошивки останавливает меня от обновления, хотя "железо" совпадает полностью с оригиналом...). Если у кого найдётся прошивка, буду очень благодарен.
В статье будут использоваться скриншоты и фотографии разных режимов работы с анализатором спектра.
На Рисунке 6 показан график измерения влияния выходных цепей следящего генератора на входные цепи анализатора ("Развязка" между входными и выходными цепями).
"Развязка" уменьшается с 95 (110-15) дБ на частоте 40 МГц до 55 (70-15) дБ на частоте примерно 1450 МГц, далее снижается до 31 (46-15) дБ на частоте 5916 МГц.
Конструкция печатной платы, наличие и конструкция экрана, и конструкция корпуса анализатора спектра определяет качество "развязки". В конструкции платы предприняты шаги по увеличению уровня "развязки" - сделана прорезь между размещением входных цепей и цепей следящего генератора (Рисунок 7), но не установлены экраны.
Основную работу по "считыванию с железа" схемы анализатора спектра выполнил участник форума https://forum.cxem.net/ (ссылка на тему) под псевдонимом "Скептик". Ваш покорный слуга исправил некоторые неточности в принципиальных схемах и только. В данной статье приведу описание только схемы входных цепей анализатора спектра и схему выходных цепей следящего генератора. На Рисунке 8 фотографии (извиняюсь за качество) входных цепей анализатора спектра и синтезатора частоты.
Принципиальная схема входных цепей анализатора спектра приведена на Рисунке 9 (может содержать ошибки и нелепости!).
Сигнал с входного разъёма поступает на управляемый (управляется по шине SPI) аттенюатор U7 (HMC624), с выхода аттенюатора на малошумящий широкополосный усилитель U8 (TQP3M9008). Надо заметить, что "паспортная" рабочая частота усилителя до 4 ГГц, далее падение усиления значительное ("завал" после 4 ГГц хорошо виден на графиках, представленных в первой части обзора, а до 4ГГц усиление меняется от 22 дБ до 16 дБ....). В оригинале (Arinst SSA-TG R2) в качестве усилителя использовался широкополосный малошумящий усилитель HMC313 от ADi с полосой до 6 ГГц и достаточно "линейный" в диапазоне рабочих частот (16 дБ усиление, +-2 дБ). После усиления сигнал приходит на вход RF широкополосного смесителя U9 (ADL5801). Напряжение смещения Vset выставлена жёстко 2.5 В, сигнал среднеквадратичного детектора для регулировки при высоком входном сигнале не используется. Ток потребления в таком режиме в соответствии с технической документацией около 105 мА. На вход LO подаётся сигнал с гетеродина, выполненного на синтезаторе MAX2871. Надо обратить внимание - встречаются приборы как на MAX2871, так и на совместимом синтезаторе MAX2870. Последний обладает худшими параметрами и ограниченной функциональностью - как это отражается на характеристиках анализатора спектра - сказать не могу, но явно не в лучшую сторону. Управляется синтезатор по SPI интерфейсу. С выхода IF смесителя сигнал промежуточной частоты (ПЧ) частотой 10.7 МГц через полосовые фильтры U11A и U12A подаётся на вход дифференциального усилителя U15. Полосовой керамический фильтр применённый в схеме, типа LTCV/LTCA10.7MA5 (по крайней мере так он маркируется на Aliexpress), полоса пропускания 280 кГц (по -3дБ), что не соответствует заявленной полосе 200 кГц в характеристиках прибора. С выхода усилителя U15 (+23 дБ примерно) через полосовые фильтры U15A и U16A сигнал поступает на вход логарифмического усилителя U17. С выхода усилителя сигнал подаётся на вход АЦП микроконтроллера U3 (STM32F405VGT6).
Сигнал с тактового генератора Y1 частотой 40 МГц делится с помощью дросселей (!???). Вот я не силён в вопросе деления тактовых сигналов для цифровой техники, но мне казалось, что должен быть резистивный делитель, да и конденсаторы по выходу (около 330 пФ) смущают.... но на плате явно написано - FB = ferrite bead - дроссель... (индуктивность около 2.5 мкГн). Кто в курсе - просветите, ведь на выходе такого делителя сигнал будем малым (по расчётам, при входном размахе 3.3 В на выходе не более 0.5В.....), по форме далеко не "красавец". Может в этом кроется причина наличия паразитного "сифона" с тактового генератора?
Для анализа входных цепей на предмет "перегрузки" использовалась программа ADIsimRF от ADi старой версии (Рисунок 10). Версия расчёта автора может содержать неточности, носит несколько "теоретический" характер, но результаты совпали с реальными измерениями.
При аттенюаторе 0 дБ IP1dB входных цепей анализатора спектра равно -21.2 dBm, учитывая рекомендации о снижении уровня на 5 дБ для гарантированной работы в линейном участке зависимости выходного уровня от входного, уровень входного сигнала должен быть ниже -26.2 dBm. Если выставить аттенюатор анализатора спектра на 11 дБ, уровень входного сигнала должен быть не более -15 dBm (вторая иллюстрация Рисунка 10). На Рисунке 11 приведена зависимость уровня выходного сигнала от входного для логарифмического усилителя AD8307, используемого в анализаторе спектра. При частоте 10 МГц характеристика вполне линейна практически до +16 дБ (совпадает с цифрой из документации на усилитель), но на практике получилось при измерении значение около +11 дБ, а на другом экземпляре с "Aliexpress" +6 дБ.... так, что лучше считать входным уровнем, ниже которого анализатор спектра работает без искажений значение около -30 дБм при аттенюаторе 0 дБ.
Обратите внимание - выше +16 dBm (по документации) на входе AD8307 выходное напряжение усилителя начинает снижаться (график зависимости ошибки от входного уровня сигнала Рисунок 12).
Верхний предел мощности измеряемого сигнала с увеличенной ошибкой измерения до +4 дБм (до +8.7 дБм с возрастающей ошибкой) при аттенюаторе 30 дБ.
Выше приведённые цифры проверены на практике и совпадают с "скелетным" расчётом входного тракта анализатора спектра.
Абсолютное максимальное значение входной мощности, приведённые в характеристиках, +10 дБм при аттенюаторе 0 дБ, и +20дБм при аттенюаторе 20 дБ являются максимальными, будьте осторожны при работе с передатчиками и генераторами.
При сомнениях в уровне выходной мощности исследуемого источника, ставьте внешний аттенюатор.
При работе в режиме анализатора спектра аттенюатор меняет значения автоматически при изменении параметра "reference amplitude" (или при "прокручивании" вертикальной шкалы). При включении генератора в следящий режим нужно выставить значение аттенюатора вручную.
На Рисунке 13 приведён результат измерения сигнала внутреннего генератора частотой 1000 МГц и мощностью -15 dBm.
Полоса пропускания по уровню -3 дБ получается около 270 кГц, что, в принципе соответствует маркировке на установленных полосовых фильтрах, и не соответствует заявленным характеристикам. Высокий коэффициент прямоугольности, это тоже не хорошо - для анализатора спектра АЧХ избирательного фильтра всё таки должна быть ближе по форме к гауссовой функции.
При значениях затухания аттенюатора менее 12 дБ происходит "перегрузка" входных цепей анализатора, выражается в занижении значений измерения мощности сигнала, и визуальном "спрямлении" графика (Рисунок 14).
Следящий генератор построен на так же на синтезаторе MAX2871 (MAX2870).
Принципиальная схема выходных цепей следящего генератора анализатора спектра показана на Рисунке 16.
На Рисунке 17 измерение выходного уровня следящего генератора в зависимости от частоты, использовалось программное обеспечение для ОС Windows 10.
В режиме измерения S21 отображается значение с учётом входного аттенюатора - в данном случае -15 дБ. В результате значение -15дБм - 15 дБ = -30 дБм (отмечено стрелками). Более менее равномерно около -30дБм уровень генератора до 2870 МГц. Далее "странные" колебания уровня. Вот тут есть "большая метрологическая засада" - на Рисунке 18 та же зависимость, только в автономном режиме.
Как можно наблюдать по маркерам, показания разные..... на следующем Рисунке 19 измерения, проведённые с использованием программного обеспечения для ОС Android.
При тех же равных условиях "цифры" на маркерах другие...
В оригинальном варианте анализатора спектра "подвирало" программное обеспечение для ПК и для Android.
Функция "нормализации" исправляет ситуацию, но всё таки хотелось бы иметь более "ровную" амплитудно-частотную характеристику тракта "сигнал следящего генератора - входные цепи анализатора" и правдивые показания в программном обеспечении для ПК и для Android.
На Рисунке 20 результат измерения амплитудно-частотной характеристики аттенюатора 20 дБ с использованием анализатора спектра.
График АЧХ аттенюатора вполне достоверен и совпадает с измерением выполненным на другом приборе (аттенюатор с "Aliexpress").
В анализаторе спектра применён микроконтроллер STM32F405VGT6, достаточно производительный для комфортной работы с анализатором спектра.
Дисплей (Рисунок 21) промаркирован как CL32BC1018-40A, по диагонали 3.2", разрешением 320х240 точек, предположительно на контроллере ILI9341.
Контроллер сенсорного резистивного экрана - XPT2046.
Аккумуляторная батарея, установленная а анализаторе спектра, в моём случае ёмкостью 3000 mAh напряжением 3.7 вольта (Рисунок 22).
Надписи на аккумуляторе "поплыли" при не аккуратной промывки мест пайки от флюса спирто-бензиновым раствором.
Ну и повторюсь - наличие "паразитного" сигнала крайне неприятная неисправность данной конструкции (Рисунок 23).
Как исправить ситуацию и "вылечить" анализатор спектра от "паразитов", бог даст, опишу в следующей статье.
Краткие выводы: крайне простая конструкция корпуса, минимизированные размеры печатной платы, желание сэкономить на экранах и "разнесении" цифровых частей схемы и аналоговых, вносят в работу анализатора спектра отрицательные моменты - низкая развязка входных и выходных цепей, наличие "паразитных" сигналов, низкий уровень экранирования. Так же есть проблемы с "метрологией", до полноценного измерительного прибора данный анализатор "не дотягивает". Так же фиксированная полоса избирательного фильтра в некоторых случаях не даёт возможности исследовать спектр с необходимой точностью. Но есть и положительные моменты - соотношение характеристики/стоимость, наличие полноценных программ для работы под Wndows, Linux, Android, хорошая функциональность встроенного (автономного) программного обеспечения, хорошее "быстродействие" и время автономной работы (более 3 часов). Наличие генератора и режим следящего генератора является хорошим достоинством прибора.
Статьи о анализаторе спектра "SA-6":
"Лечение" крайне неприятной неисправности анализатора спектра "SA-6"
P.S. В обзоре не сказанно ни слова про функцию калибровки. Это упущение, которому постараюсь посветить маленькую статью в будущем (спасибо читателю Алексею Гурееву за информацию в комментариях, ссылка).
Спасибо за уделённое время и проявленное внимание.
С уважением.
