Принципиальные электрические схемы и другое
- Схемы вспомогательных устройств для построения систем приёма спутникового ТВ
- Пассивный разветвитель сигнала. Версия 2.
- H/V-Switch - Разделитель по поляризации на базе реле
- H/V-Switch v2 - Разделитель по поляризации без использования реле +
версия (217кБ)
- 22kHz-Switch - переключатель по пилот-тону 22кГц
- Combo H/V+0/22kHz Switch - Комбинированный переключатель по поляризации и пилот-тону 22кГц
- Приоритетный коммутатор - для управления антенным хозяйством с приоритетом
- Анатомия DiSEqC-переключателей +
3 схемы в PDF (~132кБ)
- Анатомия спутниковых головок Ku-диапазона.
Анатомия DiSEqC-переключателей
Схемы. Принципы.
Разбирая неисправные дисеки, я интересовался, как же работает схема, какие детали применяются, в чем причина выхода из строя дисеков? Основным симптомом неисправности в большинстве случаев было полное отсутствие либо постоянное присутствие на одном, двух или даже всех выходах питающего напряжения, поданного на вход вне зависимости от поданных команд.
- Причины неработоспособности или неустойчивой работы DiSEqC-переключателей:
- Неисправные выходные ключи (обычно в результате короткого замыкания при неосторожном подключении)
- Покрытая окислами и коррозией печатная плата и элементы (в результате плохой герметизации задней крышки)
- Плохая работа транзисторного каскада для усиления-ограничения сигналов 22кГц (зависит от номиналов резисторов или их наличия) на длинном фидере
- Отсутствие электролитического конденсатора по питанию
- Замыкание выводов электролитического конденсатора по питанию и, как следствие, отсутствие питания контроллера
Лидерами по отказам оказались DiSEqC-переключатели 4x1 в маленьком корпусе (с надписью "Super Mini" на наклейке овальной формы). Две последние причины были характерны именно для таких дисеков. Причём очень часто плохая герметизация была из-за того, что плотно закрыться крышке мешал неудачно установленный электролитический конденсатор.
Что касается отсутствия электролитического конденсатора обычно ёмкостью 10мкФ, то работа дисека без него возможна. Но не устанавливать его противоречит общим нормам радиотехнического проектирования.
Можно представить, как будет модулировать питание каскад на транзисторе VT1 при подаче команд учитывая то, что в цепи коллектора VT1 стоит резистор номиналом 2.2кОм,
а питание транзистора и всей схемы осуществляется через резистор 1.5кОм. Конечно же, нужно учитывать и стабилитрон, ток стабилизации которого задаётся именно этим резистором 1.5кОм. Прогнозировать стабильную работу в таком случае не приходится.
В случае переключателей DiSEqC 4x1 основной проблемой была плохая герметизация, вызванная неправильно установленным электролитическим конденсатором. Курс HCM предоставит руководителям знания о правильных методах установки, подчеркнув важность соблюдения стандартов и процедур проектирования. Они также узнают о ценности регулярного технического обслуживания и проверок для предотвращения подобных сбоев.
Во всех разобранных дисеках обнаружено 3 вида управляющих контроллеров
- микросхема с маркировками "EM78153S02", "FEGO 153S", "EdiSatS410", "RV803SN" с одинаковой распиновкой в корпусе SOIC14
- микросхема с маркировкой "HS108N / DWS62K3" в корпусе SOIC8
- OTP-микроконтроллер SN8P1603S фирмы SONIX в корпусе SOIC18 (был обнаружен в дисеке старого образца)
DiSEqC-переключатель с контроллером 3-го по списку типа (SN8P1603S) был самым "серьёзным" из всех, что мне попадались, и был собран по всем правилам, со всеми деталями и полностью соответствовал надписям на лицевой части. Задняя крышка была очень хорошо загерметизирована. Однако перестал он работать из-за того, что через неиспользованный F-разъём проникала влага, в результате чего одна из ножек микроконтроллера просто окислилась и перержавела, из-за чего электрический контакт пропал.
Назначение выводов контроллера DiSEqC:
Если применяется контроллер HS108N / DWS62K3 в 8-ми выводном корпусе, то он установлен на плату, разведённую под контроллер первого типа в 14-выводном корпусе, и установлен так, что его первый вывод попадает на площадку 4. Площадки 3 (DRX) и 8 (DTX) на печатной плате закорочены резистором с сопротивлением 0 Ом. Такой контроллер ну никак не может работать по протоколу 2.0 - у него нет вывода DTX вообще! Тем не менее, производители не стесняются писать на корпусе надпись "2.0".
Ответы на многие вопросы я получил на сайте, на котором находится спецификация протокола DiSEqC, описание и схема тестирующего устройства на микроконтроллере, схема простого переключателя ToneBurst и др.
Информация по протоколу DiSEqC на русском языке имеется на странице Инфо.
[Увеличить]
Принципиальная электрическая схема DiSEqC-переключателя 4x1 на контроллере HS108N / DWS62K3:
[Увеличить]
Принципиальная электрическая схема DiSEqC-переключателя 2x1 на контроллере MC68HC908QT4 (Motorola):
[Увеличить]
Третью по счёту схему я нашёл на сайте фирмы Motorola. Это схема DiSEqC-переключателя 2х1, работающего по протоколу 2.0. Файл с описанием устройства и схемой называется AN2677.pdf и находится по адресу
DiSEqC Circuits - �?хемы в формате Adobe PDF (~132кБ)
Обратите внимание на конденсатор C10 в первой схеме. Этот конденсатор имеет маленькую емкость (судя по цвету корпуса - меньше 100 пикофарад) и не всегда установлен на плате, особенно в некачественных конструкциях. Честно говоря, назначение этого конденсатора мне непонятно. Однако полагаю, что это сделано для того, чтобы дисек мог хорошо работать при подключении к нему только первых двух головок, судя по тому, что этот конденсатор всегда подключён только к PIN-диодам, работающими на головки номер 3 и 4 и никогда на головки 1 и 2. На 2-ой схеме этого конденсатора нет, так как его там на самом деле не было. 2-я схема была обнаружена в маленьком ("Super Mini") корпусе. Так что к вопросу, есть ли разница, куда подключать головки к дисеку, если головки только две, я бы сказал, что это зависит ещё от модели дисека, а значит, от его внутренностей.
Часто вывод микросхемы DTX не используется. Он предназначен для возможности контроллера отвечать на принятые команды, подтверждать об успешном выполнении либо об ошибке приема команды, неправильном бите чётности и т.д. Встречались экземпляры, где печатная плата была разведена с учетом использования этой возможности, но необходимые для этого детали (транзистор VT10, резисторы R14, R15) отсутствовали:
В таком случае, надпись на крышке "DiSEqC 2.0" была недействительна, а вместо неё должна быть "DiSEqC 1.0", так как цифра 2 в данном случае обозначает двусторонний обмен данными. Транзистор VT10 (маркировка "L6" или "L7") согласно EutelSat должен быть рассчитан на ток 50мА и напряжение 20В. Сигналы на выводе DTX я не проверял (надо проверить). Возможно контроллер их просто не выдаёт, так что устанавливать эти детали нет смысла. Насколько я знаю, некоторые DiSEqC-устройства игнорируют даже бит чётности, передаваемый в конце каждого байта.
На транзисторе VT1 собран усилитель для сигналов 22кГц. Каскад собран по стандартной схеме (можно найти в документах EutelSat, правда отсутствует резистор номиналом 150кОм между базой и питанием). В разных конструкциях номинал резистора R2 колеблется от 1.5кОм до 2.2кОм. В некоторых моделях он вообще отсутствовал и конденсатор C2 был подключен прямо к базе транзистора VT1. Моделирование показало, что это имеет смысл при слабых сигналах (меньше 0.3В) 22кГц в линии. Скорее всего таким образом производители пытаются обеспечить надёжное переключение на длинных линиях.
Контроллер питается от напряжения 5В, получаемого при помощи стабилитрона VD2 из напряжения питания LNB через резистор R1. Конденсаторы C4, C5 - сглаживают пульсации по питанию, в том числе и сигналы 22кГц, которые не должны попадать в питание для нормальной работы устройства.
Транзисторы VT2-VT5 с маркировкой "1A" - BC846A в корпусе SOT23. Транзисторы VT6-VT9 сдвоенные, с маркировкой "N2" - BC807DS в корпусе SOT457 на рабочий ток 0.5А каждый. В некоторых моделях используется по одному транзистору на выход, в таком случае максимальный выходной ток падает в 2 раза. В любом случае, при замыкании транзисторы выходят из строя.
Диоды VD3-VD8 с маркировкой "A8" (бывают "A3" в старых моделях и "S8" в миниатюрных моделях) возможно BAP50-03 - PIN-диоды с маленькой емкостью в закрытом состоянии, логически более всего подходят из всех вариантов расшифровки "A8". Резистор R13 служит для создания низкого потенциала на катодах этих диодов. Таким образом, при подаче питания, например, на выход "LNB A" через открытый транзистор VT6 благодаря резистору R13 открываются диоды VD3, VD5, по которым полезный сигнал поступает через конденсатор C3 на вход "Receiver". В некоторых моделях последовательно с диодами VD5-VD8 были установлены обычные диоды общего применения типа PMLL4148 в корпусе SOD80C (на схемах не показаны).
Катушки индуктивности L1-L5, выполненные печатными проводниками, вместе с конденсаторами C1, C6-C9 образуют фильтры для развязки сигнальных цепей от питающих.
Возможно продолжение следует...
Я не претендую на абсолютную истину, хотя и пытаюсь сделать всё правильно. Так что пользуйтесь информацией под свою ответственность и на своё усмотрение.
Обсудить DiSEqC-коммутаторы на форуме
Анатомия спутниковых головок Ku-диапазона
А что в голове?
Скажу сразу, что ориентироваться в схемотехнике СВЧ-диапазона достаточно сложно, особенно если это около десятка гигагерц.
Спутниковая головка устанавливается на приёмной спутниковой антенне и предназначена для преобразования принимаемых сигналов, а именно - для понижения спектра частот, линейного переноса его в более низкочастотную область. Необходимость такого преобразования возникает из-за того, что частоты, на которых работают спутники слишком высоки, чтобы передавать их по кабелю. Частоты порядка десятка гигагерц можно передавать по волноводу, но это очень неудобно. Как вы представляете себе квартиру с проведёнными трубами диаметром порядка 20мм?. Устанавливать ресиверы непосредственно на антенне - дело также неприемлемое и немного утопическое по самым разным причинам. На заре появления спутникового оборудования, особенно цифрового, стоимость комплекта была не по карману большинству жителей нашего региона.
Итак, спутниковая головка, или конвертор, решает проблему передачи полезного сигнала к спутниковому приёмнику. Для вещания ТВ-программ со спутника используется 2 диапазона. C-диапазон - это полоса частот от 3.4 до 4.2ГГц. Ku-диапазон - это полоса частот от 10.7 до 12.75ГГц. Ku-диапазон слишком широк, поэтому он разбит на 2 поддиапазона: нижний (10.7-11.7ГГц) и верхний (11.7-12.75ГГц). Конвертор Ku-диапазона имеет в своём составе два гетеродина для работы с обоими поддиапазонами. Как правило для верхнего поддиапазона используется гетеродин с частотой 10.6ГГц, а для нижнего - 9.75ГГц. Такие конверторы называются универсальными. Рассмотрим работу типового универсального конвертора подробнее.
Диаметр волновода подобран таким образом, чтобы волны нужной длины могли в нём распространяться без потерь. В конце волновода конвертора расположены 2 взаимноперпендикулярных зонда. Зонд представляет собой четвертьволновый штырь и работает как обычная антенна. Длина штыря составляет примерно 7.5мм. Один зонд принимает волны с вертикальной поляризацией, второй - с горизонтальной. Электрические сигналы с зондов подаются на раздельные усилительные каскады, собранные на малошумящих транзисторах. Как правило, это полевые транзисторы, которые в основном определяют шумовые характеристики всего конвертора. В одно и тоже время работает только один входной транзистор, который выбирается управляющим контроллером при помощи подачи напряжения смещения. Этот же контроллер управляет поддиапазонами, подавая питание первому или второму гетеродину. Верхний поддиапазон включается при подаче по линии питания непрерывного пилот-тона 22кГц амплитудой около 0.6В. Нужная поляризация включается в зависимости от величины питающего напряжения, за чем также следит контроллер, для чего в его составе имеется источник опорного напряжения.
Сигнал с первого каскада усиления подаётся на буферный усилительный каскад, с выхода которого сигнал подаётся на смеситель. На смеситель также заводится сигнал гетеродина. В результате нелинейных процессов в смесителе на выходе последнего возникает 2 спектра частот: суммарный и разностный. Суммарный спектр имеет очень большую частоту и фактически не имеет право на существование, а вот разностный спектр поступает на уилитель ПЧ, где ещё дополнительно усиливается, в том числе и для компенсации потерь на длинном фидере. При работе в нижнем поддиапазоне происходит преобразование по закону Fout=Fin-9.75ГГц = 950-1950МГц. При работе в верхнем поддиапазоне используется формула Fout=Fin-10.6ГГц = 1100-2150МГц. Диапазон частот 950-2150МГц вполне пригоден для передачи по коаксиальному кабелю на расстояния до 50м и даже более. Используется для этого кабель с фторопластовым пористым диэлектриком, так как этот материал имеет хорошие показатели в области таких частот. Использовать можно и обычный коаксиальный кабель с полиэтиленовым диэлектриком (для эфирного ТВ), но при небольших длинах и хорошем сигнале с запасом.
Попробуем разобрать какой-нибудь экземпляр современного универсального конвертора. В руки попался конвертер с маркировкой Lumax LX-LST40. Параметры конвертора типовые. Обратите внимание на коэффициент шума, здесь он составляет 0.3дБ. О шуме поговорим ниже.
После нехитрых механических операций конвертор был освобождён от пластмассового кожуха. Крышка на облучателе снимается потяжелее, поэтому её трогать не стали.
Цельный алюминиевый корпус закрыт крышкой, которая тщательно загерметизирована каким-то веществом, которое напоминает очень тягучую и эласттичную резину.
Удаляется этот герметик крайне сложно, очень уж он пристал к металлу. После частичного удаления под герметиком обнаружилось 4 винта под шестигранник, которые и надо отвернуть. Под двумя неосвобождёнными пятнами герметика в середине крышки находятся регулировочные винты в объёмных резонаторах, при помощи которых можно подстроить частоты гетеродинов.
Винты-саморезы вкручены прямо в металлическое основание конвертора и очень плохо поддаются выкручиванию. Мне пришлось высверлить их дрелью, так как отвёртка гнулась, а винты стояли на месте.
Рёбра на крышке примыкают к печатной плате, деля её на определённые сегменты. Чёрная губка на крышке находится над смесителем и является токопроводящей (тестером менее 10кОм). А вот и сама печатная плата.
К основанию корпуса через отверстия в плате приклеены две фарфорообразных чашки. Они являются частью объёмного резонатора гетеродина. Слева расположен гетеродин на нижний поддиапазон, справа - на верхний. Рядом с этими резонаторами находятся биполярные транзисторы с маркировкой "T79" типа 2SC5508 производства NEC, и никаких там диодов Ганна. Слева сверху виден обыкновенный линейный стабилизатор на 8В. Вот обидно, сколько же энергии питания идёт просто на нагрев этого стабилизатора, особенно при работе на горизонтальной поляризации, когда питание составляет 17-18В. Получается, что больше половины. Но это типовое решение, никто ставить импульсный преобразователь сюда не будет. Слева видны два полевых транзистора в круглых корпусах с маркировкой "L" типа NE4210S01-T1 (NEC). Это входные транзисторы. Зонды подключены прямо к затворам этих транзисторов. Верхний транзистор - для горизонтального зонда. Типовой коэффициент шума таких транзисторов по паспорту составляет 0.5дБ, максимум - 0.7дБ. И спрашивается, где же заявленные 0.3дБ? Многие наверное замечали, что коэффициент шума на новых появляющихся в продаже головках постоянно падает, а вот разницы реальной не чувствуется. Уменьшить коэффициент шума не позволяют технологические ограничения при изготовлении транзисторов. Примерно в середине платы виднеется еще один полевой транзистор с маркировкой "V75" типа NE3503M04 (NEC) с шумом от 0.55 до 0.75дБ. Этот транзистор стоит между входными каскадами и смесителем и также не позволяет реализовать заявленные 0.3дБ. Смеситель находится справа внизу. Компонент, на котором он реализован, имеет маркировку FBNU4. Что он из себя представляет, мне не удалось выяснить. Ну а слева снизу мы видим управляющий контроллер производства Zetex с маркировкой ZNBG3113. Контроллер следит за напряжением питания и управляет поляризацией, поддиапазонами, имеет на борту преобразователь отрицательного напряжения для смещения переходов полевых транзисторов с каналом N-типа. Компания Zetex выпускает и другие подобные контроллеры для различных спутниковых головок (для твинов, например). Контроллер является аналоговым решением. F-разъём имеет подключение к плате по центру справа.
Нажмите для увеличения
Печатная плата имеет множество переходных отверстий. Ответственные участки покрыты антикоррозийным материалом с хорошей проводимостью.
Упрощённая принципиальная электрическая схема конвертора Lumax LX-LST40
Для примера сравните плату другого конвертора того же производителя Lumax, модель LM-40S. По фото видно, что плата конвертора мало отличается от предыдущей, не считая расположения компонентов. Типовые узлы конвертора такие же, параметры деталей и конвертора в целом мало отличаются.
Нажмите для увеличения