Look-UP Table Verzwakkers, Arduino Gestuurd

Ha blackdog,

Ik ben parallel met een soort gelijk probleem bezig voor de tracking generator.
Alleen gebruik ik geen mechanische verzwakker meer maar een PE4304.
Niet dat het niet goed te doen is maar ik heb al een paar keer ondervonden dat relais bleven plakken.
Nu is in mijn situatie de besturing serieel maar voor een look-up table maakt dit niet uit.
Ik maak gebruik van twee tabellen een is de lineaire demping en de ander is frequentie afhankelijk en compenseert de tilt in de versterker omdat het in mijn apparaat een sweeper gaat.
Maar ik ben ook nog niet zover dat het lampje aan is

Groet Henk.

Hallo Blackdog,

Mooie verzwakkers heb je daar op je bureau liggen!

Als je de onderste twee "KAY" verzwakkers in serie aansluit zou je volgens mij tot 47.5dB moeten kunnen verzwakken. Deze kan je dat toch gewoon binair aansturen?

Het opslaan van de look-up table zou ik laten afhangen van de grootte. Als deze niet te groot is zou ik deze gewoon in het flash geheugen zetten. De interne eeprom is natuurlijk ook een optie.

Voorbeeldcode heb ik helaas niet voor je.

Groeten,
Emiel

Hoe werken die verzwakkers? Wil je die aan kunnen sturen met de arduino?

Versimpel eerst het probleem. Maak een funtie die bijvoorbeeld van de linksonder verzwakker 1-31 DB verzwakking instelt.

ALS de verzwakkers werken door een poot naar aarde te leggen zou dat met een mosfet kunnen die je vanuit de arduino aanstuurt. Maar wat ik me dan afvraag is: 1) Is die verbinding breedbandig genoeg voor jou als ie aanstaat, en 2) Is die als de fet uit is, wel voldoende open?

ALS dat het geval is, dan ga je met je verzameling verzwakkers al snel meer dan het aantal pinnetjes van je arduino gebruiken. Schuifregister?

Voor je arduino programmeerprobleem het volgende:

ALS jij een verzameling verwakkingen in een array zit, dan wil je uit die verzameling een subset kiezen die de gewenste waarde heeft. Dus
bijvoorbeeld:

 int verzwakkingen [] = { 1, 2, 4, 8, 16}; 

Dan wil je daaruit een subset kiezen zodat je een "doel-verzwakking" kan halen.

In de "theoretische informatica" heet dit het knapsack probleem: Welke subset past nog NET in mijn rugzakje waar bijvoorbeeld maar 19 inpast?

Dit is een lastig probleem, want men kan HAAST bewijzen dat dit "uit de klauwen loopt" kwa computer-rekentijd.

Het is dus gegarandeerd dat DUIZENDEN computernerds hebben geprobeerd om hier een snel algorithme voor te vinden, maar dat is ze niet gelukt.

(als je 20 bent en in je bed ligt na te denken, denk je: Verrek, ik heb het opgelost, je springt je bed uit en begint te programmeren. En een paar uur later, midden in de nacht valt het kwartje. Verrek, het lukt toch niet.)

Maar voor kleine probleem-groottes is het redelijk te doen.

In de basis kan je gewoon alle mogelijkheden testen. Bovenstaand voorbeeld: 32 stuks. Dat kan een arduino makkelijk binnen een seconde doen.

Ha rew,

Ik mij indenken dat de omschrijving van @blackdog voor lezers niet afkomstig uit de RF microwave hoek wat cryptisch is
De relais en dit zijn hele kleine meestal van Teledyne staan allen in cascade in de uit stand verbinden ze door niets er tussen in de aan stand wordt het signaal naar een π netwerk geleid.
Hoe kies je nu de demping de verzwakker heeft de volgende dempingen 1,2,4,8,16 je kunt de tussen liggende waarden verkrijgen door een combinatie.
Als je 12dB wil inzetten dan activeer je de 8dB +4dB wil je 23dB verzwakking dan activeer je 1dB+2dB+4dB+16dB.
Als je de totale demping wilt gebruiken dan zet je alles aan 1dB+2dB+4dB+8dB+16dB.
Het is dus een simpele matrix maar daar is @blackdog ook wel achter
Ik mijn situatie kies ik de demping met een up en down toets dat deed ik 35 jaar geleden net zo maar het mooie van het moderne tijdperk is dat je bepaalde instelling zo je wilt voor ingesteld kan oproepen en kan gebruiken.
In het geval van @blackdog zou die graag zien dat als de meetversterker een distorsie meting uitvoert dat de distorsie dit kan zijn IMA of THD zo laag mogelijk is.
Als je een SNR meting wil doen dan wil je juist da je meetsysteem daarvoor is geoptimaliseerd.
Om nu als je omschakelt van distorsie naar ruis meting niet steeds de verzwakker te bedienen is het ook hier fijn als je een en ander in een tabel kan zetten.

Groet Henk.

Ik ga ongeveer hetzelfde doen maar dan met de PE4302 of PE4309.
Maar ook voor AM.

Hi rew,

Het aansturen van de relais van de verzwakkers is denk ik geen enkel probleem.
De KAY type hebben al drivers gemonteerd en de Weinschel zijn relais van 800 Ohm en deze kunen ook met een driver IC zoals een ULN type worden aangedreven.

Aantal pinnen van de Arduino of andere microcontroler.
Ik wil de relais via i2c aansturen met een MCP23017 16 bit i/o expander.
Dus de aansturing van de relais heb ik wel getackkeld.

Uitleg van Henk
Dank hiervoor Henk, je hebt gelijk ik ging er vanuit dat iedereen de werking van de verzwakkers snapt
Ook wat de ruis en Dynamiek betreft heb je het bij het goede eind.

Misschien moet ik het om te beginnen simpel houden (het leren coderen) en het volgende doen en
dan even niet aan een versterker trapje denken zoals Henk het hierboven beschrijft.
De meest simpel oplossing is dan twee up/down counters gebruiken aangestuurd door twee rotary encoders.
Ik plaats dan de verzwakking voor iedere setje verzwakkers appart op het display en ook de totale verzwakking.

Dan heb ik geen look-up tabel nodig en zie toch de totale verzwakking in beeld (als ik dit niet "mis" interpreteer)

Gegroet,
Blackdog

@ heer rbeckers,

Even korte vraag als het mag van @blackdog bedoeld u de pe4303 gebruiken als AM modulator?

Groet Henk.

De basis is niet zo ingewikkeld. Feitelijk heb je 2 variabelen A en B. A is waarop je rotary encoder (en achterligeende software) ingesteld is. B is wat je naar je I/O expander gaat jassen.

Voor het gemak nemen we voor A een 8-bit unsigned getal. Voor B een 16-bit unsigned (je wilt tenslotte bits mappen).

Nou zijn er verschillende mogelijkheden. Lomp-maar-effectief is een switch-constructie. Iets als

switch (A)
{
  case 0:
    B=0x0003;
    break;
  case 1: etc.
}

Dat wordt al snel duur.
Een alternatief is zoiets:

uint16_t bla[]={0x0004, 0x0006, 0x0008 etc. } (32 stuks in dit voorbeeld);

uint16_t function convertAtoB(uint8_t A)
{
  uint16_t result=0;

  if (A<32) (of iets als (A<(sizeof(bla)/sizeof(uint16_t)) ofzo... zal wel niet helemaal kloppen :) )
  {
    B=bla[A];
  }

  return(result)
}

Je maakt feitelijk een array die je vult met de output waarden voor elke 'stap'. Daar kun je dus evt. ook nog in recht trekken als een bepaalde verzwakking een 'rare' volgorde heeft. Ik heb zoiets soortgelijks als letter-generator voor een dot-matrix display. Klein stukje spreadsheet wat de waarden bij een bitmap genereert en tekenen maar.

Code is pseudo-C. Vooral voor die array declaratie moet je waarschijnlijk nog wel wat doen - ik ken dat Arduino-taaltje niet zo. In 'standaard C' is het gebruikelijk dat dat spul in RAM staat. Bij de start van je code wordt de array gevuld uit FLASH (copietje maken van initialized data). Er zijn wel wat trucen voor om het ding in FLASH te laten staan. Reads worden wat trager, maar het scheelt je RAM. En je gebruikt het zo als look-up.
Een beetje compiler herkent het en lost het zelf voor je op (dat zou zelfs met die switch-boom kunnen gebeuren!). Hoe enzo hangt van je compiler (en z'n commandline settings!) af.

Aan jou om het in Arduino-dialect om te zetten

Henk, drie doelen:
- als verzwakker voor een bepaald niveau
- om VCO stabieler uitgangsniveau te geven
- beperkte, 1kHz, AM modulator

Ah. ok. als het "relais en schakelgedoe" al in die verzwakkers zit, dan is het probleem nog inderdaad alleen maar het programmeren.

Dan wordt de code in princiepe:

 float verzwakking[] = {16, 1, 2, 4, 8, 0.1, 0.2, 0.4, 0.8, 1, 2, 4, 8};

Ik heb de onderste twee verzwakkers ingevoerd. Als je gaat meten dat de verschillende 1,2,4 verzwakkingen niet precies hetzelfde zijn, voer je DIE natuurlijk in. De 0-e entry is aangekoppeld aan relais-output-0, de 1-e entry aan relais-output-1 enz.

Als je dus de combinatie 0-5-7-9 hebt, dan tel je elementen 16, 0.1, 0.4 en 1 bij mekaar op en krijg je 17.5. Dit coderen we met een bitvector. 2^0 + 2^5 + 2^7 + 2^9 = 0x2a1 (ik reken dat liever in HEX uit, dat vind ik makkelijker).

Ieder getal onder de 8192 is dan dus een combinatie van welke er aan-en-uit zijn. En op basis van de bitjes kan je dan bepalen wat de demping zou zijn bij die combinatie.

float attenuation (int combination)
{
  float att;
  att = 0.0;
  for (i=0;i<13;i++) 
     if (combination & (1<<i)) att += verzwakking[i];
  return att;
}

De simpele zoekmethode is dan:

int find_combination (float wantedvalue) 
{
  int i, bestcombi; 
  float bestdiff, diff;


  // start with combi 0 as the best combi. 
  bestdiff = abs (wantedvalue - attenuation (0)); 
  bestcombi = 0;

  for (i=1;i<8192;i++) {
     diff = abs (wantedevalue - attenuation (i));
     if (diff < bestdiff) {  
        bestcombi = i;
        bestdiff = diff; 
     }
  }
  return bestcombi; 
}

Dit is met 13 relais die aan of uit kunnen staan denk ik nog net te doen. Zeker als je dit een beetje optimaliseert: De demping is eigenlijk een float, maar als je die in "honderste-DB" noteert, dan worden alle db-getallen gewoon een int. Dit vereenvoudigt de boel zodanig dat je arduino die 8000 combinaties wel in ordegrootte 1 sec kan uitrekenen.

Verder, maar dat wordt lastiger programmeren, kan je je realiseren dat je op zoek bent naar de HOOGSTE waarde kleiner dan de gewenste waarde. Daarnaast wil je de KLEINSTE waarde GROTER dan de gewenste waarde weten. Weet je die twee, hoef je alleen maar je kiezen tussen die twee: 1 van deze twee zit het dichts bij de gewenste waarde.

Deze twee waardes opzoeken is logisch gezien precies hetzelfde: Ben je op zoek naar de kleinste waarde groter dan gewenste waarde dan is dat hetzelfde als het complement van hoogste waarde groter dan ALLES_BIJ_MEKAAR-wantedvalue. Efficient 1 van de twee vinden, betekent dat je de andere ook zo kan vinden.

Dan moet je de boel voorstellen als een boom. Op iedere node beslis je of er een bitje aan-of-uit moet. Op het hoogste niveau bit 0, daaronder bit 1 enz.

Zoek je de hoogste waarde kleiner dan de gewenste waarde, dan kan je hele stukken zoek-ruimte uitsluiten zodra je OVER de gewenste waarde heengaat. Het wordt nooit meer minder.

Verder moet het ook mogelijk zijn een grens te stellen aan de andere kant. De zoek-boom wordt zo behoorlijk geknot en je zou dan veel grotere bomen moeten kunnen afzoeken.

Een "super snelle" benadering van de gewenste combinatie kan vast ook door de waardes allemaal te sorteren, en dan "greedy" vanaf de grootste waarde te beginnen, zodra je er overheen gaat neem je dit bitje niet.

Zou je deze truuk vantevoren laten lopen, dan heb je al een heel redelijke schatting. Die moet bij het aflopen van de complete boom al snel grote takken kunnen uitsluiten.

Mocht je verder willen zoeken op dit gebied, het heet "branch and bound".

Anderzijds, al dat afzoeken van complete bomen is denk ik niet zo heel nodig. Dat sorteren en dan grote-stappen-snel-thuis zal al HEEL aardig in de buurt komen. Gooi je er dan nog een: we hebben twee "ongeveer VIER" waardes in de tabel, probeer de andere eens". Dan heb je met zeg 5 nieuwe evaluaties waarschijnlijk een stuk betere oplossing. (als in: in 90% van de gevallen had je al de allerbeste oplossing, maar van de 10% die niet al de optimale was, vind je in 9% van de gevallen zo alsnog de allerbeste).

Dan had jij het over een i2c EEPROM. Dat lijkt me niet nodig. Enerzijds is voor deze toepassing het prima te doen om je array na de meting "voor altijd" in je programma te zetten. Wil je het gaan verkopen en andere mensen hun eigen calibratie er in laten zetten, dan is het minder praktisch, maar voor je eigen situatie is het toch prima dat je 1x JOU calibratiegetallen in je sketch zet?

Vind je dat toch niet, dan heeft de arduino een 256 byte eeprom aan boord.

Ik bedenk me net een andere optie. Doe een heel simpele "greedy" in de arduino. Maar reken ALLE mogelijkheden na op je PC. Reken ook op de PC uit wat de "greedy" zou doen. Is er een ander resultaat, moet de arduino weten van deze uitzondering.

@ericP, volgens mij wil Bram niet zomaar in stapjes van 1dB de verzwakking tussen 0 en 31 kunnen instellen, maar een gewenste waarde in 0.01dB in die range. Nu er "binaire" waardes zijn tot de 0.1dB, zou je de normaliter alleen de veelvouden van 0.1dB kunnen bereiken. Maar als nu je 0.2dB niet 0.20dB is, maar gemeten kan worden op 0.18dB, dan zijn er ineens een aantal waardes die je nauwkeuriger kan benaderen (en met de huidige nominale waardes OOK waardes die je minder goed kan halen!)

Hi rew,

Dank je voor je input
Volgende week ga ik een aantal dingen die je aangeeft uitzoeken hoe het werkt zoals "branch and bound".
Ook zal ik eens testen met de eeprom ruimte in de processor als het type dat ik dan wil gebruiken dit heeft.

Ik heb dan wel 0.1db resolutie, maar dat betekend nog helemaal niet dat de verzwakkers monotoon zijn.
En al helemaal niet als ik een KAY en een Weinschel zou gaan combineren.
0,1db is ongeveer 1% en eenieder die met relais heeft gewerkt bij 50 en 75, 100 Ohm systemen weet dat iedere keer dat een relais omklapt zijn overgangsweerstand steeds iets anders is.
Dit wordt ook nog eens beinvloed door de variatie van de aangelegde spanning op de spoel.

Dus, ook al zou ik het voor elkaar krijgen 0,1dB in de code op te nemen, dan is het maar de vraag of dit zinnig is...
Ik heb b.v. geen idee wat de tempco van deze verzwakkers zijn.

Ik voel een beetje een overeenkomst met mijn KeySight 34461A multimeter, deze is 6,5 digit en je kan tot ongeveer 0,01PPM uitlezen in de grafiek modus.
Dit meetinstrument is 35ppm/jaar en iets meer dan 1PPM/C

Ondanks de resolutie die hij kan weergeven, heb je geen enkel zekerheid over wat hij aangeeft
De resolutie is natuurlijk wel handig als je een trent wilt zien en je LAB temperatuur bijhoud.
Dus het denken aan KISS is ook hier weer zinnig!

Wat de processor snelheid betreft, ik heb hier nu ook Teensy en de
Adafruit M0 printjes die veel sneller zijn dan de Uno of Nano, dus ik denk dat dit geen problemen zal geven met snelheid als ik deze zou toepassen.

Verder denk ik dat ik eerst eens start met een simpel stukje code om er een beetje een gevoel bij te krijgen zoals alleen de 1,2,4,8 en 16 dB verzwakker aan te sturen via i2c.

Ook EricP dank voor je input.

Gegroet,
Blackodg

Misschien zie ik iets over het hoofd, maar met 1,2,4,8,16 heb je allemaal machten van 2. Dan kun je toch een 5-bit teller gebruiken 0..31 en direkt elk bitje aan een relais koppelen?

Die machten van twee zijn niet precies genoeg

Als je de machten van twee totaan .1 db hebt en nauwkeuriger hoeft niet, dan denk ik dat het simpelste algorithme al een heel eind komt. Kan jij al 1 of 2 verzwakkers doormeten? Dan wil ik mischien even kijken wat eea aan algorithmes doet....

O.a. afhankelijk van het gebruikte deel van frequentiebereik is de fout veel groter dan 0,1dB. Bij de PE4303 is de fout eerder 1dB.

Ha heer rbeckers,

Dat is ook niet de manier om te kalibreren het klopt wat u zegt

O.a. afhankelijk van het gebruikte deel van frequentiebereik is de fout veel groter dan 0,1dB. Bij de PE4303 is de fout eerder 1dB.

daarom is tijdens het kalibreren een bekende bron van belang.
Het is net als met je voeding je zult een vergelijking moeten doen.
Dus de laatste dB kan je niet discreet uitvoeren maar zal variabel moeten gebeuren.
Wel is het zo dat de verzwakkers in een tabel gezet kunnen worden met de actuele waarden.
Ik heb hier ook een doos waar een aantal verzwakkers in heb zitten ook van Weinschel deze bedien ik met twee toetsen up en down een ring teller en een BCD coder en klaar.
Om de verzwakkers te testen en mee te spelen zou @blackdog dit ook kunnen doen 3 chipies en twee digit 7 segment uitlezing.
Voor de PE43711 heb ik een klein programma geschreven dit zit voor proef in een Attiny85 werkt goed.

Groet Henk.

Hallo Henk,
mijn idee wijkt af. M.b.v. een RF logdetector meet ik de uitgang en regel de verzwakker bij.
Analoog en met losse en niet gematchte pin diodes werkte dit bij 2GHz over maximaal 10dB en dat was niet goed genoeg.

Ha heer rbeckers,

Een beetje late reactie maar het gaat even niet zo snel aan deze kant.
Ja dat is begrepen is zeg maar eenzelfde idee als in mijn ontwerp van de tracking generator alleen de laatste 2dB regel ik t.o.v. de referentie.
De referentie is 30MHz dit is als basis de kristal oscillator van de AD9851 dit signaal gaat door een amplitude stabilisator heel gedoe maar ik zou dan +/-0.5dB moeten kunnen bereiken.
Deze volgt ook de amplitude frequentie karakteristiek.

Groet Henk.

Hi,

Vanavond de eerste metingen gedaan aan de verzwakkers.
Om te zorgen dat ik redelijk nauwkeurig kan meten aan de verzwakkers moest ik er voor zorgen dat ik met nette impedanties die verzwakker aanstuur en afsluit.
Het aansturen gaat d.m.v. een NE5532 die ieder een uitgezochte 100 Ohm weerstand aan de uitgang hebben.
Deze weerstanden zijn ongeveer 0,1% lager in waarde dan de optimale 100 Ohm.
Dit is om de overgangsweerstand van de kabel en connectoren te compenseren en eeen heel klein beetje Ri van de 5532 opamps.
De opamp uitgang is ook niet "0" Ohm en deze is ondermeer afhankelijk van de gebruikte frequentie.
De frequentie die ik heb gekozen is 1KHz omdat ik op deze frequentie nauwkeurig kan meten.
Natuurlijk weet ik dat de verzwakker op hogere frequenties een ander gedrag kan en zal gaan vertonen.

Dit is de meetsetup

Plaatje van de meetbank, het rechter printje bevat de NE5532 opamp.

De Goede oude Fluke RMS meter
Dit is de meting van een -8dB stap van een van de KAY verzwakkers.

En als laatste een lijstje van de metingen in een excel sheet van een van de Weinschel verzwakkers.

De metingen aan de KAY verzwakker heb ik ook gedaan, en deze zijn ook goed, maar een lijstje maken zoals die van de Weinschel is voor nu te veel werk, het is slaaptijd...

Gegroet,
Blackdog

Bram, dat zijn mooie waardes.

Maar zoals je zelf al schrijft,

de verzwakker op hogere frequenties een ander gedrag kan en zal gaan vertonen.

Dus eigenlijk zegt dit niets over het RF gedrag. Een SA met TG of een VNA moet je gebruiken. Bijvoorbeeld je Rigol.

Hi René

Dat klopt, deze metingen zeggen niet over gedrag bij zeg 250MHz...
Maar als de basis naukeurigheid al niet goed is dan heeft het verder weinig zin een redelijk nauwkeurige verzwaker testkastje te maken.

Al dit soort verzwakkers zijn direct afhankelijk van de aanstuur en afsluit impedantie.
Dus zijn ze b.v. wel reeeel maar aanstuur b.v. 49,5 Ohm en de afsluit impedantie ook reeel maar dan 52,1 Ohm.
Dan klopt het al van geen kanten meer.

Het wordt natuurlijk nog leuker als je kijkt naar de echte weerstand, o sorry, impedantie

Je hebt een bron die echt mooi reeel 50 Ohm is bij zeg 144MHZ en de uitgang gaat een 2M versterker trap in die een antenne kan aansturen.
Door de meestal rammelende SWR aan de ingang van die trap blijft er meestal al weinig meer over van de 1dB stap resolutie.
Live sucks *grin*

Het meeste werk ik op beneden de 100MHz en dan kan het soms handig zijn het niveau redelijk netjes te kunnen instellen.
De testen zijn natuurlijk ook gedaan om te kijken of de verzwakking stabiel was, en er geen ramemlende relais in zaten.
Gelukkig heb ik daar niets van gemerkt.

Later deze week zal ik ook wat plaatjes schieten gemaak met de SA.

Gegroet,
Blackdog

Wat ik gebruik is een 50Ω splitser en achter het test object een vaste verzwakker van 20dB. Dat geeft betere resultaten.
Ik ben benieuwd naar o.a. de insertion loss.

Ha blackdog,

Ziet er goed uit dan werken je relais ik denk dat je niet veel meer kan meten.
Wat wel een belangrijk gegeven kan zijn is de in/uit reflectie demping.
Hier uit kan je in ieder geval concluderen of je nog 50Ω ben.
Voor de demping is het denk ik belangrijker je overall systeem te meten.
De apparatuur en componenten van Bruno en Lucas Weinschel zijn zo goed dat je die met de gangbare network anayzer niet kan meten ook nu 2016 nog niet Weinschel heeft de 50Ω standaard neer gezet.
Ik heb zelf een VM4A om verzwakkers te meten resolutie 0.001dB nauwkeurigheid 0.04dB tot 18GHz dit is ongekend en is tot op de dag van vandaag nog niet gehaald (althans niet zonder software gerommel)
Het meet principe is eigenlijk simpel maar uiterst nauwkeurig en is nog steeds beschermd.
Voor de 30MHz gebruik ik de VM7 verder werk ik nog met het sweep set tot 18GHz.
Om je demper verder te testen kan je uiteraard wel nuttige info verzamelen alleen in absolute zin heeft het weinig nut.

Groet Henk.

Hallo Blackdog,

Ik weet niet of je beschikking hebt over een ruisbron? Maar je kan eventueel met een Y-factor meting het noise figure van je verzwakkers bepalen. Je krijgt dan gelijk de gain van je verzwakkers hierbij cadeau.

groeten,
Emiel