Analizador de espectros: II - Tiny Spectrum Analyzer Ultra como analizador de espectros

Viene de: Analizador de espectros: I - Introducción

Antes que nada dejar claro que el TinySA y el TinySA Ultra tienen arquitecturas muy distintas y de ahí su diferencia de precio. No es lo mismo trabajar con frecuencias de hasta 800 MHz que frecuencias de hasta 12 GHz. a continuación los diagramas de bloques y fotos de su interior muestran cuan diferentes son.

ESQUEMA DE BLOQUES 

Esquema y placa de un TinySA segun  TINYSA USER MANUAL MARCH/2021


Foto del interior de un TinySa Ultra. Pegado a su tapa posterios la bateria modelo 605080 de 3000 mAh
 y 3,7V. En la parte inferior la conexión del jack, la ranura para la tarjeta de memoria SD y el conector USB-C. A la derecha los dos conectores SMA. Se observan los blindajes de ls partes d RF.

Foto del interior de un TinySa Ultra.

En la parte inferior el STM32 F302C0T6 (Micro controlador Arm® Cortex®-M4 32-bit MCU+FPU, up to 64 KB Flash,
16 KB SRAM, ADC, DAC, USB, CAN, COMP, Op-Amp, 2.0 - 3.6 V) similar al usado por nanoVNA

El Micro controlador STM32 F302C0T6  controla el transceptor SI4468 que tiene todas las funcionas de un transmisor y un receptor de RF.


ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO

El camino de entrada  (INPUT) de la señal es el siguiente:
  • La señal entra por el conector SMA-RF 
  • Un primer conmutador (switch) hace que pase por uno de estos dos dispositivos
    • El amplificador LNA si la señal es débil.
    • Un atenuador de 0-31dB  si la señal es fuerte.
  • Un segundo conmutador hace que pase por el filtro pasa bajos con frecuencia de corte de  800MHz para la eliminar frecuencias que interfieran la medida o no en el caso de estar en el modo ULTRA. En este segundo caso del modo directo se mezcla la señal y se pasa por un filtro pasa bajos. 
  • Un oscilador local variable (ADF4350) permite realizar el barrido de frecuencias según los parámetros seleccionados.
  • Se mezcla la salida para obtener una Frecuencia Intermedia  elevada (H-IF)
  • Un filtro pasa banda en 980 MHz para la IF elevada elimina frecuencias espureas y otros productos de intermodulación que se han limitado con el primer filtro de entrada.
  • Un nuevo conmutador dirige la señal que sale del filtro pasa banda al receptor que tiene:
    • Segundo oscilador Local (LO) para mezclar y convertir la señal a una IF baja ( L-IF 870 kHz),
    • Filtros seleccionables entre 200Hz y 800 kHz
    • Detector de potencia con un rango dinámico de 120 dB 

El camino de salida  (OUTPUT) de la señal es el siguiente: 
  • El Oscilador Local de 980MHz genera una señal
  • Un conmutador hace  que pase la salida por un filtro pasa banda.
  • El Filtro Pasa Banda elimina los armónicos de la señal de 980 MHz generada o pasa directamente al segundo conmutador 
  • El oscilador local variable determina la frecuencia de salida
  • Mezclador que mezcla la salida del filtro pasa banda con un segundo oscilador local para crear la la salida de la frecuencia deseada libre de armónicos.
  • Conmutador que opcionalmente selecciona filtros pasa bajos para eliminar productos de mezclas no deseados,
  • Conmutador que permite opcionalmente introducir atenuadores para reducir el niveld e la señal de salida
  • Salida de la señal deseada por el conector SMA-RF

El generador de calibración está compuesto por:
  • Un oscilador de cristal de 30MHz con temperatura estabilizada (Las variaciones de temperatura son el mayor enemigo en la estabilidad de un oscilador con crital de cuarzo)
  • Divisor de Frecuencia para obtener señales de 30, 15, 10, 4, 3, 2 o 1 MHZ
  • Estabilizador del voltaje de salida
  • Atenuador de precisión para crear una señal con el fundamental en 30 MHz de 36,5 dBm y 50 ohm disponible en el conector SMA-CAL

DESCRIPCION DEL DISPOSITIVO

En analizador de espectros modelo "tinySA ULTRA" exteriormente presenta:
  • En el lateral izquierdo: dos conectores SMA tapados con protectores amarillo (CAL y RF) . (Impedancia de entrada  50 ohm  cuando la atenuación de entrada está ajustada a10dB o mas; . Maximo nivel de entrada absoluto  +6dBm con  0dB de atención interna y  picos de corta duración de +20dBm con  30dB de atenuación interna. Se sugiere que el nivel máximo de entrada sea de +0dBm con modo de atenuación automático, las mejores medidas se obtienen con   -25dBm)
  • En el lateral superior: un interruptor (ON-OFF) y cursor (jog control "Leveler button" que se mueve a izquierda y derecha)
  • En el lateral inferior o base: un conector USB-C, una ranura para tarjeta de memoria con una de 32 GB y un conector de Jack
  • En la parte posterior, una etiqueta con la siguiente información
    • tiny Spectrum Analyzer https://tinysa.org/
    • Frecuency: 100 Hz to 800 MHz 800 MHz to 5,3 GHz (Rango de frecuencias de trabajo)
    • Power: 5V USB ( 1,3 Max) (Tensión de alimentación y consumo máximo)
    • HW Version: V0.4.5.1.1 (Versión del firmware)
    • S/N: SU-NNNNNNNN (numero de serie)
    • AVOID STATIC DISCHARGE CE FCC (Advertencia sobre lo sensible que es el productor y logos CE y FCC en cuyas webs no se ha podido validar que esté homologado este dispositivo )
    • Designed by Erik in Netherlands, Made Zeenko in China
  • En la parte frontal una pantalla táctil en color de 4" ( 480*320 pixels, 16 bits per RGB pixels, Resistive touch control)

Cuando se enciende se muestra el espectro de 0Hz (STAR ) a 800MHz (STOP) en color amarillo, un menú a mano izquierda en blanco, un eje de dBm a la derecha en blanco a intrvalos de 10 dB, y los indicadores del estado de la memoria SD y batería (verde, inferior izquierda). Tocando la pantalla aparece el menú desplegable por la derecha. tocando de nuevo la pantalla desaparece.


MENUS DE LA PANTALLA

Cuando encendemos el TinySA Ultra nos aparece:
  • El menú de la izquierda muestra, de arriba a abajo:
    • (Nivel de referencia): +0 dBm es el efecto
    • (Intervalo del eje): /10 es el defecto
    • Atten: indica la atenuación 0 es el defecto
    • Spur: ¿? AUTO es el defecto
    • RBW: es el ancho de banda del filtro 850KHz es el defecto
    • VBW :¿? 850 kHz es el defecto
    • Scan: indica la velocidad de escaneo 671ms es el defecto
    • fsnbs: indica la versión del firmware
    • (año/mes/dia hora:minutos)
    • Estado de la memoria SD
    • Estado de la bateria con el voltaje
  • En el menu superior se muestran  en amarillo los distintos marcadores p.e. 1T 18.00MHz -85.0dBm
  • En el menú de la derecha se muestra en blanco la escala de intensidad de la señal con 0 como máximo y -100 dBm como mínimo.
  • En el menú inferior aparece en blanco la frecuenci de inicio el barrido (START) la central y la de final (STOP)
Tocando la pantalla con la pua que se acompaña aparece un menu deslizante a mano derecha.


MANEJO

El primer paso puede ser conectar la antena telescópica al conector SMA-RF y verá ya señales, comprobará que con la pua puede manejar mejor la pantalla, aunque siempre puede trabajar en modo consola desde un ordenador (Windows y Linux).

Algo muy práctico es enebrar el cordón de la pua por el orificio de la parte superior derecha así no la perderá y siempre la tendrá a mano.

Lo siguiente que puede hacer es ponerlo en carga, con el cable USB (El dispositivo no lleva un alimentador USB). Cuando está en carga una pequeña lucecita roja se enciende en la parte superior del TinySA Ultra.

El TinySA Ultra cuenta con tres modos de funcionamiento seleccionables desde  la opción MODE del menú desplegable que como ya hemos comentado aparece tocando cualquier punto de la pantalla:
  • Analizador de espectros (por defecto)
  • Calibración
  • Generador de señal (Se ve en una entrada independiente)
  • Receptor de radio
ATENCION No se puede usar simultaneamente el generador de señal y el analizador de espectros por lo que no se pueden analizar redes (lineas, antenas).


Analizador de espectros



Las opciones del menú desplegable son las siguientes: 

Pausa ( En el menú desplegable  PAUSE): pausa o arranca el barrido del analizador de espectro. Las opciones son activar o desactivar la pausa.

Preajustes ( En el menú desplegable  PRESET):

  • LOAD STARTUP cargar los parámetros de arranque
  • EMPLY 1 cargar los parámetros de arranque 1
  • EMPLY 2 cargar los parámetros de arranque 2
  • EMPLY 3 cargar los parámetros de arranque 3
  • EMPLY 4 cargar los parámetros de arranque 4
  • LOAD DELFAULTS cargar los parámetros por defecto
  • SAVE SETTINGS guardar los parámetros
  • LOAD FROM SD cargar los parámetros de la tarjeta de memoria
  • STORE  
    • STORE AS STARUP: almacenar los parámetros como arranque
    • STORE 1 almacenar los parámetros como arranque 1
    • STORE2 almacenar los parámetros como arranque 2
    • STORE 3 almacenar los parámetros como arranque 3
    • STOE 4 almacenar los parámetros como arranque 4
    • STORE -> SD almacenar los parámetros como arranque en la tarjeta SD
    • FACTORY DEFAULTS regresar a los parámetros de fábrica
    • BACK regresar al nivel superior del menu
  • BACK regresar al nivel superior del menu 
Ajustar los limites de medida  (En el menu desplegable FRECUENCY). hay dos modos de barrido START/STOP y CENTER/SPAN: 
  • START (Frecuencia inicial, 0 Hz por defecto) máximo 12,072 GHz activando el modo ultra
  • STOP (Frecuencia final, 800 MHz por defecto ) máximo 12,072 GHz activando el modo ultra
  • CENTER (Frecuencia central 400 MHZ por defecto) máximo 12,072 GHz activando el modo ultra
  • SPAN: amplitud del barrido o scan
  • ZERO SPAN: el funcionamiento normal del analizador es barrer en el dominio de la frecuencia, con zero span se pasa al dominio del tiempo.
  • MULTI BRAND: opciones activa/desactiva, Se pueden definir y seleccioanr entre 8 bandas posibles y estas almacenarse en la tarjeta SD o cargarla dsde la misma
  • RBW (Ancho de banda del filtro, por defecto AUTo, 200 Hz, 1 kHz, 3kHz, 10 kHz, 30 kHz, 100 kHz, 300 kHz, 600 kHz, 850 kHz).
  • VBW
  • SHIFT FREQ
  • MARKER -> CENTER 
 
  • Nivel de refencia (REF LEVEL) por defecto AUTO. Valores AUTO / MANUAL es el nivel de referencia de la escala y su valor aparce en la parte superior izquierda en blanco p.e. +0 
  • SCALE/DIV (Escala y divisiones): el valor de las divisiones de la escala de intensidad de la derecha de la pantalla
  • ATENUACION (ATTENUATE): Este parámetro permite ajustar el nivel de atenuación de señales fuertes apra evitar la saturación o la destrucción del TinySA. Por defecto en auto. Los valores admitidos son automatico o manual especificando la atenuación de la señal. Este parámetro se complementa con el LNA para señales débiles 
  • UNIDADES (UNIT): Unidad de medida de la intensidad de la señal,  por defecto dBm. Valores posibles dBm, dBmV, dBmV, Vrms, Vpp, Watt, RAW.
  • LNA (Low Noise Amplifier - Amplificador de entrada de bajo ruido para señales debiles): Por defecto desactivado. Los valores son activado / desactivado 
  • EXT GAIN: el valor de ganancia o atenuación de un amplificador o atenuador externo. 
  • TRIGGER permite establecer un nivel de activación de un nuevo escan de frecuencias
    • AUTO es el modo normal de trabajo del analizador de espectros en modo escaneo de frecuencias. Triggering no está activo.
    • NORMAL realizará un nuevo scan en cuanto una señal active el trigger (un evento que la dispare)
    • SINGLE espera hasta que una señal provoca el disparo del trigger. Reseteandose para la siguiente 
    • TRIGGER LEV activa un teclado para establecer el trigger que aparece como una linea azul en la pantall.
    • UP EDGE se dispara cuando se supera el nivel establecido
    • DOWN EDGE se dispara cuando no se llega al nivel establecido
    • PRE|MID|POST TRIGGER permite seleccionar la parte del espectro donde esta activo el trigger. Tercio izquierdo, tercio central, tercio derecho
    • BACK returns to the Level menu
  • ESCUCHA (LISTEN): pone el modo de escucha (salida de audio activada y SCAN parado) en el MARKET mayor salvo que se diga lo contrario
  • BACK regresar al nivel superior del menu 

Traza (en el menú desplegable TRACE): permite selccionar cuatro trazas con distintos colores 1 (amarillo, por defecto), d (verde), 3 (magenta) y 4 (rojo), y para cada una de ella los siguientes valores

  • ENABLE
  • FREEZE
  • CALC por defecto OFF, valores
    • OLD 
    • MIN HOLD: muestra los minimos de los barridos
    • MAX HOLD: muestra los máximos de los barridos
    • MAX DECAY: muestra los máximos históricos
    • AVER 4: media de los ultimos 4 barridos
    • AVER 16: media de los últimos 16 barridos
    • AVER: media
    • QUASI PEAK
    • TABLE -> TRACE 

  • NORMALIZE
  • SUBTRACT OFF
  • TRACE-> TRACE
  • TRACE -> SD
  • SD-> TRACE 

Pantalla (en el menú desplegable DISPLAY)  

  • PAUSE SWEEP (activo / desactivo): activa y desactiva el barrido, es una buena opción cuando no queremos apagarlo pero tampoco nos interesa las medidas y así ahorramos bateria.
  • WATER FALL (activo / desactivo): muestra en la parte inferior de la pantalla un historico de los valores máximos alcanzados apra cada frecuencia (marca de nivel de agua)
  • BIG NUMBER (activo / desactivo): hace exactamento lo que dice, mostrar los valores en gran tamaño
  • DRAW LINE (activo y nivel / desactivo): traza una linea azul al nivel de dB marcado por teclado.
  • SWEEP TIME (Velocidad de barrido, 0 desactivado, y cualquier valor activado hasta los 600s)  
  • SEEP POINTS (Numero de puntos de la gráfica). Se ajusta con los siguientes valores: 25 (mínima resolución), 50, 100, 200, 290, 450 (máxima resolución)
  • SWEEP ACCURACY
    • NORMAL, valor por defecto
    • PRECISE (preciso)
    • FAST (rapido) 
    • NOISE SOURCE (Fueste de ruido)
    • NSPEEDUP Narrow SPEEDUP, 0 disable de 2 a 20
    • WSPEEDUP wide SPEEDDUP, 0 disable de 2 a 20
  • ROTATE DISPLAY: hace exactamente lo que dice, gira 180ª la pantalla (boca abajo)
  • LOCK DISPLAY: hace exactamente lo que dice bloquear la pantalla (Ojo hay que desbloquearla con el botón de sintonía o cursor, seleccionando hacia izquierda y derecha y confirmando pulsandolo) 

Marcas  (en el menú desplegable MARKER). Son marcas de máximos de señal   que se establecen en la gráfica que visualiza el analizador de espectros. por defecto es la 1T que se muestra en la parte superior de la pantalla. El formato es nT xx.xMHx -xx.x dBm 

  • MODIFY MARKERS
  • MARKERS OPS
  • SEARCH MARKER
    • PEAK SEARCH
    • MIN<-LEFT busca un minimo a la izquierda del pico o marca
    • MIN -> RIGTH busca un minimo a la derecha del pico o marca
    • MAX <-LEFT busca un maximo a la izquierda del pico o marca
    • MAX -> RIGTH busca unmáximo a la derecha del pico o marca
    • ENTER FRECUECNCY
    • TRACKING es la opción por defecto que busca los maximos y marca en función de lo definido de 1 a 8 y los muestra en pantalla
    • JOG JUMP MAX
    • PEAK (NOISE NIVEL): nivel de rudio 
  • RESET MARKERS: borra todas las marcas establecidas
  • 2 MARKERS: establece 2 marcas de máximos (frecuencia - niveld e señal)
  • 4 MARKERS: establece 4 marcas de máximos (frecuencia - niveld e señal)
  • 6 MARKERS: establece 6 marcas de máximos (frecuencia - niveld e señal)
  • 8 MARKERS:  establece 8 marcas de máximos (frecuencia - niveld e señal)

Medidas  (en el menú desplegable MEASURE) , por defecto OFF, valores

  • HARMONIC
  • OIP3
  • PHASE NOISE
  • SNR
  • -3dB width
  • MORE 
    • AM 
    •  FM
    • THD
    • CHANNEL POWER
    • LINEAR
    • NOISE FIGURE 

Almacenamiento  (en el menú desplegable STORAGE) es el menú para manejar los archivos de la memoria, su borrado, formato, etc. 

  • LOAD CAPTURE
  • LOAD SETTING
  • LOAD CONFIG
  • AUTO NAME
  • SAVE CAPTURE
  • SAVE SETTINGS
  • SAVE CONFIG
  • MHz CSV
  • SAVE TRACES  
Configuración (En el menú desplegable  CONFIG)
  • Pantalla táctil (CONFIG => TOUCH) valores
    • TOUCH CAL calibracion  de la pantalla táctil 
    • TOUCH TEST prueba de funcionamineto de la pantalla
  • Auto test  (CONFIG => SELT TEST): pasa un total de 14 tests. Hay que tener conectada con latiguillo los dos terminales SMA
  • Nivel de Calibración ( CONFIG => LEVEL CAL): calibra el dispositivo de 100 kHZ a 5,340 GHz, por encima de los 5,340 GHz o resetea la calibración. 
  • Comprobar la versión de Firmware ( CONFIG =>VERSION), y nos muestra una pantalla en B/N en mi caso tinySA4_v1.4-156-g4eb315d. Se puede comprobar la ultima versión en http://athome.kaashoek.com/tinySA4/DFU/ pero recuerde "Si le va bien para que tocarlo" . SI pese a ello quiere actualizarla con el programa STM32CUBE  y aquí tiene las instrucciones.
  • Eliminación de frecuencis espureas (CONFIG => SPUR REM) S es una herramienta eficaz para eliminar espurios.señales, excepto aquellas que son directamente armónicas de osciladores internos. Sin embargo, esto da como resultado un tiempo de barrido mayor. 
  • (CONFIG => SAMPLE REP)
  • Ajustar brillo de la pantalla ( CONFIG =>  BRIGHTNESS) se usa el boton de cursor para ajustarlo 
  • Ajustar fecha y hora (CONFIG => DATE TIME => SET TIME / SET DATE)
  • Mas (MORE)
    • PULSE HIGH
    • LO OUTPUT
    • ENABLE ULTRA: se necesita un codigo apra desbloquarlo, que es 4321 pero antes debe leer las advertencias de https://tinysa.org/wiki/pmwiki.php?n=TinySA4.Ultra 
    • MINIMUN GRIDLINES: ajustable de 0 a 10
    • JOG STEP
    • CLEAR CONFIG
    • CONNECTION: el defecto es USB, las opciones son USB / SERIAL / SERIAL SPEED 
    • LEVEL CORRECTION: 
      • INPUT LEVEL 
      • OUTPUT LEVEL 
      • INPUT CURVES 
      • OUTPUT CURVES
    • EXPERT CONFIG: no se suele usar 

Programas para TinSA

Manuales


Prohibida la reproducción parcial o total de este artículo sin permiso previo del autor

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