Generatory kwarcowe (fabryka vs samoróbka) i

Jul 19, 2006 41 Replies

Witam,



Potrzebuję wykonać generator kwarcowy ok. 120MHz do syntezera DDS (AD9850). Chciałbym, by generator taki posiadał dobrą stabilność, oraz możliwie niski poziom szumów fazowych (taki kaprys:). Koncepcje mam dwie:


  1. Fabryczne TCXO 40MHz (ze starej płyty głównej, mam także podgrzewane z termostatem), bufor, powielacz x3 i filtr. Zalety - prostota (brak potrzeby budowy generatora), bardzo dobra stabilność (termostat). Wady - brak korekcji częstotliwości i co z jego szumami fazowymi?


  1. Generator kwarcowy, overtonowy 40MHz (np. niskoszumny wg "Poradnika ultrakrótkofalowca") z elementów dyskretnych, bufor, powielacz x3 i filtr. Wady - duży (mało istotne), brak termostatu (co najwyżej prosty) i przez to pewnie gorsza stabilność. Zalety - można ustawić dokładną częstotliwość, może niższe szumy fazowe?


W zasadzie tylko te dwa rozwiązania wchodzą w grę. Nie spotkałem tanio kwarców 120MHz. Jak wygląda sprawa szumów fazowych w takich starych generatorach z płyt głównych? Które rozwiązanie polecacie? Układ amatorski, więc koszty urządzenia bardzo się liczą. :)



Nie wiem, czy problemem też nie będzie szum spowodowany zamianą sinusoidy na prostokąt w samym układzie DDS (ja podam tylko sinusoidę ze skłądową stałą 0.5*Vcc), jest to normalne wejście CMOS. Jak myślicie jaka będzie jego wartość w stosunku do szumu generatora (nic nie wyczytałem w tym temacie)? Jest tam na pokładzie szybki komparator, ale chciałbym go wykorzystać do czegoś innego...



Póki co robiłem próby z wersją 1) badając tylko stabilność i jest wystarczająco dobra.



Sygnał 40MHz będzie też dzielony (przez 2) do taktowania (niestety) dwóch procków w tym układzie (jeden zwykle uśpiony). Chciałbym tam zrobić także miernik częstotliwości - mam dokładny i bardzo stabilny generator 5 i 10MHz (który chciałbym wykorzystać do pomiaru częstotliwości), ale powielanie tego do 120MHz (x3 x3 x2) dla DDS to chyba kiepskie rozwiązanie (prążki co



5 lub 10MHz, a tak to tylko co 20MHz). PLL tu odpada (ma być prosto i pewnie), będzie gdzie indziej... :)

Dykus napisał(a):

Na allegro były (lub są) termostaty pod kwarc HC48 (taki duży) za

10-15zł. Jeśli nie kupisz takiego rezonatora to zawsze można na frezarce zrobić "adapter" HC48-HC49 na mały kwarc.

Prążki możesz filtrami wyciąć.

Użytkownik "Dykus" snipped-for-privacy@SpAmYwp.pl napisał w wiadomości news:1wwira0jjvhm$. snipped-for-privacy@40tude.net...

Witam

Polecam układ Butlera, dwutranzystorowy. Obwodem LC dostrajasz się do żądanej harmonicznej. Bardzo ważne jest, aby dbać o jak najsłabsze sprzężenia - wyjście przez pojemność rzędu 2,2 do 4,7 pF. Nie przesadzać też ze wzmocnieniem całości - przekroczenie 0,7 V na wyjściu wymaga stosowania ogranicznika diodowego w bazie drugiego tranzystora. Taki ogranicznik psuje widmo sygnału. Po generatorze tróstopniowy wtórnik - wzmacniacz - wtórnik. Przed filterm pasmowo-przepustowym dobrze jest wstawić cyrkulator z absorberem. Wiem, na taką częstoliwość to raczej trudne do zdobycia ;-) Filtr pasmowy o możliwie wielkiej dobroci. Na wyjściu dobrze jest dać tłumik 3 dB / 50 ohm.

W "Poradniku" znajdziesz większość niezbędnych informacji.

Układ jak wyżej, prawidłowo wykonany i poprawnie zestrojony zapewni sygnał wyjściowy o znakomitych parametrach.

Nie polecam klasycznego toru powielacza. Wbrew pozorom zaprojektowanie powielacza o dobrych parametrach nie jest zadaniem trywialnym ;-)

Pozdrawiam - Krzysztof Kucharski

Użytkownik "Filip Ozimek" snipped-for-privacy@mielonka.polbox.pl> napisał w wiadomości news:e9m1sj$t6t$ snipped-for-privacy@inews.gazeta.pl...

[...]
[...]

Zasadą jest takie zaprojektowanie i wykonanie układu, aby nie generował on niepożądanych częstoliwości.

Krzysztof Kucharski

Krzysztof Kucharski napisał(a):

Ale w układzie powielacza częstotliwości właśnie o to chodzi, aby wygenerować wyższe harmoniczne. A filtry są po to, aby nie generować niepożądanych częstoliwości.

DDS ci przypadkiem tych szumow nie przerobi tak ze te z kwarca nie beda mialy wiekszego znaczenia ?

Tez plyty glownej, zapewne prostokatne, to sie raczej szumami nie przejmowaly ..

J.

Witam,

Dnia 20-07-2006 (czwartek), J.F. napisał(a):

Z tego co wycztałem to nie. Ja nie chcę uzyskać na wyjściu szumów na poziomie generatora kwarcowego, ale szumy możliwie małe. Np. szumy samego układu DDS (DDS+DAC) to -130dB/Hz, jeśli generator wzorcowy będzie miał szumy dużo większe, to one będą miały decydujący wpływ, jeśli mniejsze - szumy zależne od budowy DDSa. Warto pamiętać, że mimo wszystko sygnał wzorcowy jest dzielony w stosunku do wyjściowego, a to zmniejsza poziom szumów fazowych...

Witam,

Dnia 19-07-2006 (środa), Filip Ozimek napisał(a):

W generatorze sygnałowym?! Nie da rady... Rozwiązaniem jest tylko odpowiednia konstrukcja elektryczna i mechaniczna (ekranowanie).

Witam,

Dnia 19-07-2006 (środa), Krzysztof Kucharski napisał(a):

Tzn. do częstotliwości overtonowej? Bo powielacz to osobno jak rozumiem... Nie mam rezonatora na 120MHz. W sumie mam złe doświadczenia z generatorami kwarcowymi z obwodami rezonansowymi, zwykle posiadały fatalną stabilność... :)

Dlaczego? Mniejsze napięcie to z zasady większe szumy fazowe, a po drugie potrzebne będzie większe wzmocnienie w kolejnych stopniach, które wniosą dodatkowe szumy.

Może popsuć - przecież i tak sygnał będzie powielany. Byle tylko stabilność mocno nie spadła, a pewnie nie spadnie. Chyba, że mówimy o czystości wąskopasmowej...

Trójstopniowy?! To nie jest do radia które ma spełniać normy radiokomunikacyjne... ;) Planowałem dać zaraz po generatorze wzmacniacz na MOSFET dwubramkowym, a później ewentualnie jeszcze wtórnik na bipolarnym. Za nim byłby powielacz...

O rany. :) Za dobry jesteś i za dużo wiesz. :) To nie ma być generator dla analizatora widma... ;) Kiedyś coś przeglądałem o cyrkulatorach, ale to chyba takie sprzęgacze (rozgałęzniki) są, o odpowiedniej izolacji danych wrót? Więc gdzie tu zastosowanie? Aby sygnał odbity nie wracał do wzmacniacza?

A jak dobry ma być ten filtr? Na początku planowałem trójobwodowy (sprzężone kondensatorami), ale obwody na jednej płytce, nie w osobnych ekranach. Ogólnie mam dobre doświadczenia z filtrami zbudowanymi na płytkach (tłumienia, WFS). Później jednak stwierdziłem, że może i dwuobwodowy wystarczy. Należałoby by oszacować, jakie tłumienie sygnałów harmonicznych jest potrzebne.

Po powielaczu? Początkowo sygnał miał być podany bezpośrednio na wejście CMOS (Cwe~2pF), więc chyba aż tak potrzebny by nie był (przynajmniej ja nie widzę powodu). Teraz wiem, że podany będzie na komparator. Co najgorsze - nadal nie widzę powodu, by dawać tam tłumik. :) Sam powielacz będzie się "przełączał", więc przełączanie wejścia komparatora nie zaszkodzi chyba tak bardzo. Mylę się?

Tak, mam pod ręką. Razem z dowodem osobistym. ;)

Nie wątpię, tylko jakie doświadczenie i sprzęt potrzebny jest do uzyskania tych parametrów? Wykonanie tego w ciemno może chyba nie dać tych znakomitych parametrów. A może się mylę?

A jakie parametry ma złe taki klasyczny powielacz (na tranzystorze)? To może diodowy? :) Dobry by był taki, który z zasady tłumi parzyste harmoniczne, ale nie znalazłem nic w tym temacie.

Poczytałem tu i ówdzie i jestem niemal pewien, że wprowadzenie bezpośrednio sinusoidy na wejście DDS to najgorsze rozwiązanie. Potrzebne są możliwie strome zbocza. Dużym problemem może okazać się - oprócz szumu fazowego - jitter. Potrzebny jest bardzo szybki komparator, o możliwie małym jitter... I tu może być problem.

Użytkownik "Dykus" snipped-for-privacy@SpAmYwp.pl napisał w wiadomości news: snipped-for-privacy@40tude.net

Dokładnie. Trójwrotnik, w którym moc kierowana jest następująco: 1->2, 2->3, 3->1. Jeżeli do wrót 1 dołączysz źródło sygnału, do wrót 2 odbiornik tegoż sygnału, a do wrót 3 dopasowane obciążenie to moc odbita od odbiornika na wrotach 2 zostanie wytracona w obciążeniu na wrotach 3 a nie wróci z powrotem do źródła na wrotach 1. W przybliżeniu podobną rolę może spełnić tłumik N dB wtrącony między generatorem a następnym stopniem. Wprawdzie sygnał użyteczny maleje o N dB, to jednak nawet przy całkowitym odbiciu na wrotach obciążenia, wracając do generatora musi po raz drugi przejść przez tłumik, czyli dotrze do punktu wyjscia z poziomem 2*N dB niższym niż poziom wyjściowy.

Nie mam pewności, ale przypuszczam, że Krzysztofowi chodzi tu właśnie o dodatkową izolację międzystopniową i stłumienie sygnału odbitego.

Stosowałem fabryczny generator 50MHz z wyjściem sinus do AD9835 (wprost) i AD9954 (powielanie x8 wewnątrz dds), i dokładnie takie zjawisko zauważyłem - w przypadku ad9835 sygnał był o wiele czystszy jeżeli chodzi o szumy fazowe (wąska szpilka na analizatorze) nawet mimo 10 bitowego C/A ( 9954 ma 14 bitowy). Oczywiście wyłączenie wewnętrznego PLL'a poprawiło sytuację na korzyść układu z dokładniejszym przetwornikiem.

Pozdrawiam, Paweł.

Witam,

Dnia 20-07-2006 (czwartek), Marek Dzwonnik napisał(a):

No fajnie, tylko takie układy to wg mojej wiedzy raczej na pasma mikrofalowe się stosuje, ewentualnie kilkaset MHz, ale nie na 120MHz. :) Poza tym - gdzie to kupić? Cena za sprowadzenie większa od fabrycznego (używanego) generatora. A konstrukcja amatorska - hmm, długość fali dla

120MHz to "zaledwie" ~3m, jedyny sens to chyba ciąć kabel koncentryczny. Może nie tym razem. :)

A co taki odbity sygnał może zrobić wtórnikowi?

Użytkownik "Dykus" snipped-for-privacy@SpAmYwp.pl napisał w wiadomości news:19kqni3oh3cvt$. snipped-for-privacy@40tude.net

No właśnie. Potrafię sobie wyobrazić cyrkulator mikrofalowy. Albo cyrkulator działający w pasmie akustycznym (na 3 opampach). Ale nie bardzo wiem co pomiędzy ;) Może Krzysztof podpowie coś więcej?

Dykus napisał(a):

A z jakiego powodu? Generator ma generować tylko jedną częstość?

Użytkownik "Dykus" snipped-for-privacy@SpAmYwp.pl napisał w wiadomości news: snipped-for-privacy@40tude.net...

[...]
[...]

Tak, do wybranego przez Ciebie overtonu. Mając rezonator overtonowy na 40 MHz bez problemu uzyskasz sygnał o częstotliwości 120 MHz.

[...]
[...]

Ponieważ w tego typu układach większe (znacznie większe) znaczenie ma praca z jak najmniejszym obciążeniem. Im większa dobroć, im słabsze sprzężenie, tym lepsze szumy fazowe (i widmo). Ja z reguły tak projektuję taki generator, aby na wyjściu dawał znacznie poniżej 0,5 Vpp. Z reguły - około

100 mV.

[...]

[...]

  1. Unikać "czystego" powielania na rzecz zwiększania krotności overotnu.

  1. Dioda obcinająca sygnał to dodatkowy element nieliniowy w ukłądzie. Dodatkowy i praktycznie bez możliwości precyzyjnego doboru punktu pracy. W efekcie "fundujemy" sobie psuja, który może narobić nam niezłego bigosu.

[...]

[...]

Sam przywoływałeś "Poradnik" SP6LB. Wczytaj się w rozdziały dot. konstruowania generatorów. Pierwszy wtórnik (raczej FET - mniej szumi) separuje właściwy oscylator od reszty. Wzacniacz o precyzyjnie dobranym punkcie pracy i wzmocnieniu - daje "power" ;-). Tu można zastosować właściwie dowolny element. Ja akurat wkładam jakiegoś MARa, ERA czy coś podobnego. Drugi wtórnik, o większym wzocnieniu mocy od pierwszego ma być separatorem dla MMICa. Właściwie, biorąc pod uwagę impedancję wyjściową MMICa równą 50 ohm (typowo), można by sobie darować ten drugi wtórnik. Ja tam jednak "słodzę truskawki" ;-).

[...]
[...]

Ciii ... nie mów tak ;-) Ja po prostu opisuję tor heterodyny mojego super-hiper-duper odbiornika na pasmo 430 MHz. W ukłądzie premiksera, _BEZ_ żadnych cyfrowych dupereli (PLL, DDS i takie tam...) Oscylator w _porządnym_ termostacie, przemyslany układ, zasilony czystym napięciem. Żadne tam warikapy, PICe i ATMELe. Sama czysta radiotechnika ;-). Może mi to ktos opublikuje? W kąciku porag RETRO-HAM ... ;-)

[...]
[...]

Dokładnie tak. Sygnał po wzmacniaczu podajesz na filtr pasmowo-przepustowy. Który to ma za zadanie wyfiltrować wszelkie syfy i sygnały nieporządane. A co się z nimi dzieje? Wracają do wzmacniacza, tam interferuja, intermodulują, interkopulują z sygnałem użytecznym. Wstawienie cyrkulatora pozwala wydzielic ten sygnał odbity, aby wytracić go w rezystorze absorbera. To klasyczne podejście w konstruowaniu generatorów wyższej klasy.

[...]
[...]

IMHO - porządny, dwuobwodowy filtr helikalny powinien wystarczyć. I znowu kłania sie "Poradnik" ;-) Zasadą jest ekranowanie każdego stopnia filtra.

[...]
[...]

To znowu moje przywyczajenia. Ale rzeczywiście, to możesz sobie darować.

[...]
[...]

Nie, nie mylisz się. Podstawą jest dostep do analizatora widma. Bez tego trudno liczyc na osiągnięcie dobrych wyników. Mozna oczywiście uruchomic cały tor jedynie za pomocą woltomierza z sondą w.cz. (V640 na przykład). Ale w celu zoptymalizowania układu analizator jest niezbędny.

[...]
[...]

Oczywiście, podwajacz diodowy to podstawa. Maximum efektów przy minimalnej komplikacji układu. Mój kolega, budując tor powielaczy do przemiennika na

144 MHz, wykorzystywał tranzystory 2N918. Indywidualnie dobierając punkty pracy poszczególnych stopni i obserwując efekty na analizatorze. Mozna zbudowac dobry powielacz na FETach, np. BF245. Innym rozwiązaniem może być wykorzystanie torów powielaczy z radiotelefonów RADMORa, odpowiednio modyfikując elementy filtrów.

Generalnie - poszukaj dostępu do analizatora widma. Tylko tak możesz zweryfikowac efekty pracy.

Pozdrawiam - Krzysztof Kucharski SQ9JKK

Użytkownik "Marek Dzwonnik" <mdz@WIADOMO_PO_CO_TO.message.pl> napisał w wiadomości news:44bfcdc7$ snipped-for-privacy@news.home.net.pl...

[...]

Dokładnie tak. Cyrkulatory są raczej trudno dostępne. Czasami trzeba stosować inne rozwiązania.

Pozdrawiam - Krzysztof Kucharski

Użytkownik "Marek Dzwonnik" <mdz@WIADOMO_PO_CO_TO.message.pl> napisał w wiadomości news:44bfd893$ snipped-for-privacy@news.home.net.pl...

[...]

Złom. Złom radiotechniczny ;-). Obecnie złomuje się sporo nadajników UKF i TV na III pasmo. Sam mam kilka sztuk na częstotliwości ponad 400 MHz. Widywałem też na pasma UKF CCIR. To już całkiem blisko do 120 MHz. Dlatego poprzednio wspomniałem o 3 dB tłumiku na wyjściu. Ewentualnie - kilka takich tłumików miedzystopniowych. Taki na przykład Rohde&Schwarz powszechnie stosuje tlumiki 3 dB w połączeniach międzystopniowych. Cyrkulatory są drogie ;-).

Pozdrawiam - Krzysztof Kucharski

Witam,

Dnia 20-07-2006 (czwartek), Filip Ozimek napisał(a):

Sam DDS ma posłużyć jako przestrajany "generator" (w całym zakresie jaki obejmuje, tzn. do ~30%*fref). Generator referencyjny 120 MHz to pojedynczy sygnał, przy czym z tegoż generatora chciałem także taktować procesory (z częstotliwością 20MHz). W związku z tym, będę miał napewno prążki co 20MHz, które w mniejszym lub większym stopniu przedostaną się na wyjście DDSa (tzn. całego urządzenia). Pomóc może ekranowanie poszczególnych bloków.

Jakoś uważam, że nawet w tym wypadku lepiej, jak wszystkie źródła będą w jakiś sposób skorelowane.

Chetnie bym zobaczyl jakies obliczenie jak szum kwarcu przenosi sie na szum wyjsciowego sygnalu przy dosc duzych czestotliwosciach, tzn

20-40 MHz :-)

Mozesz 120 podzielic. Wplyw nadal bedzie, ale chyba mniejszy :-)

Nie jestem pewien. Zobacz co maja wspolczesne systemy - rozpraszanie widma zegara, zeby prazek byl nizszy, choc szerszy.

J.

Witam,

Dnia 20-07-2006 (czwartek), Krzysztof Kucharski napisał(a):

Tzn. tak "bez niczego" będzie generował na 120MHz?! To 9 overton! Taki (pewnie) "byle jaki" kwarc, kupiony w sklepie za rogiem?

A jeszcze zapytam - to w jakich sytuacjach większe znaczenie ma wyższe napięcie? Ze wzorów jasno wynika, że im większa moc sygnału generatora, tym szumy mniejsze. Oczywiście wynika też, że im większa dobroć tym mniejszy szum.

Od osoby (też?) zajmującej się profesjonalnie radiokomunikacją wiem, że MOSFETy jako separatory spisują się bardzo dobrze (niekoniecznie pojedyńczy element). Przy okazji mamy wzmocnienie sygnału, a np. pojemność zwrotna wynosi kilka fetofaradów. MOSFETy (chyba) nie lubią pracować przy dużych sygnałach, ale 100mV powinno być ok.

E tam, ten PLL to wcale nie takie duperel. Jakoś nie wydaje mi się, by obecne przyrządy pomiarowe w.cz. z górnych półek nie miały wewnątrz PLLa... Faktem jest, że wymagania są inne niż przy (stosunkowo) wąskopasmowym generatorze dla odbiornika. Przeca PLL też potrafi poprawić czystość widmową generatora... Tyle, że konstrukcja może trudniejsza. Masz jakieś konkretne wartości szumów fazowych, jakie udało Ci się uzyskać? :)

Intermodulują to chyba nie bardzo? :) A interkopulacja to mi się prędzej z istotami żywymi kojarzy, niż z sygnałami... ;)

A ten helikalny to da mi duże tłumienie pozapasmowe? Wokół częstotliwości rezonansowych jest ostry, ale dalej... np. druga harmoniczna? Tzn. jeśli to będzie faktycznie pracowało na 9 overtonie (bezpośrednio na

120MHz, bez powielania), to wystarczy filtr dolnoprzepustowy, z biegunem tłumienia na drugiej harmonicznej. Dobre parametry można uzyskać budując taki filtr na płytce, bez żadnego ekranowania cewek. Tłumienie pozpasmowe

-60dB powinno wystarczyć.

Ale później znowu trzeba sygnał wzmocnić, więc pewnie wychodzi na jedno... :)

Dzięki uprzejmości pewnej osoby mam dostęp do dobrego analizatora, ale to na zasadzie, że przynoszę (prawie) gotowy układ do pomiaru, mierzymy, ewentualnie drobne poprawki i tyle. Nie na zasadzie by siedzieć przy tym i odbierać punkty pracy 4 stopni... :)

A już do samych szumów fazowych to byle analizator za 10 tysięcy nie wystarczy, więc prędko sobie nie kupię... ;)

Join the Discussion

Have something to add? Share your thoughts — no account required.

Didn't find your answer?

Ask the community — no account required