Autor Tema: PLL LO za microwave  (Posjeta: 617 )

0 Članova i 1 Gost pregledava ovu temu.

Offline 9A1Z

  • Hero Member
  • *****
  • Postova: 859
  • Member of 9A1CAL, 9A1CMS radio club
    • Profil
    • 9A1Z HOME PAGE
PLL LO za microwave
« : 03. Svibanj. 2018, 17:44:19 »
Još od prošlog Friedrichshafena  u ladici je do prije par dana bio netaknuti PLL LO za kako je pisalo 10-13 GHz. Radi se o modulu koji se u svom orignalu zove SLO  ( Synthesized Local Oscilator ) talijanske  firme Nort. Hvala na ukazivanju Adamu za mogućnost kupnje ove zgodne komponente za male novce. Tako je nekoliko primjeraka završilo i u 9A.  Prije tjedan dana sam modul izvadio iz ladice s namjerom da ga oživim.  Prilikom kupnje moduli su  se prodavati bez PIC-a u kojem je inicijalni program pa je isti trebalo nadomjestiti programski i hardware-ski. Naime modulom se upravlja I2C komunikacijom (tri pina: clock , data i CE). Modul je zasnovan na PLL čipu ADF4153.  Isti je prilikom pokretanja potrebno programirati na željenu frekvenciju a isto tako i parametrima koji su rezultat izbora opcija PLL-a ali i izvedbe oscilatora i drugo. Osnovni podaci skupljeni su iz originalnog data sheet-a za seriju ADF4153. Tu je opis parametara koji se kasnije koriste za  opis registara kao i drugi bitni podaci poput  frekvencijskog opseg čipa i ostaliih parametara koji određuju uporabnu vrijednost čipa. Nakon malog proučavanja  data sheet-a lako se koristiti slijedećim alatom:  Analog Devices Frac-N PLL Software.
Program generira sadržaj registara koje je potrebno prenijeti u modul. Dotični čip ima 4x   24 bitna registra koji se za ispravni rad moraju napuniti odgovarajućim vrijednostima.
Za programiranje sam odabrao Arduino Nano. Korištenje pinova mikrokontrolera kao  i način spajanja je opisan u programu čiji ispis dajem niže. Prije priključenja kontrolera na modul provjerio sam komunikaciju osciloskopom sa mogućnošću dekodiranja. Kada je osciloskop potvrdio ispravnost slanja  (MSB first!) sve je bilo spremno za priključenje. Naviknuti na dostupnost svega i svačega na internetu, nisam se previše brinuo o dokumentaciji. No firma više ne postoji , nema stranice, o modulu ni traga ni glasa. Srećom našao sam vrećicu sa sajma sa prospektom i šemom pa se bar nisam morao baviti inverznim inženjeringom pinova. Pinovi su kako slijedi: ako se modul gleda od gorenje strane , odostraga od lijevo na desno: CLOCK, DATA, CE, MAX OUT,  GND, 12V.
Kod spajanja potrebno je prilagoditi naponske nivoe signala. ADF radi na 3,2 V a Arduino na 5V . Kako su svi signali samo izlaz prema modulu napravio sam malo otporno dijelilo  za svaki od signala. Vrijednosti otpora su 1 naprema 2 . Npr. 10k i 4,7 k. Nastavak slijedi..
« Zadnja izmjena: 04. Svibanj. 2018, 06:32:03 9A1Z »
Luci, 9A1Z

Offline 9A1Z

  • Hero Member
  • *****
  • Postova: 859
  • Member of 9A1CAL, 9A1CMS radio club
    • Profil
    • 9A1Z HOME PAGE
Odg: PLL LO za microwave
« Odgovori #1 : 03. Svibanj. 2018, 17:46:58 »
Prvo programiranje nije dalo rezultate.
Na SA opsega do  3,2 G nema signala VCO-a. Signal PLL lock ne potvrđuje da se zatvara petlja PLL-a. Jedino se vidi signal LO na 20 MHz. Odvijač u ruke.. evo što se našlo ispod haube...


No prije toga treba se vratiti na početak. Od kakve je opće pomoći jedan takav izvor signala. Ja velim od velike. Stabilan i točan LO je možda i najbitniji dio mikrovalne stanice. Opisanim lokalnim oscilatorom moguće je slijedeće: postaviti ga na 10224 MHz  i koristiti kao LO mikrovalnog 3 cm transvertera sa 144 MHz IF,
moguće ga je postaviti na 10368.800 MHz i koristiti kao CW beacon ili čak fsk , postoje gotovi programi za Arduino.
Postavi li se na 11952 MHz može poslužiti kao LO u mikrovalnom transverteru za 24G sa subharmoničkim mikserom,
kako ovaj modul ima na 10 G izlaznu snagu od 10 mW pogodan je za proizvodnju harmonika mikrovalnom diodom u valovodu pa će stvoriti harmonike čujne barem do 47 GHz,
LO može poslužiti i kao LO miksera kojim možemo proširiti područje sprektralnom analizatoru. Npr. od 7 do 13 GHz   ako je osnovno područje SA do 3 GHz,
ako se prilagodi TV LNB na ovaj LO možemo napraviti sasvim upotrebljiv RX 10 GHz uređaj.
Iako se zbog dizajna ovog konkretnog oscilatora trebamo unaprijed opredjeliti za frekvenciju jer je agilnost VCO -a stotinjak MHz ipak sasvim je to  upotrebljiv i koristan  komad opreme. Svakom mikrovalnom amateru jako dobro dođe izvor signala sa poznatom frekvencijom i amplitudom.


Sada možemo zaviriti ispod poklopca..
« Zadnja izmjena: 03. Svibanj. 2018, 21:40:52 9A1Z »
Luci, 9A1Z

Offline 9A1Z

  • Hero Member
  • *****
  • Postova: 859
  • Member of 9A1CAL, 9A1CMS radio club
    • Profil
    • 9A1Z HOME PAGE
Odg: PLL LO za microwave
« Odgovori #2 : 03. Svibanj. 2018, 19:26:49 »
Srce modula je  PLL čip Analog Devices  ADF4153. Radi se o već sada malo zastarjeloj komponenti  jer ga slijede mlađe i bolje generacije čija je osnovna prednost ugrađen VCO.  ADF 4153 upravlja vanjskim VCO-om  a referntni clock dobija iz temperaturno stabiliziranog TCO-a frekvencije 20 MHz. Na shemi se vidi da je čipu potrebno dovesti upravljačke signale, potrebne napone ref freq iz TCO i Povratni signal iz VCO izlaza. Izlaz je charge pumpa za upravljenje varikap diodom u VCO.
Čip može raditi u frekvencijskom području do 4 GHz. U ovom oscilatoru mikrovalne frekvencije dosežu se sa dva stupnja umnažanja , pojačavanja i filtriranja  sve skupa 4 puta  te izlazno pojačalo( AD HMC441LC3B, 6-18GHz, max 21,5 dBm) daje signal od 10 dBm-a (10 mW).
(Shema u prilogu). Bilo bi jako zanimljivo izmjeriti stvarnu snagu signala a do tada vjerujemo da ima barem tih 10 mW.  Sve skupa to znači da je frekvencija VCO-a četvrtina izlazne frekvencije. U prvi mah detekcija VCO nije uspjela.
Ili je van mog mjernog područja ili oscilator ne radi.
Malo boljim čitanjem priručnika ustanovio sam da se pin MUX out može programirati tako da propušta razna interna stanja PLL-a. Npr da šalje na izlaz frekvenciju VCO podjeljenu sa programiranim faktorom djeljenja. Unio sam vrijednosti u program i signal se pojavio na izlazu. Ovo je bio bitan trenutak oživljavanja sklopa jer sam tek sada znao da programiram čip , da VCO radi i to da radi na frekvneciji 3,2 GHz točno na gornjoj granici mog SA i jednostavno ga nisam vidio.
Ujedno na osciloskopu se ispostavilo sljedeće : kod programiranja registara signal podjeljene frekvencije pojavio se nakon programiranja registra 2 te poslije nestao nakon programiranja registra 3. Naravno  kao obično ispostavilo se da logika ne vrijedi i da nije poželjno programirati registre po redu već postoji procedura R3e R3 R2r R0 R1 R2 . U programu piše više o tome. Isto tako u  Data sheet-u ADF4153 stranica 19, Initialization sequence.
Sam VCO je vrlo jednostavan. Izvedne je kao mikrostrip oko tranzistora BFR360F, dizajn poznat još od Matjaža Vidmara. U ovom slučaju upravljanje je samo sa jednom varikap diodom MA4ST i time je smanjena mogućnost promjene frekvencije. Napon upravljanja je samo 5 V!. Programiranjem PLL čipa opcijom Power down i Power off dovodi se minimalni i maksimalni napon na VCO te je tako moguće utvrditi područje upravljanja. Izmjerio sam da je to područje oko 150 MHz. Dodavanje diode mi se nije sviđalo pa sam presjekao petlju rezonatora i dodao komadić zračne petlje od posrebrene žice . Frekvenciju sam smanjio sa 3.2 GHz na 2,5 GHz.  Signal VCO-a pojavio se na SA a signal LOCK PLL kada sam se približio parametrima zadanoj frekvenciji. Rješenjem sam postigao da mogu promijeniti frekvencije  izlaza u granicama od 10368.800 do 10224 Mhz. Oscilator je uz ovu a i druge isprobane varijante uvijek agilno i veselo oscilirao. Pomak se može simulirati i unašanjem dodatnog kapaciteta prstom dodirujući u blizini diode.
 Izgled signala   zalokanog VCO je na slici. Točnost LO 20 MHz sam namjestio na 1Hz. Odstupanje na 2.5 GHz je oko 30 Hz. Fazmi šum je oko 50 dBc-a  a najviše se može poboljšati uključenjem opcije Fast Lock kada se smanjuje za desetak decibela. Izlaz na 10 GHz promatrao sam sa sat LNB-om . Signal 10 GHz je na granici propusta  IF-a  te je barem za 10 dB slabiji nego što bi bio da je u pojasu.
Uređaj se pri radu jako grije. nazivni napon je 12V no kako je najviši  korišteni napon u uređaju  5 V sasvim je dovoljno napajati ga sa 6V  a za najmanji šum sa 8 do 9V . Pri naponu od 9 V uređaj se dovoljno zagrije da se dodatno stabilizira LO a da nije potrebn dodatan hladnjak.
« Zadnja izmjena: 04. Svibanj. 2018, 06:37:09 9A1Z »
Luci, 9A1Z

Offline 9A1Z

  • Hero Member
  • *****
  • Postova: 859
  • Member of 9A1CAL, 9A1CMS radio club
    • Profil
    • 9A1Z HOME PAGE
Odg: PLL LO za microwave
« Odgovori #3 : 03. Svibanj. 2018, 19:33:10 »
... slijede slike , sheme i linkovi.


ADF4153 Data Sheet:
hmc441lc3b data sheet:www.analog.com/media/en/technical.../data.../hmc441lc3b.pdf

Shema synt 10 -13 GHz

Analog Devices Frac_N PLL software 4.3.7 : ___
ADF4153_setings_10368_900B ( za unos u program mojih postavki)
Slike oscilatora ___;
SA VCO  2,5 GHz , SA 10 GHz  RX convertor LNB____
  1z

« Zadnja izmjena: 03. Svibanj. 2018, 21:15:07 9A1Z »
Luci, 9A1Z

Offline 9A1Z

  • Hero Member
  • *****
  • Postova: 859
  • Member of 9A1CAL, 9A1CMS radio club
    • Profil
    • 9A1Z HOME PAGE
Odg: PLL LO za microwave
« Odgovori #4 : 03. Svibanj. 2018, 19:43:50 »
Ovakvi projekti obično padaju na banalnostima . Npr. gdje nabaviti konektor za sklop. Srećom pa paše IC letvica koja se odlomi na 6 pina i sa jedne strane se pobrusi plastika. Sve skupa zalemljeno na malu proto pločicu gdje se mogu zalemiti otpornici za level shift i žice za napajanje. Slika preostale letvice u prilogu.


Nadam se da će ovaj zapis biti nekome od pomoći. Možda Adam zna amatere koji još mogu nabaviti  ove ili slične oscilatore.  Pozdrav mikrovalcima   1z
« Zadnja izmjena: 03. Svibanj. 2018, 21:15:49 9A1Z »
Luci, 9A1Z

Offline 9A1Z

  • Hero Member
  • *****
  • Postova: 859
  • Member of 9A1CAL, 9A1CMS radio club
    • Profil
    • 9A1Z HOME PAGE
Odg: PLL LO za microwave
« Odgovori #5 : 03. Svibanj. 2018, 21:19:44 »
Slijedi program za Arduino Nano . Radi se o osnovnom SW koji ne radi ništa posebno već samo na početku upiše registre u ADF4153.

NIže je prikaz slanja registra na osciloskopu i rezultat poboljšanja faznog šuma uključenjem opcije fastlock


o. /*
******************************************************
  Sketch for controlling an AD ADF4153 Frac-N synthesiser
  over its SPI bus.

  This module uses the Arduino SPI library (comes bundled with
  the Arduino IDE) to enable communication between an
  Arduino program and an SPI  enabled peripheral chip.

  The routine reads in the hex vales from the sketch and sends
  them to the chip. The hex programming values can be generated
  in the AD programme "ADF4153-4-6-7 PL Software" which can be
  downloaded here http://www.analog.com/en/design-center/evaluation-hardware-and-software/evaluation-boards-kits/EVAL-ADF4153.html#eb-overview
 
  The SPI library uses pin 13 of the Arduino Uno for clock.
  Serial data is sent out on pin 11.

  This routine uses pin 10 as the chip select for the
  SPI device to be programmed.

  add by Luci 9A1Z:   it is important to folow the procedure which registers to be programed in which order.
  program under this order: R3 empty , R3 real data, R2 real value with reset counter, R1 , R0 , r2 again reset counter off.

  Values for 2592,22 MHz / what give x4 10368.880 Mhz >beacon band
  LO ref = 20 Mhz
  Channel spacing= 10 kHz
  Charge pump 2,5
  Disable , disable, positive, 24 PFD, disable, lowest noise mode, digital lock detect
  Fast lock : Enabled
R3 000003
R3 0003C7
R2 0017C6
R1 145F41
R0 A05318
R2 0017C2


 
 
******************************************************
*/
#include <SPI.h>                            //  Links prewritten SPI library into the code
void setup()
{
  delay(1000);
  pinMode(10, OUTPUT);                //  Set SPI pins to be outputs
  pinMode(11, OUTPUT);
  pinMode(13, OUTPUT);
  digitalWrite(10, HIGH);
  digitalWrite(11, HIGH);
  digitalWrite(13, HIGH);
  SPI.begin();                            //  Initialize SPI parameters
  SPI.setBitOrder(MSBFIRST);              //  MSB to be sent first
  SPI.setDataMode(SPI_MODE0);             //  Set for SPI Mode 0
  //SPI.setClockDivider(SPI_CLOCK_DIV128);   //  Set clock divider (optional)  ovo iskljuci
  // See Arduino site or Wikipedia for more info on these settings
  // postavljanje frekvencije posebna procedura v vidi PDF strana 19
  digitalWrite(10, LOW);
  SPI.transfer(0x00);               //  Do SPI transfer of variable pot  R3 reset
  SPI.transfer(0x00);
  SPI.transfer(0x03);
  digitalWrite(10, HIGH);
  //delay(1);
  digitalWrite(10, LOW);
  SPI.transfer(0x00);               //  Do SPI transfer of variable pot  R3 real value
  SPI.transfer(0x03);
  SPI.transfer(0xC7);
  digitalWrite(10, HIGH);      //  Raise chip-select to 1
  //delay(1);
  digitalWrite(10, LOW);
  SPI.transfer(0x00);//  Do SPI transfer of variable pot R2 > reset counter
  SPI.transfer(0x17);
  SPI.transfer(0xC6);
  digitalWrite(10, HIGH); //  Raise chip-select to 1
  //delay(1);
  digitalWrite(10, LOW);
  SPI.transfer(0x14);               //  Do SPI transfer of variable pot  R1
  SPI.transfer(0x5F);
  SPI.transfer(0x41);
  digitalWrite(10, HIGH);      //  Raise chip-select to 1
  //delay(1);
  digitalWrite(10, LOW);
  SPI.transfer(0xA0);              ////// //  Do SPI transfer of variable pot  R0
  SPI.transfer(0x53);
  SPI.transfer(0x18);
  digitalWrite(10, HIGH);      //  Raise chip-select to 1
  //delay(1);
  digitalWrite(10, LOW);
  SPI.transfer(0x00);               //  Do SPI transfer of variable pot  R2 again  counter reset off
  SPI.transfer(0x17);
  SPI.transfer(0xC2);
  digitalWrite(10, HIGH);
}


void loop()
{

  //  Raise chip-select to 1
  delay(100);                 //  Delay loop 1 seconds (pick your time frame)
}                              //  Data will be read and sent once every 1 seconds based on this


JOŠ ĆU MORATI NEKOLIKO PUTA STISNUTI UREDI TE ISPRAVITI GREŠKE A IMAM JOŠ I SLIKOVNOG MATERIJALA.. STIŽE
« Zadnja izmjena: 03. Svibanj. 2018, 21:42:04 9A1Z »
Luci, 9A1Z

Offline 9A1Z

  • Hero Member
  • *****
  • Postova: 859
  • Member of 9A1CAL, 9A1CMS radio club
    • Profil
    • 9A1Z HOME PAGE
Odg: PLL LO za microwave
« Odgovori #6 : 04. Svibanj. 2018, 06:18:03 »
Jutro..

Gorane hvala na komentaru i savjetima. Meni osobno je bilo zanimljivo istraživanje.. sada kada je sklop živ otvaraju se mogućnosti konkretne primjene. Sasvim sigurno napraviti ću program za beacon te sva skupa staviti u kutijicu da se nađe pri ruci kada treba. Ova verzija sklopa je ograničena izvedbom VCO-a koji se da sa 5 V navlačiti najviše  200 MHz pa je potrebna HW intervencija pri odabiru željenog  dijela banda.  Na istoj pločici postoji i prostor za drugi tip VCO-a koji je očito agilniji i jer se tada koristi 12V ako ništa drugo... Kako imam GSP kontrolirani 10 MHz izvor moguće je da cijeli PLL discipliniram.

Ideja ima! Nije za zgorega spomenuti da ovaj komad mikrovalne opreme stoji oko 150 kn. Ako netko ide na sajam ove godine u FSH znate što vam je činiti   ;)  1z
Luci, 9A1Z

Offline 9a4qv

  • Hero Member
  • *****
  • Postova: 2448
  • "I do not think that the wireless waves I have dis
    • Profil
    • Croatia microwave
Odg: PLL LO za microwave
« Odgovori #7 : 04. Svibanj. 2018, 21:49:02 »
Bravo Luci !!!!

Ja imam još par komada te željezarije. Moji su natjerani da rade na 12.7Ghz i sa dobrom izlaznom snagom. Problem je fazni šum koji je kod talijanskog autora katastrofa. Ne može se koristiti na 10GHz za uskopojasni rad. Ti si dobio bolje performance definitivno.

Od hardweraja trebalo bi zamjeniti VCO, CP i naravno 20Mhz referencu.
Onda bi se dobilo nešto korisno.
Ne zaboravi podesiti i izlazni filter ako mijenjaš znatno frekvenciju.

Adam
"I do not think that the wireless waves I have discovered will have any practical application."
Heinrich Rudolf Hertz

Offline 9A1Z

  • Hero Member
  • *****
  • Postova: 859
  • Member of 9A1CAL, 9A1CMS radio club
    • Profil
    • 9A1Z HOME PAGE
Odg: PLL LO za microwave
« Odgovori #8 : 07. Svibanj. 2018, 06:21:55 »
Pozdrav Adam. Možda se može u programu promijeniti koja opcija...
 Dobar prijedlog za izlazni filter , ne znam za koju je točno frekvenciju dizajniran možda se poigram malo sa patch-evima..

Luci 9a1z
Luci, 9A1Z