LO PLL ADF4350

US4ICI – ведущий конструктор-разработчик

История создания синтезатора

В поисках недорогого решения для LO SHF трансвертера обратил внимание на микросхему ADF4350. Разработка Analog Devices 2008 года хорошо известна и используется давно в конструкциях радиолюбителей, например этой.

Содержит VCO 2200 MHz — 4400 MHz. Делитель частоты VCO кратный 1/2/4/8 или 16 позволяет синтезировать частоты от 137.5 MHz до 4400 MHz. Неплохой фазовый шум (примерно -100 dBc/Hz, 10 kHz на частоте 1152 MHz). Разработка выполнена для применения в качестве LO SHF (трансвертер, маяк) на фиксированную частоту. Рекомендуемый диапазон частот: 550 — 4400 MHz. Если использовать делитель VCO больше чем на /4 нужно позаботиться о фильтрации выходного сигнала.

Конструкция синтезатора

Для разработки ПО приобретена демонстрационная плата. Плата содержит опорный генератор 25 MHz и требует внешний контроллер для управления регистрами. В качестве контроллера использован AVR Attiny13. Программа написана на С для AVR и позволяет записать 4 частоты, выбор которых осуществляется двумя перемычками (S1 и S2 на схеме).

Принципиальная схема LO-PLL-ADF4350 приведена на Рис. 1

Принципиальная схема LO PLL ADF4350

Рис. 1 Принципиальная схема LO-PLL-ADF4350

Схема соответствует рекомендациям AD. Предусмотрено внутрисхемное программирование контроллера. В качестве стабилизаторов напряжения использовал 4 микросхемы lp2992im5-3.3. Такое количество малошумящих стабилизаторов позволяет полностью реализовать характеристики микросхемы гарантированные производителем по фазовому шуму и спурам. На выходе синтезатора микросхема усилителя AG303-86. Захват ФАПЧ индицирует светодиод. Предусмотрен вход для внешнего опорного генератора.

Печатная плата LO-PLL-ADF4350

Рис. 2.1 Печатная плата LO-PLL-ADF4350

Печатная плата размером 42 mm x 28 mm выполнена на материале FR4, 1 mm с металлизацией отверстий и маской. Предусмотрена установка защитного экрана из луженой жести. Питание платы 5 V +/-10%, потребляемый ток не более 140 mA. Для крепления платы в корпус предусмотрены 4 отверстия под винты М2. Корпус должен служить теплоотводом. С установленным экраном доступны вход питания 5 V, перемычки установки частоты (S1 и S2), вход внешнего опорного генератора, выход PLL и светодиод захвата ФАПЧ. Для программирования контроллера экран необходимо снять. Удобно использовать адаптер-зажим для корпуса soic8-sop8. С его помощью программатор подключается к Attiny13 без паяльника. Разъем для внутрисхемного программирования не устанавливал чтобы не увеличивать размер платы.

Область покрытия защитного экрана приведена на Рис. 2.2

Область покрытия защитного экрана LO PLL ADF4350

Рис. 2.2 Область покрытия защитного экрана LO-PLL-ADF4350

Стабильность частоты PLL, и его максимально достижимый фазовый шум зависят от параметров опорного генератора. Частота ОГ должна быть в пределах 10 — 250 MHz, СПМШ не хуже -130 dBc/Hz, 1 kHz (зависит от частоты ОГ). В данной конструкции использован недорогой ТСХО с температурной стабильностью 0.5 ppm, -20 +70 C°, 10.000 MHz, SMD размеры 3.5 х 2.7 х 0.9 mm.

Такой ОГ подойдет для домашнего маяка, трансвертера 23cm тропо. Для SHF выше 23cm, EME WSJT необходим внешний ОГ с лучшей стабильностью. Внешний вид PLL с установленным экраном и без него представлен на Рис. 3

Рис. 3 Внешний вид PLL с установленным экраном.

Программирование PLL

Евгений Ульянов – описание работы и программирование PLL

Программа написана на языке C в среде Atmel Studio 7.0. В качестве компилятора используется GCC версии 5.4.0.

Частоты могут задаваться в явном виде через директивы define препроцессора. Таким же образом устанавливается частота ОГ.

При использовании кварцевых генераторов 10.000 MHz, 13.000 MHz и 25.000 MHz гарантирована установка любой выходной частоты в допустимых пределах 550 — 4400 MHz с шагом 100 kHz.

Для установки частоты с более мелким шагом или другими, в том числе дробными, частотами кварцевых генераторов необходимо воспользоваться программой ADF435x (скачать) для расчета значений INT, FRAC и MOD под конкретную частоту с конкретным ОГ. В этом случае также возможна установка частот LO PLL под разные частоты ОГ.

После запуска программы ADF435x во вкладке «Select Device and Connection» необходимо выбрать микросхему синтезатора — ADF4350, а затем открыть вкладку «Main Controls».

В поле «RF Frequency» вводим необходимую выходную частоту. Частоту ОГ вводим в поле «Reference Frequency». Если возле какого-либо поля отобразится восклицательный знак в желтом треугольнике — параметр выходит за допустимые пределы. Например, значение MOD получилось более 4095. Для устранения подобных явлений зачастую достаточно изменить значение поля «Channel spacing». Чем меньше значение — тем вероятнее столкнуться с подобной ситуацией. Поэтому, при использовании исходного кода, где расчет производится из явного задания частот препроцессором компилятора с помощью целочисленной арифметики, категорически не рекомендуется изменять значение шага перестройки в 10kHz!

Следует помнить, что возможность деления или умножения ОГ не реализована в программе. Так же не реализовано деление VCO более чем на 4.

При отсутствии навыков программирования можно просто изменить (ориентируясь на datasheet) соответствующие значения параметров в блоках define, описывающих содержимое управляющих регистров синтезатора. Например, если нам необходимо задать значение «R Counter» не 1 а 6 – для этого нужно изменить строку

#define ADF4351_R_COUNTER 1
на
#define ADF4351_R_COUNTER 6

Необходимо помнить, что эти изменения повлияют на все четыре частоты!

Если программа ADF435x не отображает знака предупреждения – значения рассчитанных INT, MOD и FRAC можно вносить в определения для соответствующей частоты FREQ1, FREQ2, FREQ3 или FREQ4. Например, для частоты F1 = 1152.030 MHz с ОГ = 25 MHz и рассчитанных значений INT = 92, FRAC = 203 и MOD = 1250:

#define ADF4351_INT_F1 92
#define ADF4351_FRAC_F1 203
#define ADF4351_MODULUS_F1 1250

При этом необходимо указать и само значение частоты, так как исходя из этого значения устанавливается соответствующий делитель VCO:

#define FREQ1 1152030
Задание частот

Рис. 3 Задание частот

В архиве (скачать) находятся исходные коды для варианта с расчетом (adf4350_tiny13a.c) и варианта с прямым заданием значений INT, MOD и FRAC (adf4350_tiny13a_nocalc.c), а также готовый hex-файл прошивки для частоты ОГ = 10 MHz и выходных частот: 1151 MHz, 1152 MHz, 1296 MHz, 1297MHz.

При прошивке микроконтроллера необходимо запрограммировать фьюзы следующими значениями: low: 79, high: FF.

В качестве программатора можно использовать любой программатор для AVR, например usbasp.

Информацию об использовании программатора, установке и настройке ПО можно найти в сети Интернет. Для компиляции прошивки из исходного текста достаточно в среде Atmel Studio 7.0 создать новый проект «GCC C Executable Project», выбрать тип используемого микроконтроллера (attiny13a) и заменить содержимое автоматически сгенерированного файла main.c содержимым файла из архива. Затем переключить конфигурацию с «Debug» на «Release» и нажать кнопку F7. Если все сделано верно, то после компиляции в каталоге с проектом в директории «Release» будет находиться готовый к прошивке hex-файл.

В данной программе установка выходной частоты производится во время подачи питания на плату LO PLL. Далее контроллер переходит в режим сна. Возможна доработка программы под другие задачи, например сканирование по двум или четырем частотам для многодиапазонного маяка.

Технические характеристики LO PLL ADF4350
RF range: 550 — 4400 MHz
TCXO stability: Typ. +/– 0.5 ppm -20 +70 C° @ 10 MHz
Pre-installed configuration: F1 = 1151 MHz (used by default)
F2 = 1152 MHz (configure S1 = ON, S2 = OFF)
F3 = 1296 MHz (configure S1 = OFF, S2 = ON)
F4 = 1297 MHz (configure S1 = ON, S2 = ON)
PLL SSB PN @ 10 kHz Offset: -100 dBc/Hz at 1152 MHz
Output power: > 10 dBm
DC voltage: 5 V +/–10%
DC current: < 140 mA
PCB dimensions: 42 mm x 28 mm

Частоты могут быть запрограммированы согласно вашим требованиям в допустимом диапазоне частот. В качестве альтернативы часть частот можно запрограммировать для работы с интегрированным ОГ, а часть для работы с вашим внешним ОГ.

Для пользовательской прошивки PLL заполните эту форму. Обязательно укажите 4 желаемые частоты, при использовании внешнего ОГ укажите частоту вашего ОГ.

Оставить комментарий