SHF Ultra Low Phase Noise PLL Hittite Microwave


История создания синтезатора

После выхода в свет трансвертера 23 см с синтезатором на IC SI4113-D-GT и критике отдельных коллег относительно высоких фазовых шумов PLL занялся поиском альтернативного варианта синтезатора для SHF трансвертеров. Использование SI4113 в качестве LO для диапазонов 5.7 и 10 ГГц с умножением частот 1-2 ГГц приводит к ухудшению СПМШ гетеродина. Задача создания СВЧ синтезатора с низкими фазовыми шумами одновременно доступного для нас по цене оказалась весьма не простой! Анализ в течении года IC PLL привел к выбору интересного решения от Hittite Microwave.  Эта компания выпускает серию IC синтезаторов с интегрированным VCO с диапазоном частот 665-5660 МГц.

Конструкция синтезатора

Серия из девяти МС отличается в основном диапазоном частот ГУН. Каждая МС работает в трех участках частот: основная частота ГУН, деленная на два и умноженная на два. Синтезатор с дробным коэффициентом деления ГУН позволяет достичь шаг перестройки несколько герц при весьма низких фазовых шумах. Например HMC820LP6 на частоте 1152 МГц (LO для трансвертера 23 см с ПЧ 144 МГц) имеет СПМШ -118 дбс/Гц при отстройке от несущей на 10 кГц, что лучше чем у SI4113 примерно на 25 дБ.

Для диапазона 5.7 ГГц идеально подходит HMC840LP6, СПМШ которой на частотах 5240-5660 МГц составляет -109 дБс/Гц 10 кГц.  С последующим умножением эти синтезаторы можно использовать для диапазонов 10 ГГц, 24 ГГц и выше.
Для достижения низких фазовых шумов в этом PLL необходимо применять опорный генератор на частоту 50-100 МГц с фазовыми шумами не хуже -150 дБс/Гц 10 кГц. К сожаления OCXO и TCXO с такими параметрами дороги и это стало отдельной проблемой при разработке данного синтезатора.

Принципиальная схема синтезатора не несет особенностей относительно рекомендованной Hittite.  Использованы лишь другие малошумящие стабилизаторы напряжения 3 и 5 В. В последнем варианте печатная плата включает OCXO Vectron на частоту около 64 МГц. Плата синтезатора размером 60х60 мм выполнена на FR4, 1mm, с маской. HEX файл для HMC820, частоты 1152, 1151, 1246 и 1268 МГц, —  PLL.

Печатная плата синтезатора

Рис. 1 Печатная плата синтезатора

Корпус синтезатора выполнен из плиты алюминия Д16 фрезерованием на станке с ЧПУ. Чертеж корпуса: скачать (в формате pdf). Размер 70х70х24 мм.  Вес 200 гр.

Контроллер синтезатора выполнен на ATTINY45 и позволяет зашить четыре частоты, выбор которых осуществляется переключателем на плате.
Усилитель выходного сигнала двухкаскадный на IC GVA-63, GVA-84.  Выходной уровень зависит от частоты, и может достигать 16 дБм (при использовании умножения ГУН на два).

Корпус IC PLL размером 5х5 мм имеет 40 выводов (площадки под корпусов) что оставляет мало шансов для нас, любителей самостоятельной сборки. Для монтажа нужна паяльная станция и микроскоп. На плате применены SMD компоненты размером 0603 и 0805 (несколько блокировочных конденсаторов 1206).
Синтезатор на HMC820LP6 использован в новом трансвертере диапазона 23см:  Принципиальная схема  представлена на Рис. 2

Принципиальная схема синтезатора

Рис. 2 Принципиальная схема синтезатора

На микросхеме HMC840LP6 реализован синтезатор трансвертера диапазона 6см. Разработан  вариант синтезатора с дополнительным удвоителем XX1002-QH на выходе: c микросхемой PLL HMC820 диапазон выходных частот 8760 — 10200 МГц (например, 9936 МГц для трансвертера 3 см с ПЧ 432 МГц), с HMC840 частоты 10480 — 11320 МГц. Выходной уровень 15 дБм. Плата PLL с удвоителем представлена на Рис.3

Плата PLL с удвоителем

Рис. 3 Плата PLL с удвоителем

Схема включения IC PLL и выходной уровень зависят от режима работы ГУН.  В режиме удвоения частоты ГУН выходной уровень менее 0 дБм.  На основной частоте ГУН уровень сигнала позволяет обойтись одним каскадом усиления, например на AG604.  От выходной частоты зависят так же номиналы отдельных компонентов схемы PLL и усилителя. По этой причине не удалось спроектировать универсальную схему (и платы) для HMC820 и HMC840 со всеми комбинациями  ГУН.  В качестве широкополосного решения следует применять HMC833 с диапазоном частот 25-6000 МГц.

Стабильность частоты PLL, и его максимально достижимый фазовый шум зависят от параметров опорного генератора. Частота ОГ должна быть не ниже 50 МГц, СПМШ не хуже -150 dBc/Hz, 10 kHz. В данной конструкции использован OCXO Vectron с температурной стабильностью 0.2 ppm, на частоту 63.8976 Mhz. Используется режим с дробным коэффициентом деления ГУН. Точность установки частоты 100 Гц (фактически определяется точностью частоты ОГ). Фазовый детектор работает на частоте ОГ без деления.

Технические характеристики PLL HMC820, HMC840
HMC820LP6
Fout, MHz 1095 — 1275 2190 — 2550 4380 — 5100
SSB PN @ 10kHz Offset, dBc/Hz -121 -115 -109
HMC840LP6
Fout, MHz 1310 — 1415 2620 — 2830 5240 — 5660
SSB PN @ 10kHz Offset, dBc/Hz -121 -115 -109
Pout, dBm >18
Up, V DC 8
Ip, A 0.6
OCXO (Vectron) frequency stability (0 … +70 °C) typ. ± 0,2 ppm max
Размеры, мм 70х70х24
Вес, кг 0.2

Над разработкой так же трудились Александр Плаха, US3IET,  (моделирование, программа для МК), Роман, UR6ISU (макетирование, монтаж). Выражаю большую благодарность разработчикам за проделанную на протяжении года работу!

  1. Здравствуте!
    Случайно наткнулся на ваш сат пребывая в поисках схемы синтезатора частоты на диапазон 5-6 ггц.
    Такой синтезатор мне нужен как гсс (генератор стандартных сигналов,возможно как составная часть иачх (измеритель амплитудно-частотных характеристик)
    Возможно ли изменить схему представленного вами синтезатора,чтобы он выдавал сигнал 5-6 ггц?

Оставить комментарий