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. Четыре малошумящих стабилизатора позволяет полностью реализовать характеристики микросхемы PLL, гарантированные производителем (фазовый шум, спуры). 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 представлен на Рис. 3

Внешний вид PLL с установленным экраном

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

Для установки выходной частоты с более мелким шагом или другой, в том числе дробной, частотой ОГ необходимо воспользоваться программой ADF435x (скачать) которая поможет рассчитать соответствующие значения INT, FRAC и MOD для конкретной выходной частоты с заданной частотой ОГ. В этом случае так же возможна установка выходных частот LO PLL под разные частоты ОГ.

После запуска программы ADF435x во вкладке «Select Device and Connection» необходимо выбрать нашу 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 рядом с каким-либо полем отобразится восклицательный знак в желтом треугольнике — параметр выходит за допустимые пределы. Например, значение MOD получилось более 4095. Для устранения подобных явлений в большинстве случаев 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 этом имеется возможность полного управления работой микросхемы синтезатора  даже при отсутствии навыков в программировании. Для этого достаточно изменить, ориентируясь на datasheet, соответствующие значения параметров в блоках #define, описывающих содержимое управляющих регистров синтезатора. Например, для изменения значения «R Counter» с 1 на 6, необходимо заменить строку

#define ADF4351_R_COUNTER 1
на
#define ADF4351_R_COUNTER 6

Стоит помнить, что эти изменения повлияют на все выходные частоты!

Рассчитанные программой ADF435x значения INT, MOD и FRAC заносятся в определения для соответствующей выходной частоты. Например, для частоты F1 = 1152.030 MHz с ОГ = 25 MHz и 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 после подачи питания на плату LO PLL, а так же после изменения состояния перемычек, определяющих выходную частоту. Задержка перед загрузкой данных в регистры микросхемы ADF4350 после подачи питания составляет 500 ms.

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 программируются согласно вашим требованиям. Возможно любое сочетание частот опорного генератора и выходной PLL (в допустимом диапазоне частот, частота опоры 10 – 25 MHz (минимальный шаг 100 kHz), выходные частоты 550 – 4400 MHz (минимальный шаг 10 kHz)). Часть частот можно установить для работы с интегрированным ОГ, а часть для работы с внешним ОГ. В этом случае указывайте частоту опоры для каждой выходной частоты.

Примеры:
1. Пример установки целых частот. Частота ОГ = 10.000 MHz. Выходные частоты: F1 = 1296.000 MHz (PLL настроен по умолчанию на работу с F1) F2 = 1152.000 MHz F3 = 1268.000 MHz F4 = 2320.000 MHz
2. Пример установки дробных частот. Частота ОГ = 10.100 MHz. Выходные частоты: F1 = 1296.010 MHz (PLL настроен по умолчанию на работу с F1) F2 = 1152.010 MHz F3 = 1268.010 MHz F4 = 2320.010 MHz
3. Пример установки частот под разные частоты ОГ. F1 = 10.000@1151.000 (PLL настроен по умолчанию на работу с F1) F2 = 25.000@1151.000 F3 = 10.000@1296.000 F4 = 25.000@1296.000

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

Оставить комментарий