Wie entwerfe ich einen billigen Sinusgenerator mit bis zu 200 MHz?

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Ich möchte einen billigen Breitbandoszillator für einen Antennenanalysator herstellen, den ich entwerfe. Ich möchte eine einfache Sinuswelle über einen weiten Frequenzbereich. Ich möchte keinen DDS-IC wie den AD9851 verwenden, weil er teuer ist und sich wie ein Overkill anfühlt.

Ich habe mir den SI5351A angesehen , der einen 50-Ohm-Rechteckwellentakt mit bis zu 200 MHz erzeugt.

Ich möchte diesen Rechteckwellenausgang in eine Sinuswelle im Bereich von 1 MHz bis 200 MHz umwandeln. Was ist der einfachste und billigste Weg, dies zu tun?

Zwei Ideen, die mir in den Sinn kommen, sind

  1. Zwei kaskadierte Operationsverstärker-Integratoren, die einen OPA355 oder ähnliches verwenden
  2. Eine Reihe von Tiefpassfiltern, die alles außer dem Grundfilter herausfiltern und den gesamten Frequenzbereich abdecken. Zum Beispiel Filter mit Grenzwerten von 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 und 256 MHz? Der richtige Filter wird mit steigender Frequenz von einem 8-Port-Analogschalter umgeschaltet. Dies scheint eine Menge Filter zu sein, aber alle diese Komponenten sind rein passiv und hätten relativ lockere Toleranzen.

Ist der Ansatz der Verwendung eines Taktgenerator-IC sinnvoll? Wenn ja, welcher dieser Filter ist am sinnvollsten, um den Ausgang in eine Sinuswelle umzuwandeln? Vielen Dank.

Vieh
quelle
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Bitte beachten Sie, dass Sie im Grunde genommen einen Sender bauen und ihn an eine Antenne anschließen. Ich habe eine vage Erinnerung daran, dass diese Art von Antennenanalysator in Deutschland verboten ist, konnte aber keine Quelle finden, die ich zitieren könnte. Ich erinnere mich daran, weil ein Unternehmen, für das ich gearbeitet habe, Mitte der neunziger Jahre aufgrund dieses Gesetzes einen neuen Analysator kaufen musste. Wenn Sie nur sagen, könnten Sie Ihre Nachbarn ärgern und von der FCC Ihres Landes besucht werden, wenn Sie dieses Ding benutzen.
JRE
Ja, vermutlich würde die Leistung in Mikrowatt liegen. Wie Sie hervorheben, wäre es Sache des Betreibers, sicherzustellen, dass er innerhalb von Bändern operiert, für die er gesetzlich lizenziert war.
Vieh
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Wie rein brauchst du die Sinuswelle? Welche Auflösung in der Frequenz? Welche Auflösung bei der Amplitudenregelung? Welche Stabilität in beiden und ebenso Frequenzjitter. Wenn Sie Bottom-End-Qualität wollen, dann sollte Ihre Idee funktionieren
Andy aka
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es scheint, als hätte eine Digitaluhr eine hervorragende Frequenzstabilität? Sie können dies selbst beantworten, nachdem Sie das Datenblatt des SI5351 gelesen haben. Was wird als Referenz für diesen Chip verwendet? Schauen Sie im Blockdiagramm nach, woher die PPLs ihre Referenzfrequenz beziehen. Ich bezweifle jedoch, dass dieser Chip Ihren Anforderungen entspricht, da er sehr wahrscheinlich ein sehr verrauschtes (nervöses) Signal erzeugt. Es wurde entwickelt, um digitale ICs zu takten. Digitale ICs kümmern sich nicht um die Reinheit der Uhr. Für Ihre Anwendung ist dies möglicherweise wichtiger.
Bimpelrekkie
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Ich stimme Andy zu, dass Sie Ihre Anforderungen einschließlich Ihres Budgets festlegen müssen . Warum gibt es keine billigen 1 - 200 MHz Sinusgeneratoren zum Verkauf? Weil es nicht so einfach ist, eine anständige Sinuswelle für diesen gesamten Bereich zu erzeugen. Wenn Sie eine anständige Sinuswelle (sagen wir weniger als 10% Verzerrung) mit einer stabilen Frequenz wünschen, ist ein DDS der richtige Weg. Bis zu 20 MHz reicht ein billiger DDS aus. 200 MHz bewegen sich im HF-Bereich, sodass die Preise explodieren. Bitte beweisen Sie mir das Gegenteil, indem Sie mir ein Design mit einem Budget zeigen, das dies kann, weil ich keines gesehen habe.
Bimpelrekkie

Antworten:

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Wenn Sie bereit sind, geschaltete Filterbänke zu verwenden, können Sie auch geschaltete Filterbänke von Colpitts-Sinusoszillatoren verwenden. Ein Transistor liefert eine ausreichend gute Sinuswelle und fügt ein paar Varaktordioden hinzu. Sie erhalten eine einfache Gleichspannungsregelung der Frequenz über einen Bereich von mehr als 2: 1, dh eine Colpitts-Schaltung liefert 100 MHz bis 200 MHz (plus Überlappung mit der nächster runter).

Also werden 8 Transistoroszillatoren die Arbeit erledigen und die Sinuswellenreinheit wird besser sein als ungefähr 5%, würde ich sagen. Dies ist meine bevorzugte Colpitts-Oszillatorkonfiguration: -

http://www.radio-electronics.com/images/oscillator-voltage-controlled-circuit-01.gif

Ich schlage vor, Sie verwenden einen Transistor mit 5 GHz fT, um ihn bei 200 MHz zum Laufen zu bringen. Der BB171 ist derzeit als Varaktor erhältlich und hat ein sehr gutes Abstimmungsverhältnis von 22: 1. Dieses Abstimmungsverhältnis impliziert ein Frequenzverhältnis von , das möglicherweise über 4: 1 liegt. Sie sind jedoch sehr talentiert, wenn Sie diesen Bereich mit einem einfachen Colpitts-Oszillator konstruieren und eine geringe Verzerrung und Amplitudenstabilität erzielen können.22

Um ein Stück Qualität hinzuzufügen, können Sie den Ausgang einem HMC700- Teil-N-Phasenregelkreis zuführen und auf diese Weise (mithilfe von SPI) die Kontrolle über Frequenz und Stabilität erlangen. Da Sie nur einen Oszillator gleichzeitig ausgewählt haben, sollte ein einzelner HMC700 die Aufgabe für den gesamten Bereich übernehmen.

Die Auswahl eines von 8 Signalen kann mit Pin-Dioden erfolgen, wahrscheinlich jedoch mit weniger Hirnschmerzen, wenn ein HF-Analogschalter wie der HMC544A verwendet wird . Es wird andere geben, aber Sie müssen solche mit hohen Isolationsfähigkeiten finden.

Möglicherweise können Sie auch analoge Schalter verwenden, um eine Reihe von Induktivitäten auszuwählen, die den gesamten Frequenzbereich abdecken. Dies wäre eine Errungenschaft, da es zu Problemen mit Streu- und Leckkapazitäten kommen wird. Je mehr ich darüber nachdenke, desto mehr könnten Sie davon ausgehen Mindestens ein Frequenzbereich von 5: 1 von einem Colpitts-Oszillator und ein paar ein- oder ausgeschalteten Induktoren. Dies würde die Anzahl der Oszillatoren halbieren. Bedenkenswert.

Andy aka
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Dies ist eine wirklich nette Idee, dann verwenden Sie die HMC700, um die Frequenz zu regeln!
Vieh
Es ist keine große Isolation beim Umschalten der Oszillatorauswahl erforderlich, wenn die nicht verwendeten VCOs ausgeschaltet sind, wenn sie nicht ausgewählt sind. Dann muss das Schalten nur die schlechte Impedanz isolieren, kein Signal stoppen. Mit Vorsicht können Sie die Vorspannung für die PIN-Diode vom VCO mit Stromversorgung erhöhen und die Vorspannung für die nicht mit Strom versorgten Dioden umkehren!
Neil_UK
@Neil_UK Ja, ich habe darüber nachgedacht, die DC-Einspeisung für jeden Oszillator auch dafür zu verwenden, wurde aber unübersichtlich und vergesslich !!
Andy aka
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Ihre zweite Idee, geschaltete Tiefpassfilter zu verwenden, um die Grundwelle einer Rechteckwelle durchzulassen, ist die Art und Weise, wie sie in vielen kommerziellen HF-Signalgeneratoren durchgeführt wird. Es hängt davon ab, wie sauber Ihre Sinuswelle sein soll. Es ist ziemlich schwierig, eine wirtschaftliche Version dieser Technik zu verwenden, um eine bessere als 40 dB typische, 30 dB garantierte Unterdrückung von Harmonischen zu erzielen, aber diese Art von Pegel ist für viele Anwendungsfälle ausreichend.

Es gibt verschiedene Tricks, mit denen Sie die Kosten senken und das Design vereinfachen können.

Die erste besteht darin, Filter in Schritten von einer halben Oktave zu verwenden, zumindest für die höheren Frequenzen. Obwohl eine Rechteckwelle nominell keine geraden Harmonischen aufweist, bricht dies für praktische Geräte mit Asymmetrien und Durchbruch zusammen, was zu einer signifikanten 2. Harmonischen führt. Bei einer angemessen niedrigen Frequenz können Sie zu Oktavbändern wechseln.

Das nächste ist die Verwendung von elliptisch gestalteten Filtern niedriger Ordnung, die die Steilheit des Übergangsbandes verbessern, auf Kosten des "Zurückkommens" bei höheren Frequenzen.

Die nächste besteht darin, die Casacade so anzuordnen, dass die höchste Frequenz (also diejenige, bei der Sie wahrscheinlich die niedrigste Leistung und die niedrigste Verstärkung haben) den kürzesten, am wenigsten verlustbehafteten Pfad durchläuft und dass Sie weitere Abschnitte hinzufügen, wenn die Frequenz abfällt. Ein festes, gut gestaltetes 256-MHz-Dachfilter zu Beginn der Kaskade kümmert sich um das Zurückkommen des 192-MHz-Filters, diese beiden handhaben das 128-MHz-Filter und so weiter.

Das nächste besteht darin, die Filter durch Durchleiten von Strom durch PIN-Dioden zu schalten, was billiger und einfacher ist als die Verwendung anderer Schalttechnologien. Der Vorspannungsstrom fließt durch die Induktivitäten der Filterserie, sodass das Vorspannen an einem bestimmten Punkt in der Filterkaskade den richtigen Teil des Filters einschaltet und den Rest ausschaltet.

Die letzte besteht darin, die Filter nur auf eine vernünftige Frequenz herunterzufahren und den unteren Frequenzbereich auf einmal mit einem DDS und einem einzelnen Tiefpassfilter durchzuführen.

Neil_UK
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Das ist großartig, vielen Dank. Die Idee, PIN-Dioden zu verwenden, ist wirklich elegant
bcattle