作者 主题:开源硬件射频信号发生器 (Read 39562 times)

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离线 萨博·范

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开源硬件射频信号发生器
« 上:2017年年3月10日,12:08:33 am»
我相信你们中的许多人都遵循了我的尝试来构建频谱分析仪,但由于Feature-Creep和系统复杂性最终导致成本和开发时间的增加,最终使该分析仪失败了。最后,我在ebay上购买了R3131A频谱分析仪,尽管它有一些怪癖,'到目前为止,我对此非常满意。

话虽如此,我现在仍然在这里错过了一个设备:一个Signal-Gen,能够在高于6MHz的频率上产生可预测的结果(廉价的DDS生成器只对该频率有用,即使他们在前面说 '具备24MHz的能力)。


这个东西的规格(现在是FINAL!)如下:

-10kHz至3GHz频率范围(以匹配我的频谱分析仪)
--120至+ 13dBm数字幅度控制(在3GHz时不需要一直保持平坦'd在2 GHz以上有一些幅度下降就可以了)
-主信号链能够将信号发送到外部模块并从外部模块接收信号的能力(此模块可以向信号添加不同形式的调制)
-内部TCXO并具有获取外部参考时钟的能力(例如,来自GPSDO)
-尽可能使用Vero板(高频信号路径在定制PCB上)
-装在19英寸的盒子里

为此,我的第一个想法是使用我为Spectrum-Analyzer项目购买的ADF4351合成器模块。它的工作频率从35MHz到4.4GHz。
对于较低的频率我'm使用基于AD9851芯片的DDS模块。我已经用该模块构建了一个简单的Network-Analyzer,它工作得很好。

不幸的是,ADF4351只能产生一个方波。因此,我想使用多个LC滤波器将那个正方形形成一个正弦波,并通过MASWSS0115TR-3000开关进行切入和切出。
这种方法有几个困难,所以我'如果可以产生更好的正弦波,则可以接受不同的想法,例如混频。


下一个困难是在整个频带上保持振幅恒定。对于高达60MHz的频率,JFET衰减器甚至可变增益运算放大器都是必经之路。对于高于此频率的频率,由ALC电路控制的PIN二极管衰减器负责信号的精确衰减,然后通过M / A- COM。该衰减器以10dB为步长提供高达110dB的衰减。

我希望这次'm not running out of 耐心和/或时间,并完成此项目 :)

编辑:
为了更快的概述,现在"Mark III Prototype"准备好了,我写下了我的规格'我在下面瞄准

-交流耦合RF输出:9kHz-6.8 GHz正弦波(来自ADF4355 / ADF4356或ADF5355 / ADF5356的滤波方波)
-可选的13.6 GHz交流耦合方波输出(如果安装了ADF5355 / ADF5356)
-可选的直流耦合输出:直流-AD9957 DDS芯片+ 10M04SCE144(Intel Max10)FPGA和16位数据总线SDRAM的400 MHz任意波形(FPGA数据流的采样率:至少125 MS / s-取决于速度有多快我可以从SDRAM中获取数据以及FPGA运行的速度-I'll be 我们ing the "C8"-年级。 I7或A7级可以允许更高的速度。 AD9957的并行数据端口允许高达250MS / s的速度。)
-输出功率:-90 dBm或更低至+10 dBm(高达3 GHz)/ 0 dBm(高达6.8 GHz)
-振幅控制:1 dB级或更高
-频谱纯度:-20 dBc,对于第一谐波,输出功率为0 dBm或更高(基于模块的先前原型产生-30 dBc,对于大多数频率更好)
-调制输出信号(由AD9957 + FPGA生成的IF,通过将其与HF信号源的LO混合来进行上变频)
-触摸屏+键盘控制界面(可选)
-USB控制
-PLL将主时钟锁定到外部10 MHz参考(主振荡器:PL500-17,具有20 MHz晶振)
-2个10 MHz正弦波参考输出(主振荡器/ 2个带有74xxx74芯片并由PL133-37缓冲)
-STM32F407 CPU
-FT230XS用于调试,如果可以的话'使虚拟COM端口工作 :)

-价格:每件材料€350或更低(部分组装的板,组件,用于外壳的金属,步进衰减器模块等。-单个购买的组件,板的最低订购量)。

GitHub的链接: //github.com/SaabFAN/ORFSG---OpenSourceRFSignalGenerator
« 上次编辑:2020年6月29日,上午12:20:33 »
 
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« 在以下方面回复#1:2017年年3月13日,上午02:07:25»
快速更新:
根据建议"ADF4351 Sinewave"-Thread,这是LPF切换的当前框图。您也可以在此图片中看到自动电平控制

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« 在以下方面回复#2:2017年年3月13日,下午02:44:48»
只是想一想,但诸如以1GHz时钟运行的AD9912可以使您一次击中DC到大约400MHz正弦波,而9912具有方便的快速比较器将正弦波输出转换为方波,它还可以通过SPI进行编程,并内置了线性调频和受限的AWG功能。...

然后可以使用滤波器选择方波谐波,以获得更高的频带,也许可以在3或4组BPF中获得GHz左右。唐'别忘了可以将宽调谐范围的VCO(可能是YIG)锁相到DDS的输出,让您以GHz的速度进行DDS调谐。 

Crystek可以提供相对低噪声的1GHz VCXO,用于锁定10MHz参考的PLL芯片是AD / TI,如果您不这样做,则低通滤波器是微型电路。'不想自己动手。

我会注意到,从屏蔽和泄漏的角度来看,微波的可编程140dB衰减器将比您曾经认为可能的更具挑战性,这一部分将需要大量的实验,我个人将建造(或购买剩余的)0-60dB衰减器,然后在线路板上放一些30dB的螺丝固定到前面,这样就不那么烦人了。

就个人而言,我会从HP / R之类的公司购买二手设备&S并且已经完成了它,寿命太短了,但这是因为我有兴趣使用这些资源,但是对设计它们并不真正感兴趣。

问候,丹。
 
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« 在以下方面回复#3:2017年年3月13日,晚上10:53:24»
The AD9912 is interesting, but 我没有'还没有找到一个模块'我不愿意在芯片上花费50欧元以上'我会在焊接时遇到麻烦)。
不过,AD9910提供一个模块。值得一看-将不再需要较低频率的低通滤波器(切换至400MHz的ADF4351会删除至少2个可调滤波器,只保留固定滤波器。所有功能的价格为65欧元就可以了。

绝对是我的事'我会在未来增加,但目前我'd。希望将费用降到最低。
这就是为什么我'我将尝试自己构建LowPass滤波器(750MHz除外,我已经拥有适当的MiniCircuits-Part)。

使用一些旧的二手设备将是理想的选择,但是除非能够将高达2GHz频率的设备降到250欧元以下,否则我会'我会尝试自己制作设备。 :)

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« 在以下方面回复#4:2017年年3月14日,上午02:20:52»
我不会't 我们e seperate filters but integrate them on the PCB. 您 can 德 sign the filters 我们ing SVC filter 德 signer ( http://www.tonnesoftware.com/svcfilter.html )。对于高达800MHz的频率,您可以使用表面安装的0603零件来构建它们。只需确保每个电容器有1个或多个通到接地平面的通孔即可使滤波器工作。对于>800MHz微带线滤波器是必经之路。我创建了一个程序,该程序可以将SVC滤波器设计器找到的组件值转换为(椭圆形)微带线滤波器(请参见 http://nctdev.nl/page_pg%3d17.htm )。如果您要我为该项目提供许可证,请告诉我。无论哪种方式,您都可以下载并使用它。 IIRC在安装程序中还捆绑了一个Sonnet Lite EM模拟器示例项目。十四行精简版( http://www.sonnetsoftware.com/products/lite/ )通常可用于模拟微带线结构,这可能会对本项目有所帮助。
« 上次编辑:2017年3月14日,上午02:24:45由nctnico »
有小谎言,有大谎言,然后示波器的屏幕​​上有东西。
 
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« 在以下问题上回复#5: 三月14,2017,04:13:44上午»
不过,AD9910提供一个模块。

AD9910具有一个固有的缺陷,即DAC基准电压没有引到外部引脚供旁路。这意味着带隙基准的热噪声显示为幅度调制。 AD9957也遇到此问题。

还请考虑将多频带VCO,PFD和一对混频器集成在一起的RFFC5071A。可以将合成器的输出与经过滤波的DDS输出进行混合,以实现微调步骤并减少杂散。
 
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« 在以下方面回复#6:2017年年3月15日,上午01:11:33»
我不会't 我们e seperate filters but integrate them on the PCB. 您 can 德 sign the filters 我们ing SVC filter 德 signer ( http://www.tonnesoftware.com/svcfilter.html )。对于高达800MHz的频率,您可以使用表面安装的0603零件来构建它们。只需确保每个电容器有1个或多个通到接地平面的通孔即可使滤波器工作。对于>800MHz微带线滤波器是必经之路。我创建了一个程序,该程序可以将SVC滤波器设计器找到的组件值转换为(椭圆形)微带线滤波器(请参见 http://nctdev.nl/page_pg%3d17.htm )。如果您要我为该项目提供许可证,请告诉我。无论哪种方式,您都可以下载并使用它。 IIRC在安装程序中还捆绑了一个Sonnet Lite EM模拟器示例项目。十四行精简版( http://www.sonnetsoftware.com/products/lite/ )通常可用于模拟微带线结构,这可能会对本项目有所帮助。

我已经有了Tonne Software(SVC-Filter,Helicall,Elsie)和Sonnet Lite的程序,并使用了这些程序,为频谱分析仪项目制作了Filters,但是我没有'不了解您的程序。谢谢!它一定会派上用场!我到目前为止计算出的带状线过滤器是手工制作的,使用的是我在网上找到的演讲稿 :)

不过,AD9910提供一个模块。

AD9910具有一个固有的缺陷,即DAC基准电压没有引到外部引脚供旁路。这意味着带隙基准的热噪声显示为幅度调制。 AD9957也遇到此问题。

还请考虑将多频带VCO,PFD和一对混频器集成在一起的RFFC5071A。可以将合成器的输出与经过滤波的DDS输出进行混合,以实现微调步骤并减少杂散。

感谢您指出了这一点。
您能说一个简单的差分至单端转换器能够消除信号中的这种热噪声吗?我这里有几款支持GHz的运算放大器可以用于此目的。

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« 在以下方面回复#7:2017年年3月15日,上午03:18:44»
感谢您指出了这一点。
您能说一个简单的差分至单端转换器能够消除信号中的这种热噪声吗?我这里有几款支持GHz的运算放大器可以用于此目的。

不会,热噪声幅度会调制DDS将输出的任何音调,因此唯一的解决方法是让DDS仅生成单个音调,并在该音调周围应用非常窄带的滤波器。话虽如此,噪音水平却很低,'d需要一个相当不错的频谱分析仪来进行测量。
 

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« 在以下方面回复#8:2017年年3月15日,下午03:33:11»
Martin PA3AKE在这方面做了确定的工作,如果将其用于极端性能接收器的本振中,这是一个问题(由于相互混合),但一般的实验室资料通常都那么安静。

我和马丁做过实验,测量流过输出变压器中心抽头的电流(其鼻端与am噪声相关),并将其反馈回参考引脚,但是该回路存在严重的稳定性问题,这很不幸关闭它确实起作用。有可能由控制理论方面更擅长的人进行更多分析而得出的结论,我将不得不看看我是否仍然具有测得的传递函数。

基于销钉的前馈可能会起作用,但是我们希望不需要修整。   

73丹
 
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« 在以下方面回复#9:2017年年3月15日,下午07:40:05»
文章PA3AKE讲述了有关AD9910的信息(这是对的吗?: //martein.home.xs4all.nl/pa3ake/hmode/dds_ad9910_amnoise.html)很有趣,但是我'我并没有将性能的目标设定为较高,因此,对我而言,一点AM噪声对我来说是没有问题的。

此刻我'在Circuit Maker中重新设计了RF模块,在其中组合了来自不同模块的信号,以结合您的建议。
您是否说如果我在板上放置Microstrip-Filters,板上是否需要ENIG-Finish,还是HASL足够?

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« 在以下问题上回复#10:2017年年3月15日,下午09:25:46»
如果将过滤器放在防焊层的下面,ENIG或HASL不会'没关系。顺便说一句,您也可以在十四行诗中模拟阻焊层,但我怀疑它会产生明显的效果。由于蚀刻公差而导致的迹线宽度差异所引起的误差将更大。
有小谎言,有大谎言,然后示波器的屏幕​​上有东西。
 

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« 在以下方面回复#11:2017年年3月24日,下午05:53:45»
小更新(本周必须做大学资料):

I'我将使用ebay的AD9910-Module作为高达400MHz的信号源。测试将揭示二次谐波的行为以及是否可以使用。不然我'必须使用400MHz而不是800MHz的AD4351,并且需要包括一个额外的滤波器。

我也是'我放弃了自制的衰减器,因为'在eBay上可以买到一堆,覆盖DC至2.4GHz和0至95dB,并兼容5V TTL。它们的售价约为35欧元加上5欧元的运费。我怀疑我的尝试会提供相同的性能,并且它'可能成本大约相同(组件和Board-Space)。


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« 在以下问题上回复#12:2017年年4月2日,下午09:54:37»
显然,有人对我的想法相同(有点): http://www.darc-husum.de/Frequenzsynthesizer.html
该网站是德语版的简短摘要:它详细介绍了一种信号发生器,该信号发生器使用ADF4351作为频率发生器,并使用Arduino Nano作为控制处理器。
我的项目或多或少是关于什么的,但是功能较少。

顺便说一句。一世t seems like the prices 对于 these attenuators on ebay have jumped a bit since I mentioned them here - Coincidence? :D

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« 在以下问题上回复#13:2017年年4月5日,下午07:56:56»
在阅读如何过滤来自ADF4351的信号时,我遇到了一个电路,该电路包括一个差分对以平滑三角波。

这里有没有人对这种电路有一定的经验,还是完全没有这种经验?'在GHz频率下的舒适区?我在Digikey(BFU520YX)上发现了一些Ft为10Ghz且Nt为65美分的NPN阵列,从乍一看就可以在该应用程序中工作。


在软件领域,我已经开始为设备编写代码。一世'm以ESP8266为处理器,以NodeMCU V3为突破口。
原因是:它提供USB,3.3V输出(不需要SPI线路上的分压器或电平转换器),比Arduino具有更大的处理能力(可用于使用AD9910的调制功能) ),最重要的是,它具有WLAN收发器-WiFi可使一切变得更好 :D

就RF板而言,我've开始进行初步布局,以查看一切都可以进行。和我've决定将除本地电源和RF-Path之外的所有东西都放开。所有控制逻辑都将放置在Veroboard上,并通过带状电缆或板对板互连连接到RF-Board。这样就可以制造出非常小的RF板并实现4层构造而无需花费太多钱 :)

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« 在以下问题上回复#14:2017年年4月7日,晚上9:30:28»
今天,我设法使ADF4351模块正常工作。
它需要大约140mA的电流,这对NodeMCU V3-Board上的小型稳压器来说实在是太大了,但是一旦解决了这个问题,我就捕获了频谱分析仪的多个屏幕。

我也意识到我不知道'LPF需要4路开关:
一旦频率超过1.5 GHz,它将超出我的关注范围,并且任何高于3 GHz的信号分量都将被输出放大器衰减。
同样,400MHz信号的一次谐波已经很弱了,因此我什至可以在400至800MHz频带中使用PLP750 +来实现所需的谐波抑制。我明天会测试。

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« 在以下问题上回复#15:2017年年4月10日,晚上10:55:07»
今天,AD9910-Module上市了。它装在一块很好的板上,上面有垫片和螺钉,以及填充的SMA连接器。

我没有'尚未使用该模块,但完整阅读数据表后,我发现该芯片功能强大!如前所述,通过一些技巧,它甚至可以执行具有1k点的任意波形。真好!
I'我们还决定将模块连接到信号链中信号不存在的位置't由PIN衰减器处理,并使用内部功能进行幅度控制。

现在剩下的只有衰减器,我设法以适中的价格在ebay上了。 :)
一旦到这里,我'将开始用控制面板构建信号发生器。一世'我仍然打算使用ESP8266,但我 '当我尝试使用Adafruit的GFX库时,会出现很多编译器错误。有arduino或teensy板,那里'没问题。我猜这是因为Adafruit已对该库进行了优化,以提供更好的性能。

我也避风港'未能找到AD9910的库,所以我'我必须自己做一些子程序来对芯片进行编程。不方便,但仅使用库和很少的原始代码就有点像作弊 :D

I'm仍在研究使用稍微超速的长尾对作为正弦波形的想法。谷歌搜索使我获得了一些专利,飞利浦获得了最近的2004年专利,飞利浦在80年代和90年代的PM5193 0.1mHz-50 MHz合成器中使用了该技术。
他们使用了一个晶体管阵列芯片,在长尾对中,将5个晶体管中的3个用作加热器/温度控制电路,将2个用作有源组件。温度控制用于将芯片加热到80-85°C,以保持晶体管的工作点恒定,从而仅平滑夹住三角波的顶部(并根据我从ADF4351看到的光谱判断,这是发出三角波),然后用锅进行调整以提供最佳的THD。

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« 在以下回复#16:2017年年4月11日,上午11:56:41»
你好,
似乎是一个不错的项目!
您会考虑扩大低频范围吗?如果用作VNA / SA的一部分,可能会很有用。
 

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« 在以下方面回复#17:2017年年4月11日,下午05:10:00»
较低的频率是可能的。我不会'但不要过低,因为DC块电容需要越来越大才能传递信号,这会降低其在高频下的性能。
最好的方法可能是继电器切换的辅助信号路径,该路径可覆盖高达几个MHz的音频频率。 AD9910当然能够产生这些信号。


顺便说一下,今天衰减器到了,这意味着我现在拥有所有可用的大模块来开始构建设备。
不幸的是,我找不到衰减器的任何数据表,而从设备上显示的内容来看,它是'清除如何连接。
我猜测"G"分别代表Ground和VC代表Vcc,但是VE和LE在这种情况下意味着什么? LE可能是这样的"Latch" 要么 "Load",如果该衰减器应该连接到总线。
这些东西有某种标准吗?还是以前有人见过这些衰减器?

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« 在以下方面回复#18:2017年年4月11日,下午06:05:14»
我猜:
LE-锁存使能
VC,VE-双极电源

但是我认为您应该将其拆开,以确保  :popcorn:
 

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« 在以下问题上回复#19:2017年年4月11日,晚上08:57:19»
好的,我已经拆卸了衰减器。
It contains a Philips Semiconductor (so it is a bit older^^) 74HCT563 Octal Non-Inverting 锁存器, and 2 MaCom AT90-1106 50dB Attenuators.
VE不是't connected to anything, only VC. LE is 锁存器 Enable, which is Active HIGH.

非常简单:+ 5V至VC,TTL电平至其他引脚,GND至G。

数据表:
74HCT563: http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/SGSThomsonMicroelectronics/mXsqssx.pdf
MaCom AT90-1106: http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheet/macom/AT90-1106-TB.pdf

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« 回复#20:2017年年9月2日,上午01:25:23»
I'我终于找到了一些时间来再次从事这个项目。

不幸的是'仍然没有适用于AD9910的库,因此我不得不编写自己的代码来控制该野兽。
I'我试图以一种易于阅读的方式编写它,因此'可能还有很多空间可以提高速度或使用内存(请参见附件)。

I'已将3个配置寄存器的每一位都公开为全局变量(我没有'还研究了如何编写适当的库),并包括了一个计算CFR寄存器的功能以及频率调谐字。
« 上次编辑:2017年9月2日,上午9:27:15 »
 

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« 在以下回复#21: 九月03,2017,04:33:42上午»
我今天花时间完成(嗯,差不多-第一版 :) )。

我只选择了3个滤波器,其中一个始终处于活动状态:3GHz LPF。可以选择1.5GHz和750MHz的LPF。

为了使AD9910具有与调制和填充有关的所有功能,该模块已通过RF开关直接连接至输出放大器,可以选择。

随附的是电路板和原理图的快速屏幕截图。明天我'会上传更好的 :)

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« 在以下回复#22:2017年年9月3日,下午04:36:45»
如所承诺的,这是更好的屏幕截图。

I've重新设计了板子,使其更加紧凑,这次使用了4层板。比尝试在2层上路由所有内容容易得多。
不幸的是,我必须在微带滤波器中使用4mil的走线,这意味着我必须使用EasyEDA或其他任何能够低于6mil并具有第1层和GND之间具有0.18mm厚电介质的4Layer-Stackup的电路板制造商-在第2层上的平面

显然,我没有'还没有添加任何接地孔。正如我之前所言,那将是最后一步'尚未在Circuit Maker中找到可自动执行此功能的功能。一世'm还将包括一些阻焊层切口,以将屏蔽层焊接到板上。

对于高达3GHz的信号,这是一个好的布局吗?
顺便说一句。一世'我对原理图非常有信心,但是在我花50欧元购买某些电路板之前,你们能检查一下我是否犯了一些使电路板无用的错误? :)

离线 萨博·范

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« 在以下回复#23:2017年年9月5日,下午07:09:14»
好吧,该死! EasyEDA确实说他们支持350万美元,但实际上使用小于600万美元的结构会导致成本上升。相当明显。
所以我'm返回使用6mil作为最小结构。

在EasyEDA上有关介电常数的询问也没有'得出结论性细节。他们告诉我他们将7628用于4层板,将2116用于6层板。根据他们提供的数据表,他们的核心材料为4.2。
现在的问题是:介电常数取决于预浸料的类型还是树脂的类型?如果是后者,则所有层都应该相同。
另外,如果是后者,我如何用已经在这里的板子测量Dk?或者我应该假设FR-4的经验法则值约为4.35,根据Wikipedia的说法。

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« 在以下回复#24: 九月05,2017,09:34:34下午»
介电常数不仅是树脂,预浸料的函数,而且还是频率,阻焊层,湿度和其他所有因素的函数。对于小于1 GHz的频率,只需猜测其约为4.2。

 您还应该考虑材料的损耗(也取决于频率)。

您'd要使用网络分析仪来测量板上的直通线(通常作为优惠券的一部分)。最好的情况是多条不同长度的直通线。
 


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