Опора на 360МГц, с малыми шуами... Опции

[VCO]

Да уж, с нашими Agilentами и Rohde&Schwarzaми мы выглядим здесь лузерами и лохами, слившими море бабла ХЕЗ за что! Но ведь и реально крупное бабло имеем мы с Вами (а точнее, наши работодатели), а не они. Не стОит забывать, что это пока лишь радиолюбители... Пока...

[Шаманъ]

Приветствую всех!

Итак два генератора на тестовой плате готовы (схема KD6OZH, примерно такая же как публиковал ledum здесь http://electronix.ru/forum/index.php?act=a...st&id=44701). Включил, подстроил контур в стоке и он загудел

Вначале собрал без индуктивности параллельно кварцу - генератор работал, но генерация достаточно легко срывалась, а сам генератор можно было настроить на какие-то паразитные резонансы кварца или хз чего Подсоединил параллельно индуктивность 150нГ (чтобы с собственной емкостью кварца резонировала) все встало на свои места - настраиваешь контур есть четко генерация на 180МГц и накаких "гудений" около. Кстати генератор достаточно легко перестраивается вверх на 4-6кГц (что и радует и огорчает одновременно).

Теперь про боковой шум. Первое измерение разочаровало - при отстройке 1кГц получилось всего -118дБн/Гц. Выкинул емкостной делитель на входе BFS17A - стало намного лучше (см. вложение, коррекция 3 + 10lg(23.4*1.7) = 19дБ) -128дБн/Гц@1кГц и лучше -142дБн/Гц@4кГц. Кстати, резистор в цепи стока U310 (присутствующий в оригинальной схеме KD6OZH), который по задумке должен предотвратить переход каскада на полевике в нелинейный режим, шум в ближней зоне не уменьшает (даже наоборот). Сейчас генератор выдает около +9dBm (с делителем было чуть менее +4dBm).

При таких параметрах я должен вписаться в требования по шуму после умножителя, но хотелось бы получше (тем более чую это возможно ). Наверное стоит поиграться еще с режимом транзисторов... Кстати, для чего конденсатор в цепи эмиттера (я не ставил, пока)?

P.S. На этой же плате развел кусок схемы чтобы зафапчевать один из генераторов и померять фазовый шум более традиционным методом, но смотрю на результаты своих измерений "в лоб" и думаю не стоит напрягаться с этим...

Эскизы прикрепленных изображений

 

[blackfin]

Не совсем в тему, но, может, кому пригодится..

Вот тут на форуме "заикнулись" про опорный генератор на 10, 12.8, 13 MHz с параметрами:

Output: Sinewave 5-9dBm into 50 ohms
SSB phase noise data points

-100 @ 1Hz
-130 @ 10Hz
-150 @ 100Hz
-158 @ 1KHz
-160 @ 10KHz

Производителя rjrodrig не назвал, но если кому интересно, можете сами спросить на форуме ADI..

[тау]

Первое измерение разочаровало - при отстройке 1кГц получилось всего -118дБн/Гц. Выкинул емкостной делитель на входе BFS17A - стало намного лучше (см. вложение, коррекция 3 + 10lg(23.4*1.7) = 19дБ) -128дБн/Гц@1кГц и лучше -142дБн/Гц@4кГц.

а растекание от окна блэкмана как учли ? почему было не взять точек поболее ?

[ledum]

Вначале собрал без индуктивности параллельно кварцу - генератор работал, но генерация достаточно легко срывалась, а сам генератор можно было настроить на какие-то паразитные резонансы кварца или хз чего . Подсоединил параллельно индуктивность 150нГ (чтобы с собственной емкостью кварца резонировала) все встало на свои места - настраиваешь контур есть четко генерация на 180МГц и накаких "гудений" около.

Теперь про боковой шум. Первое измерение разочаровало - при отстройке 1кГц получилось всего -118дБн/Гц. Выкинул емкостной делитель на входе BFS17A - стало намного лучше (см. вложение, коррекция 3 + 10lg(23.4*1.7) = 19дБ) -128дБн/Гц@1кГц и лучше -142дБн/Гц@4кГц. Кстати, резистор в цепи стока U310 (присутствующий в оригинальной схеме KD6OZH), который по задумке должен предотвратить переход каскада на полевике в нелинейный режим, шум в ближней зоне не уменьшает (даже наоборот). Сейчас генератор выдает около +9dBm (с делителем было чуть менее +4dBm).

Индуктивность параллельно кварцу не ставлю, ибо у нас кварцы сейчас неплохие - генерят только на своей частоте (90МГц Fronter ,UM5 корпус, сейчас, есть подозрение SC срез - при нагреве до 60 градусов частота слабо растет, потом выходит на полку). В этой схеме на первой и третьей гармонике их не удалось запустить (правда не очень и пытались). В схеме Dr.Drew на тинилоджик - только на третьей не запускается, на первой и пятой - работают. Резистор параллельно контуру (стоковый по-Вашему) выкинул по результатам настройки (устойчивость генерации на климатах). На условие генерации и шумы влияет не только емкостной делитель в базе, но и эмиттерный конденсатор, и даже более всего. Опачки, у Вас его тоже нет. Те номиналы, которые на схеме, - результат нескольких месяцев итераций по простоте настройки и минимуму шумов после умножения до 3Гиг. Причем для разных типов кварцев (от РВ-05 и РВ-89, до каких-то черкасских и фронтеров) такое сочетание номиналов конденсаторов оказалось оптимальным (для частот 90-91МГц). Как говорил, время настройки генератора после отработки схемы - не более 5 минут монтажником.
Если можно, снять картинку при 256килоточек - все-таки интересно сильно ли влияет оконная функция. О, тау уже опередил с этим же вопросом.
Провода до разъемов и длина выводов кварцев великовата. Корпус кварца припаиваем к земле - часто тоже заметно помогает.

Сообщение отредактировал ledum - Aug 30 2010, 10:22

[Шаманъ]

Не совсем в тему, но, может, кому пригодится..

За информацию спасибо! Но на 10МГц сделать подобное намного проще, чем на 180МГц...

а растекание от окна блэкмана как учли ? почему было не взять точек поболее ?

Если посмотреть на форму окна в частотной области http://en.wikipedia.org/wiki/File:Window_f..._(blackman).png, то видно, что разница в 100дБ достигается при отстройке немного более 20бин, у меня на 1кГц выходит более 40бин, а речь идет о разнице в уровнях порядка 100..110дБ - т.е. окно влиять не должно. Больше точек брал, разницы в уровне шума вроде нет, но возникает проблема, которая мешает - генераторы немного "плывут", это вызывает проблемы с фиксацией уровня несущей (когда несущая "перескакивает" в соседний бин ее уровень меняется, т.к. используется усреднение). Конечно можно померять уровень несущей при широкой полосе, а потом добавить точек и уже не обращать внимания на уровень несущей, но ведь уважаемая публика тогда может не поверить картинкам ...

Резистор параллельно контуру (стоковый по-Вашему) выкинул по результатам настройки (устойчивость генерации на климатах). На условие генерации и шумы влияет не только емкостной делитель в базе, но и эмиттерный конденсатор, и даже более всего. Опачки, у Вас его тоже нет.

Провел утром еще несколько экспериментов - менял режимы полевика, добавлял эмитерный конденсатор 10пФ (моща на выходе добавилась, но шум в ближней зоне стал хуже), менял соотношение конденсаторов в делителе. Результат стабилен - такие "танцы с бубном" оказывали заметное влияние на шум вдали (дальше 1кГц и, подозреваю, на шумовой пол, который я померять не могу), но меня данный параметр не особо интересует. А вот в ближней зоне -120..-123дБн/Гц @ 1кГц обеспечивается стабильно в самых разных вариантах, а лучше никак... В итоге вернул на место прежний вариант, а шум на -128дБн/Гц возвращаться не хочет (может батарейки подсели - сейчас только 7.5В выдают). Вобщем вечером буду разбираться... Да, схему с номиналами, обеспечивающими наилучший результат по шуму вблизи приложил.

Те номиналы, которые на схеме, - результат нескольких месяцев итераций по простоте настройки и минимуму шумов после умножения до 3Гиг. Причем для разных типов кварцев (от РВ-05 и РВ-89, до каких-то черкасских и фронтеров) такое сочетание номиналов конденсаторов оказалось оптимальным (для частот 90-91МГц). Как говорил, время настройки генератора после отработки схемы - не более 5 минут монтажником.

Я понимаю, что там много степеней свободы, но более всего они влияют на шум при отстройках от 2кГц и дальше. Думаю Вы после умножения до 3 ГГц как раз и меряли его там. Боюсь, что вблизи такая картина из-за кварцев, всеже, ИМХО, на 5-6кГц не должен хороший кварц легко уводиться...

Если можно, снять картинку при 256килоточек - все-таки интересно сильно ли влияет оконная функция. О, тау уже опередил с этим же вопросом.

Можно, сниму выложу, но все вечером - сейчас к сожалению работаю работу за которую платят денежку ...

Провода до разъемов и длина выводов кварцев великовата. Корпус кварца припаиваем к земле - часто тоже заметно помогает.

Ну то что на фото было собрано и торжественно запущено и первый раз обмеряно в 01.33 по киевскому времени . Если присмотритесь, на плате разведены места под аттенюаторы, усилитель гетеродина и ФАПЧ - так что наведение порядка еще предстоит...

Порадовало, что на отстройке 2кГц шум намного лучше (чем на 1кГц) и достаточно стабильно получается -131..-135дБн/Гц. Наверное основной вопрос с шумом ближе в добротности кварцев.

В принципе можно двигаться дальше - минимальный план по шумам синтезатора такой ОГ обеспечит, но наверное еще поковыряюсь - интересно самому, что выйдет...

P.S. Если кто-нить делал печки самодельные под это дело, подскажите что в качестве датчика температуры использовали (а то термисторы что-то только огромные которые для БП продаются, или взять самый маленький из них)?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[ledum]

P.S. Если кто-нить делал печки самодельные под это дело, подскажите что в качестве датчика температуры использовали (а то термисторы что-то только огромные которые для БП продаются, или взять самый маленький из них)?

как ни странно, я делал. Уже писАл. Брал тонкостенную трубочку от толстого папы-разъема с платы мониторов, которые рядом разбирают, отрезал до нужной длины. В нее как раз хорошо вставляется KTY83 http://www.nxp.com/documents/data_sheet/KTY83_SER.pdf (Имрад, 9 грвн ($1.12), были и в 9-В http://viktor.com.ua/25-8.htm - я здесь брал, их филиал у меня на харьковском строительном рынке в 5-и минутах ходьбы от дома, и в Харькове - http://www.kosmodrom.com.ua/data/kty.php ). Один конец, которого слегка соблюдая полярность этого терморезистора, запаивал почти по самые помидоры в эту трубку (т.е. на будущую землю) трубка от разъема изначально здесь завальцована и есть маленькое отверстие для вывода, а второй конец - в схему - на опер, заливал туда КПТ-8, хоть резистор там очень плотно сидел и так, а трубочку запаивал на дальний от выводов плоский торец кварца. Получается тепловой контакт с корпусом кварца и через один из выводов, идущий на землю, и через стекляшку корпуса посредством металлической трубки, припаянной к корпусу кварца.
Перед этим просто брал миллиметровую медь шириной равной ширине кварца, сгибал в виде скобы, в изгиб вставлял KTY-83, чтобы он находился между полукруглым изгибом и торцом кварца. Скоба огибала и кварц, и прижатый к нему транзистор-грелку. Все это помещалось в какую-то фигню типа параллелепипедов из строительной пенки, или просто в стекловату, но мягкую, не строительную, а потом в жестяной экран-корпус. Начальство не рискнуло. Пока ставим Морионы. Нечем шумы мерять, надеются на цифирки, которые пишут Питерцы. Моим поделкам не доверяют. Так и фапирую 90МГц генератор от 10МГц Моиона. Или иногда ставим только один 90МГц Морион. Но это очень дорого.

Сообщение отредактировал ledum - Aug 30 2010, 14:11

[тау]

Если посмотреть на форму окна в частотной области http://en.wikipedia.org/wiki/File:Window_f..._(blackman).png, то видно, что разница в 100дБ достигается при отстройке немного более 20бин, у меня на 1кГц выходит более 40бин, а речь идет о разнице в уровнях порядка 100..110дБ - т.е. окно влиять не должно. Больше точек брал, разницы в уровне шума вроде нет, но возникает проблема, которая мешает - генераторы немного "плывут", это вызывает проблемы с фиксацией уровня несущей (когда несущая "перескакивает" в соседний бин ее уровень меняется, т.к. используется усреднение). Конечно можно померять уровень несущей при широкой полосе, а потом добавить точек и уже не обращать внимания на уровень несущей, но ведь уважаемая публика тогда может не поверить картинкам ...

96k/4096=23.43Гц 42бин от несущей
= -119дБ для блэкмана и идеального синуса. период синуса 20 отсчетов
=-129дБ период синуса 17 отсчетов
=-114дБ период синуса 21 отсчетов
=-114дБ период синуса 16.1 отсчетов
=-114дБ период синуса 18 отсчетов
Окно влияет.
Вы могли -113.9дбн намерять чисто по растеканию, поэтому странно что с большим количеством точек "разницы в уровне шума вроде нет".
Ничего страшного в том чтобы померять несущую на широких бинах, а шум на узких, даже буржуи так делают.

А вот в ближней зоне -120..-123дБн/Гц @ 1кГц обеспечивается стабильно в самых разных вариантах, а лучше никак...

это потому что

Я понимаю, что там много степеней свободы, но более всего они влияют на шум при отстройках от 2кГц и дальше.

это тоже потому что.

Сообщение отредактировал тау - Aug 30 2010, 20:21

[Шаманъ]

Окно влияет.
Вы могли -113.9дбн намерять чисто по растеканию, поэтому странно что с большим количеством точек "разницы в уровне шума вроде нет".

Ну там -113.9дБ, а уровень несущей -5.2дБ, т.е. намеряно -108.7дБн. Поэтому и разницы в шумах может небыло... В любом случае спасибо за короткий анализ. Ну а раз:

Ничего страшного в том чтобы померять несущую на широких бинах, а шум на узких, даже буржуи так делают.

то в следующий раз сделаю измерение шума с БПФ на 131072 точки при 96kSPS, это даст при том же окне коррекцию менее 1дБ, т.е. можно считать что она не нужна - будет удобнее интерпретировать данные. Несущую померяю отдельно с широкой полосой.

это потому что

Ну почему еще предстоит разобраться - не думаю что все так однозначно. Для начала хочу собрать буфер и добавить аттенюаторы на выходе генераторов (3дБ и потом буфер для того который в роли гетеродина и 15-20дБ для того который в роли сигнала) это позволит развязать их получше от измерительной установки, заодно наведу немного порядок в монтаже. Кроме того что-то подсказывает мне, что надо изменить напржение на диоде и уменьшить мощность сигнала на выходе - пол от этого может подняться, но вблизи не исключаю что будет лучше - подозреваю что при +10dBm на выходе и 7.5В питании (как сейчас) транзисторы не работают в линейном режиме. Постараюсь завтра позаниматься с генераторами, а то если не выйдет эксперименты перенесутся аж на воскресенье...

ledum:

Виктор, спасибо за информацию. Я почему-то думал, что полупроводниковые датчики температуры для этого дела не слишком подходят (везде вроде термисторы ставят). Конструкция у меня планируеся немного иная - есть несколько вариантов, благо имеется возможность выфрезеровать довольно сложное основание из алюминия под это дело. Кстати, интересно еще, почему в качестве "нагревательного" транзистора в печках не используют полевики (или все просто повторяют упрощенный вариант печки от HP10811)? Но это я планирую, а пока хотелось бы разобраться с шумами (всетаки хочу стабильно -130дБн/Гц @ 1кГц)...

[ledum]

Конструкция у меня планируеся немного иная - есть несколько вариантов, благо имеется возможность выфрезеровать довольно сложное основание из алюминия под это дело. Кстати, интересно еще, почему в качестве "нагревательного" транзистора в печках не используют полевики (или все просто повторяют упрощенный вариант печки от HP10811)? Но это я планирую, а пока хотелось бы разобраться с шумами (всетаки хочу стабильно -130дБн/Гц @ 1кГц)...

Я добавлю еще одну степень свободы. Кондер между эмиттером и кварцем у меня реально не 470пик, а там 2 варикапа BB148 (или 149, не помню - сейчас под рукой открытого нет). Они используются для фапирования или плавной регулировки частоты, если надо. Их емкость получается порядка 7-10пик. Тоже очень влияет на шумы.
Учтите низкую добротность керамического подстроечника на таких частотах - мы стараемся взять минимально необходимый со слабым включением в контур.
Можно попробовать поменять транзистор на более высокочастотный и малошумящий, суперхит старых ГУНов со спутниковых тюнеров, он же стоял и в гетеродинах профессиональных спутниковых девайсов - NE85633, маркировка R24. Не пугайтесь, это 2SC3356, которого валом обычно на рынках.
Что касается термостата, я разбирал очень много импортных промышленных со спутниковых Инмарсатовских и Интелсатовских станций (на соседней разборке их просто разбивали (пи-и-и-и), в основном NDK, сейчас мы их выкупаем на эксперименты - все довольны) - ни у кого нет фрезерованных деталей. Кто через прокладку нитками прикручивает (или термоусадкой зажимает) кварц к дарлингтону, кто скобой со стяжкой, а кто и просто припаивает кварц к коллектору p-n-p дарлингтона в ТО-220, правда ИМХО начинаются проблемы с шумами по земле. Сейчас выход на режим у большинства порядка минуты, тепловая инерционность фрезерованных пластин им ни к чему. Да и потребляемую мощность экономят - габарит меньше, возможность тепловой утечки тоже. Полевики не вижу смысла применять - транзистор в печке работает в линейном режиме. Времена Хьюлетт-Паккардовских со стеклянными вакуумированными термосами, ключевых, стабильных, но гнавших коммутационные помехи ушли в прошлое. Доходит до такого http://www.qsl.net/dl4yhf/dcf77_osc/index.html - кстати, он показывает как находит термостабильную точку.

Сообщение отредактировал ledum - Aug 31 2010, 08:48

[Шаманъ]

Я добавлю еще одну степень свободы. Кондер между эмиттером и кварцем у меня реально не 470пик, а там 2 варикапа BB148 (или 149, не помню - сейчас под рукой открытого нет). Они используются для фапирования или плавной регулировки частоты, если надо. Их емкость получается порядка 7-10пик. Тоже очень влияет на шумы.

У меня в одном генераторе 470пФ, а в другом 3..15пФ (этой степенью свободы особо не поиграешься). Тот где 470пФ генерит немного ниже 180МГц (179998кГц), второй около 180003кГц. На втором также разведено место под варикапы , чтобы зафапчевать и померять более традиционным путем, но учитывая требования и первые результаты измерений, думаю это лишнее.

Учтите низкую добротность керамического подстроечника на таких частотах - мы стараемся взять минимально необходимый со слабым включением в контур.

Былобы хорошо избавиться от него совсем, но думаю не выйдет...

Можно попробовать поменять транзистор на более высокочастотный и малошумящий, суперхит старых ГУНов со спутниковых тюнеров, он же стоял и в гетеродинах профессиональных спутниковых девайсов - NE85633, маркировка R24. Не пугайтесь, это 2SC3356, которого валом обычно на рынках.

Спасибо за наводку, кстати а что можно использовать если сделать генератор по схеме из статейки "A new LNXO Topology" ?

а кто и просто припаивает кварц к коллектору p-n-p дарлингтона в ТО-220, правда ИМХО начинаются проблемы с шумами по земле. Сейчас выход на режим у большинства порядка минуты, тепловая инерционность фрезерованных пластин им ни к чему.

Ну что-то огромное я не планировал делать - весь генератор с печкой должен иметь габариты не более 40х40х11мм, иначе он просто не влезет в блок синтезатора. Нитками не хочу - как-то совсем несолидно . Один из вариантов греть обратную сторону платы (там сплошная земля) к которой припаять корпус кварца. Транзистор можно взять в изолированном ТО220 и прикрутить около кварца (ну или и вправду какой-нить PNP дарлингтон посадить прямо на землю поближе к кварцу). В принципе мегастабильность мне не нужна - должно все получиться и в таком виде...

Доходит до такого http://www.qsl.net/dl4yhf/dcf77_osc/index.html - кстати, он показывает как находит термостабильную точку.

Спасибо! Забавная конструкция, а метод и вправду весьма наглядный.

Еще раз спасибо всем за подсказки - как будут результаты обязательно выложу...

[Шаманъ]

Не выдержал - выделил несколько минут и таки замерял шум с длинным БПФ (см. картинку) - уровень несущей -4дБ, коррекция -(3дБ+1дБ) = -4дБ, т.е. цифры получаются прямо в дБн/Гц... Красная линия порог измерительной установки.

Эх, сравнил с Wenzel на 100МГц и ужаснулся...

Эскизы прикрепленных изображений

 

[ledum]

Спасибо за наводку, кстати а что можно использовать если сделать генератор по схеме из статейки "A new LNXO Topology" ?

Я бы 3356 и поставил бы (просто их у меня много), стоят копейки - на Имраде где-то 20 центов, хотя может быть и подделка, но у меня много доноров с настоящими.

Ну что-то огромное я не планировал делать - весь генератор с печкой должен иметь габариты не более 40х40х11мм, иначе он просто не влезет в блок синтезатора. Нитками не хочу - как-то совсем несолидно . Один из вариантов греть обратную сторону платы (там сплошная земля) к которой припаять корпус кварца. Транзистор можно взять в изолированном ТО220 и прикрутить около кварца (ну или и вправду какой-нить PNP дарлингтон посадить прямо на землю поближе к кварцу). В принципе мегастабильность мне не нужна - должно все получиться и в таком виде...

Кгм, как минимум 2 Вт просто на нагрев платы, если это основная плата. Во всех OCXO блочек из кварца-терморезистора-дарлингтона(или просто транзистора) стараются завесить в воздухе. См. разобраный товарищем dl4yhf генератор - коробочка с кварцем висит на ножках транзистора, прикрученного к этой коробочке. Вот еще вариант - http://elektonik.org/module-Downloads-prep...ut-lid-604.html - кварц касается двух BC337 (хотя нет, соврал, просто в объеме, странно, что там у них - по немецки не понимаю, а после гугля-транслейта еще свой переводчик нужен) и лежит на KTY81, все это между двумя платами в корпусе.
С нитками смотрелось очень солидно - они были еще и проклеенные. Я сначала подумал, что это тонкий провод подогревателя в стеклотканевой изоляции, но в конце увидел, что, то, что казалось концом спирали, просто приклеилось к нижней платке и никуда не ведет, а кварц, как обычно, грелся дарлингтоном в DPAKе. Тоже все зависло на ножках, подпаянных к транзистору. А кварц тоненькими проводочками (чтобы уменьшить утечку тепла через выводы) припаивался на верхнюю (генераторную плату). Но это на 10МГц
Мегастабильность врядли и получится. Но 5*10Е-7 реально.
Да с шумами что-то странновато. Может попробуете запустить что-нибудь из имеющегося у Вас или легко находимого в Вашем городе, вроде радиорынок тоже есть, на 7 гармонике. Типа 24, 24,576 или 27, вдруг запустится . Чтобы отсечь влияние кварцев. Мне тоже предстоит 180МГц. Буду пробовать по Дрисколлу и еще пару схемок. Удваивать 90 как-то не хочется.

Сообщение отредактировал ledum - Aug 31 2010, 11:20

[тау]

Эх, сравнил с Wenzel на 100МГц и ужаснулся...

сочувствую...
но , такие длинные провода к разъемам СР50 (и смесителю ? ) никуда не годятся (проверено практикой - фиговый кабель или висячие разъемы ухудшают картину шумов) .
Проверьте также, что там у вас с вещанием в воздухе на 180 МГц , оно тоже мешает.
перед BAS70 0,1 мкф мало , я бы 100мкФ минимум поставил.
провода к батарейкам может длинные - нахватывают индустриальные НЧ помехи а ESR тантала их слабо гасит. Хорошим правилом является серьезный фильтр над общим полигоном земли схемы.

[НЕХ]

А зачем термисторы-нагреватели для опоры DDS ? Ведь давно существуют MCXO на базе "dual mode crystal oscillator".
Заставляем кварц дрожать на двух гармониках - и он сам раскажет о своей температуре ! И теперь задача лишь прописать в DDS
правильные цифры, а тактовая может дрейфовать.