Jak zaprojektować tani generator sinusoidalny do 200 MHz?

Chcę zrobić tani oscylator szerokopasmowy do analizatora anteny, który projektuję. Chcę prostą falę sinusoidalną w szerokim zakresie częstotliwości. Nie chcę używać układu DDS IC, takiego jak AD9851, ponieważ jest on drogi i wydaje się, że to przesada.

Patrzyłem na SI5351A , który wygeneruje zegar o fali prostokątnej 50 omów do 200 MHz.

Chciałbym przekonwertować tę wyjściową falę prostokątną na falę sinusoidalną w zakresie 1 MHz - 200 MHz. Jaki jest najprostszy i najtańszy sposób to zrobić?

Są dwa pomysły, które przychodzą na myśl

1. Dwa kaskadowe integratory wzmacniaczy operacyjnych , wykorzystujące OPA355 lub coś takiego
2. Seria filtrów dolnoprzepustowych, które odfiltrowują wszystko oprócz podstawowego, obejmując cały zakres częstotliwości. Na przykład filtry z odcięciami 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 i 256 MHz? Właściwy filtr zostanie przełączony na 8-portowy przełącznik analogowy wraz ze wzrostem częstotliwości. Wydaje się, że to wiele filtrów, ale wszystkie te elementy są wyłącznie pasywne i miałyby stosunkowo luźne tolerancje.

Czy podejście z wykorzystaniem układu scalonego generatora zegara ma sens? Jeśli tak, to który z tych filtrów najlepiej jest przekonwertować na falę sinusoidalną? Dzięki.

Jeśli jesteś przygotowany do używania przełączanych banków filtrów, równie dobrze możesz rozważyć użycie przełączanych banków oscylatorów fali sinusoidalnej Colpittsa. Jeden tranzystor dostarczy ci wystarczająco przyzwoitą falę sinusoidalną i doda kilka diod warystorowych, a otrzymasz prostą kontrolę napięcia prądu stałego częstotliwości w zakresie większym niż 2: 1, tj. Jeden obwód colpittsa daje od 100 MHz do 200 MHz (plus nakładanie się z następny w dół).

Tak więc 8 oscylatorów tranzystorowych wykona zadanie, a czystość fali sinusoidalnej będzie lepsza niż około 5%, powiedziałbym. Oto moja ulubiona konfiguracja oscylatora colpittsa: -

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

Sugeruję użycie tranzystora z 5 GHz fT, aby uruchomić go na 200 MHz. BB171 jest obecnie dostępny jako warystor i ma bardzo dobry współczynnik strojenia wynoszący 22: 1. Ten współczynnik strojenia sugeruje stosunek częstotliwości wynoszący$\sqrt{22}$ i to potencjalnie jest ponad 4: 1, ale będziesz bardzo utalentowany, jeśli możesz zaprojektować ten zakres od prostego oscylatora colpittsa i uzyskać niskie zniekształcenie i stabilność amplitudy.

Aby dodać wycinek jakości, możesz podać sygnał wyjściowy do pętli HMC700 ułamkowo-fazowej N i w ten sposób uzyskać kontrolę częstotliwości i stabilności (za pomocą SPI); ponieważ masz tylko jeden oscylator wybrany na raz, jeden HMC700 powinien wykonać zadanie dla całego zakresu.

Aby wybrać jeden z 8 sygnałów, można to zrobić za pomocą diod pinowych, ale prawdopodobnie można to zrobić przy mniejszym bólu mózgu za pomocą przełącznika analogowego RF, takiego jak HMC544A . Będą inne, ale musisz znaleźć te o wysokich właściwościach izolacyjnych.

Możesz również użyć przełączników analogowych, aby wybrać wiązkę cewek, które pokrywają cały zakres częstotliwości - byłoby to osiągnięcie, ponieważ pojawią się problemy z pojemnością błądzącą i upływową, ale im więcej o tym myślę, myślę, że możesz uzyskać co najmniej zakres częstotliwości 5: 1 z jednego oscylatora colpittsa i kilku cewek włączonych lub wyłączonych. To zmniejszy o połowę liczbę oscylatorów. Warte rozważenia.

Drugim pomysłem na użycie przełączanych filtrów dolnoprzepustowych do przepuszczenia podstawy fali prostokątnej jest sposób, w jaki robi się to w wielu komercyjnych generatorach sygnałów RF. To zależy od tego, jak czysta ma być twoja fala sinusoidalna. Używanie ekonomicznej wersji tej techniki jest dość trudne, aby uzyskać lepsze niż typowe 40dB, gwarantowane tłumienie harmonicznych 30dB, ale ten poziom jest odpowiedni dla wielu przypadków użycia.

Istnieje kilka sztuczek, które można zastosować, aby obniżyć koszty i uprościć projektowanie.

Pierwszym z nich jest użycie filtrów co pół oktawy, przynajmniej dla wyższych częstotliwości. Chociaż fala prostokątna nominalnie nie ma nawet harmonicznych, rozkłada się w przypadku praktycznych urządzeń o asymetrii i załamaniu, w wyniku czego powstaje znaczna druga harmoniczna. Przy odpowiednio niskiej częstotliwości możesz przejść do pasm oktawowych.

Kolejnym jest użycie filtrów eliptycznych niskiego rzędu, które poprawiają nachylenie pasma przejściowego kosztem „powrotu” na wyższych częstotliwościach.

Kolejnym jest ułożenie kaskady tak, aby najwyższa częstotliwość (ta, przy której prawdopodobnie będziesz mieć najniższą moc i najniższe wzmocnienie) przechodzi przez najkrótszą, najmniej stratną ścieżkę, i że dodajesz kolejne sekcje wraz ze spadkiem częstotliwości. Naprawiony, dobrze zaprojektowany filtr dachowy 256 MHz na początku kaskady poradzi sobie z powrotem filtra 192 MHz, te dwa poradzą sobie z filtrem 128 MHz i tak dalej.

Kolejnym jest przełączanie filtrów poprzez przepuszczanie prądu przez diody PIN, co jest tańsze i łatwiejsze niż przy użyciu innych technologii przełączania. Prąd polaryzacji przepływa przez dławiki szeregowe filtrów, więc polaryzacja w określonym punkcie kaskady filtrów włącza odpowiednią część filtra, a reszta wyłącza się.

Ostatnim jest sprowadzenie filtrów do rozsądnej częstotliwości i wykonanie dolnego zakresu częstotliwości za jednym razem za pomocą DDS i pojedynczego filtra dolnoprzepustowego.