Hallo Forum, für einen Mehrband-Superhet-TRX möchte ich einen digital abstimmbaren VFO bauen. Der VFO muss über folgende Eigenschaften verfügen: - Bandbreite 500 kHz (5-5,5 MHz) - Frequenstabilität sollte in der Größenordnung einer PLL liegen - geringes Phasenrauschen - weitestgehende Temperaturkompensation Als Konzept möchte ich einen freilaufenden LC-Oszillator, welcher natürlich entpsrechend temperaturkompensiert wird (Bauteileauswahl mit gegenläufigen Temperaturkoeffizienten, Gehäuse als kalter Thermostat, evtl. geheizte Spule mit Thermostat) und vorgealterte Bauteile bekommt, mit Varicaps abstimmen. Bis jetzt ist das ja nichts neues... Die Abstimmspannung für die Varicaps möchte ich aus einem DAC generieren, welcher von einem AVR kontrolliert wird. Der AVR übernimmt des weiteren die Aufgabe die VFO-Frequenz zu zählen und über SPI an einen weiteren Controller zu übergeben und eine relativ langsame Regelschleife darzustellen, welche bei Verriegelung der Frequenz diese über das nachregeln der Abstimmspannung konstant hält. Die Frequenzgenauigkeit sollte in den Bereich einer PLL kommen, jedoch ohne das Phasenrauschen einer PLL, deswegen auch der langsame Regelkreis. Im ungünstigsten Falle pendelt die VFO-Frequenz also zwischen den zwei Eckfrequenzen der Quantisierungspunkte des DACs hin und her, wenn die Temperatur stabil bleibt. Eine DAFC eben...nur in Software anstatt in Hardware. Die Frequenzwahl soll über einen Drehencoder (optisch) erfolgen. Während der Abstimmung kann man die DAFC abschalten und abstimmen, beim Loslassen der Abstimmung kann die Frequenz wieder nach einer Hysterese verriegeln. Der DAC muss jedoch schnell genug sein, damit ein kontinuierliches Durchstimmen des VFOs möglich bleibt. Was haltet ihr von diesem Konzept? Sven
Sven L. schrieb: > jedoch ohne das Phasenrauschen einer PLL, wer sagt denn, dass eine PLL viel Phasenrauschen haben muss? Sämtliche kommerziellen Messsender haben PLLs und Frequenzschritte von z.B. 0.1 Hz. Schau dir mal deren Rauschglocken an, z.B. bei Rohde&Schwarz. Sven L. schrieb: > welcher > natürlich entpsrechend temperaturkompensiert wird (Bauteileauswahl mit > gegenläufigen Temperaturkoeffizienten, Gehäuse als kalter Thermostat, > evtl. geheizte Spule mit Thermostat) und vorgealterte Bauteile bekommt, > mit Varicaps abstimmen. wozu? Ich denke du willst sowieso eine Frequenzregelschleife bauen
Ich spreche aber nicht von R&S, sondern das was mit einigermaßen vertretbarem Aufwand mit Amateurmitteln realisierbar ist. :) Ich möchte auch einmal was neues probieren und dachte, dass es sich lohnen könnte diesen unkonventionellen Ansatz zu probieren? Außerdem sind es mehrere Problemstellungen auf einmal: Nämlich der Frequenzzähler an sich, der Regelkreis (das wohl größte Problem) und die Ansteuerung des DACs und dessen Ausgangssignal schaltungstechnisch einzubinden. Sven
Hallo, warum dieses und nicht folgendes und in meinen Augen moderneres, Konzept: -TCXO mit PLL-Baustein zur Takterzeugung für einen DDS-IC -DDS-IC mit Rekonstruktionsfilter als Signalreferenz für deinen Oszillator -Oszillator mit PLL, die vom DDS-Signal gefüttert wird Dein AVR programmiert den DDS, der DDS macht dann weitestgehend alles autonom ohne den µC auszulasten. Welche Frequenzauflösung wird überhaupt benötigt? branadic
Die Frequenzauflösung sollte bei 0,5 - 1 Hz liegen. Feiner braucht es nicht zu sein. Ok, ein TCXO sorgt für gute Frequenzstabilität über einen recht weiten Temperaturbereich. Wenn man ein wirklich rauscharmes 5 MHz-Signal haben möchte, so wird trotzdem eine DDS mit hohem Takt gebraucht. Ich möchte nicht solche Gurken bauen, bei denen bei 30 MHz und 4 MHz ZF dann das 26 MHz LO-Signal mit einer 50 MHz-DDS erzeugt wird. Das rauscht dann wie die Hölle! Jetzt mal ganz unabhängig welche Lösungen es noch gibt, könnten wir bitte zur Ausgangsfrage zurückkehren und das vorgestellte Konzept diskutieren? :) Viele Grüße! Sven
Es tauchte noch die Frage auf, warum ich mit so viel Aufwand den VFO stabilisieren möchte. Nun, wenn der VFO wie verrückt läuft, so kann den auch die beste Regelung nicht wieder einfangen... Oder anders ausgedrückt: Damit die Regelung kein Rauschen erzeugt, wird sehr langsam geregelt und die Frequenz des VFOs darf sich durch Drift nicht schneller ändern als die Regelung nachregeln kann. Sven
Um eine rauscharme und schnelle PLL mit kleiner Schrittweite zu bauen, nimmt der Profi einen Fractional-N-Synthesizer.
So wird es wohl heute gemacht, wenn es keine direkte digitale Synthese sein soll... Mich hat an den bisherigen DAFC-Konstrukten nur eines gestört: Je nach Konstruktion des VFOs gibt es für die RIT und XIT extra Varicaps, die ebenfalls mit einer Spannung beaufschlagt werden. Veränderungen dieser Spannung sind für die DAFC letztendlich Störgrößen, die diese versucht auszuregeln. Das geht sogar soweit, dass zum Beispiel beim Telegrafiebetrieb mit Full-BK und eingeschalteter RIT bei jedem Umschaltvorgang die Frequenz des VFO wegläuft. - Die statische Stabilität des VFOs war super, solang' man nicht sprunghaft die Frequenz durch solche Umschaltvorgänge änderte. Das möchte ich vermeiden, da die Steuerung komplett der AVR übernimmt. Sven
Noch was zur Größenordnung: -154 dbc Phasenrauschen in 500 Hz Abstand zum Träger hatte ein mit langsamer DAFC modifizierter VFO. In die Größenordnung möchte ich auch kommen. Sven
Sven L. schrieb: > -154 dbc Phasenrauschen in 500 Hz Abstand zum Träger hatte ein mit > langsamer DAFC modifizierter VFO. Bei welcher Oszillatorfrequenz? Könntest du mal das Messverfahren beschreiben, wie du auf -154dbc/Hz @500Hz gekommen bist.
Oszillatorfrequenz lag bei knapp über 5 MHz. Das Gerät war ein R&S FSH8. Das VFO-Signal wurde mit Dämpfungsgliedern bedämpft und direkt in den Spektrumanalyzer eingespeist. Die Grenzempfindlichkeit des Gerätes liegt bei ganz schmalen Bandbreiten etwas über -160 dbm. VFO-Träger lag bei +10dbm und es ergab sich in 500 Hz Abstand zum Träger ein Rauschseitenband von max. -154 dbc (-144 dbm absolut). Die Bandbreite wurde sehr stark eingeeingt, damit der vollen Dynamikbereich genutzt werden konnte. Sven
Das Ergebnis ist wundersam, da der FSH8 ein eigenes Seitenbandrauschen von -95...-105dBc/Hz in 30kHz (!) Abstand hat. http://www2.rohde-schwarz.com/file_16193/FSH_dat_sw_en.pdf
Sven L. schrieb: > Das VFO-Signal wurde mit Dämpfungsgliedern > bedämpft und direkt in den Spektrumanalyzer eingespeist. Das muss dann ja ein selektives (nur für die Trägerfrequenz wirksames) Dämpfungsglied gewesen sein, welches in 500Hz Abstand wesentlich weniger dämpft. Was für ein Filter war das?
Die Forderungen sind eher akademischer Natur und haben wenig Zusammenhang zur Realitaet. >Frequenzstabilität sollte in der Größenordnung einer PLL liegen Ein PLL regelt auf Null Fehler, er regelt sogar auf 90Grad Phase ! Die Frequenzgenauigkeit einer PLL wird durch die Referenz gegeben. >Die Frequenzauflösung sollte bei 0,5 - 1 Hz liegen. Feiner braucht es nicht zu sein. Ist voellig ueberzogen. >-154 dbc Phasenrauschen in 500 Hz Abstand zum Träger hatte ein mit langsamer DAFC modifizierter VFO. Ist auch voellig ueberzogen.
Oktav Oschi schrieb: >>Die Frequenzauflösung sollte bei 0,5 - 1 Hz liegen. Feiner braucht es > nicht zu sein. > > Ist voellig ueberzogen. > >>-154 dbc Phasenrauschen in 500 Hz Abstand zum Träger hatte ein mit > langsamer DAFC modifizierter VFO. > > Ist auch voellig ueberzogen. Ob das überzogen ist oder nicht, kommt auf die Anwendung an. Die hat Sven noch nicht beschrieben. Wenn z.B. das Phasenrauschen eines Quarzoszillators nach der Mischermethode gemessen werden soll, ist das nicht überzogen.
Ich dachte es waere ein Mehrband-Superhet-TRX. Einen Quarzoszillator zu messen ueberlass ich gerne dem Hersteller. Falls nicht waere ein R&S FSH8 die bessere Wahl.
Den DAFC kenne ich vor allem von DJ7VY http://www.mikrocontroller.net/attachment/82950/CQDL1977_DJ7VY_Artikel.pdf ab Seite 4 ist ein VFO für 137 MHz beschrieben http://www.mydarc.de/dc4ku/Stabilisierung_VFO.pdf der beruft sich auch auf ihn.
Eine DAFC ist für die Freunde analoger Vfo´s ein gute Sache.Die Frequenzstabilität die man erzielen kann reicht für die Fukpraxis völlig aus. Natürlich sollte der VFO schon eine gewisse Grundstabilität aufweisen und danach hängt es von der Digitalis und deren Anbindung an den Schwingkreis ab wie gut das Ausregelverhalten ist,dh.der Regelunfang in Hz pro mV erzeugter Regelspannung muß passen da es sonst zu Regelschwingungen kommt und oder der VFO ständig marschiert.Aber es gibt genug Lektüre im Netz zb auch unter HUFf and Puff Stabilizer. Früher haben Amateure frei laufende Oszilatoren sehr aufwändig mit Temperaturschränken und viel Zeit nebst Trimmer und C´s mit Tk werten wie man sie heute gar nicht mehr bekommt erstaunlich stabil hinbekommen.Wenn man heute zb. Trimmerkondensatoren kauft steht der TK Wert oft gar nicht mehr dabei und ohne solche Sachen braucht man gar nicht erst beginnen.
Oktav Oschi schrieb: > Ich dachte es waere ein Mehrband-Superhet-TRX. ...das hatte ich übersehen ;-) Dafür gäbe es dann noch die Möglichkeit, eine Analog-PLL mit Verzögerungsleitung aus einem PAL-Fernseher aufzubauen. Die ist auch sehr rauscharm und völlig stufenlos abstimmbar. Sowas wurde z.B. im SE400 der Fa.Braun verbaut.
Hallo Sven, hier sind einige ungeordnete Gedanken zu Deinem Konzept: eine Frequenzvariation des LC-Oszillators von 1,1:1 bedingt bei konstanter Induktivität eine Kapazitätsvariation von 1,21:1. Das ist mit einer Kapazitätsdiode leicht zu machen. In einem Kurzwellenempfänger mit hochliegender 1.ZF und einem auf drei VCOs aufgeteilten Abstimmbereich kommt man auf etwa dieselbe Kapazitätsvariation. In Deinem Konzept wäre die Kapazitätsdiode also ähnlich fest angekoppelt wie in den VCOs eines solchen Emfängers, d.h. das durch ihre Verluste verursachte Phasenrauschen liegt in der gleichen Größenordnung und ist für einen Kurzwellenempfänger bzw. -transceiver durchaus brauchbar. Eine Frequenzauflösung von 0,5Hz bei einem Variationsbereich von 500kHz entspricht einem Verhältnis von 500000/0,5 = 1000000. Dafür brauchst Du also einen 20-bit-D/A-Wandler. Wenn Du berücksichtigst, daß der Zusammenhang zwischen Abstimmspannung und Frequenz nichtlinear ist, sind wohl eher noch ein oder zwei Bit mehr nötig, damit auch im ungünstigsten Fall die Schrittweite bei 0,5Hz bleibt. Die Ausgangsspannung des DAC muß sorgfältig gefiltert werden, damit Störungen aus der digitalen Ecke nicht bis zu der Kapazitätsdiode vordringen können. Diese Filterung begrenzt die maximale Abstimmgeschwindigkeit. Wenn der Oszillator also nicht ausreichend stabil ist, kann die Regelung die Drift nicht schnell genug ausgleichen. Das wird vor allem in der ersten Zeitspanne nach dem Einschalten der Fall sein. Gegebenenfalls kann man die Zeitkonstante des Filters dafür umschalten - dann kann man zwar schneller nachstellen, muß aber mit mehr Störungen auf der Abstimmspannung leben. Ach ja: wie hoch ist die typische Abstimmgeschwindigkeit, wenn man am Abstimmknopf eines Transceivers dreht - etwa bis zu 1kHz/s? Und wie ist es, wenn man "schnell mal" an das andere Bandende möchte, sprich: wie lange will man warten, bis nach Drehen des Knopfes der Oszillator auf die neue Frequenz eingelaufen ist? Aus dem Bauch heraus glaube ich, Du wirst um umschaltbare Filterzeitkonstanten nicht herumkommen. Trivial ist solch eine Umschaltung aber nicht, denn jeder dabei eitstehende Spannungssprung moduliert den Oszillator und ist deshalb im Lautsprecher oder Kopfhörer wahrnehmbar. So, das soll es für den Moment gewesen sein. Dein Konzept ist meiner Meinung nach realisierbar, aber das ist mit Sicherheit kein Projekt für ein Wochenende. Falls Du es tatsächlich angehst: viel Erfolg, und viel Spaß dabei!
Vielen Dank für die Beiträge! @Mikrowilli: Ich halte das Konzept auch für tragbar, jedoch wird die Settle-Time + Verzögerung Filterung des DACs sich entscheidend auf die Abstimmcharakteristik auswirken. Bei einer Abstimmgeschwindigkeit von 1 kHz/s darf diese Zeitspanne nicht höher als 1 ms sein und da bekommen wir schon Probleme: Der DAC1220 zum Beispiel braucht schon 2 ms Settle-Time + Filterung. :( Deutlich schneller sind natürlich DACs für Audio-Anwendungen. Wie gut die aber bei statischen Ausgangsspannungen sind (Rauschen, Stabilität), das weiß ich nicht! Man könnte die Beschleunigung der Abstimmung progressiv auslegen. Also wird erst langsam abgestimmt, dann ändern sich die Schritte von 1 Hz auf 10Hz und dann auf 100 Hz. Somit könnte man mal schnell "über's Band" kurbeln. Der VFO soll eine Selbstkalibrierung bekommen, indem er durch automatisches Durchstimmen des Abstimmbereiches mit gröberer Auflösung die Kennlinie der Varicap ermittelt und im EPROM ablegt. Ich habe gerade mal bei Elecraft gelunzt wie die das mit dem K2 machen. BFO und RIT werden sogar nur über 8-Bit DACs angesteuert und den VFO realisieren sie mit einer PLL, deren VCO über DAC und Varicap abgestimmt wird. Dort reicht für die die paar kHz VCO-Abstimmbereich auch ein 12-Bit DAC. Ganz Konkret: Es soll ein 4-Band-Einfachsuper-TRX (80, 40, 20 und 10m) werden. Die ZF soll bei 9 MHz liegen, da ich dort Filter selbst bauen kann bzw. auch kommerzielle Filter von KVG einsetzen kann. Der 1. Mischer wird ein Diodenringmischer sein (TUF-1 o.ä.), der natürlich ordentlich VFO-Pegel braucht. 80 und 40 m werden direkt mit dem VFO gemischt. Bei 20 und 10m wird der VFO mit einem XO gemischt. Der ZF-Verstärker wird diskret mit Dualgate-FETs und hochgelegten Source-Anschlüssen aufgebaut. Besonderheit: Nach dem ZF-Filter folgt ein Splitter. Das ZF-Signal wird aufgeteilt auf den Produktdetektor und einen weiteren Mischer, welcher die ZF auf 400-500 kHz heruntermischt. Aus dieser "2. ZF" wird dann die AGC-Regelspannung nach nochmaliger Filterung gewonnen und auf die FETs im ZF-Verstärker und ggf. auf die erste NF-Stufe nach dem Produktdetektor geführt. Dabei möchte ich versuchen die AGC-Filterbandbreite zusätzlich variabel einengbar machen zu können. Der Sender soll einen eigenen ZF-Zweig bekommen, da das "recyceln" einer Empfänger-ZF für den Sender nicht ganz so einfach ist. Als Sendemischer wird wohl ein einfacher SA602 ausreichen. Modulation erfolgt über einen Balancemodulator und nachfolgendem Sendefilter. Bei CW-Betrieb wird der Balancemodulator mit DC-Offset betrieben und der BFO um die 700-800 Hz verschoben, wodurch das CW-Signal im Filter-Passband liegt. Danach per Dualgate-FET eine Leistungsregelung und Verstärkung als Vortreiber. Den Treiber bipolar und die PA mit HF-FETs. Angepeilte Leistung um die 20 W PEP. So sieht es bis jetzt aus. :) Ich werde wohl Versuche mit einem VFO und einem preiswerten DAC unternehmen müssen, um zu sehen, ob das was taugt. Schnelle 20-Bit-DACs sind nämlich nicht sehr billig! Viele Grüße! Sven
schau dir doch mal den CDG2000 an von PA3AKE gibts dazu auch einiges und dann wäre u.a. noch der PicaStar
Ich glaub, für den Sven ist der Weg das Ziel, sonst käme er nicht auf solch aufwendigen Schaltungsmonster. Ich schlag da mal was ganz anderes vor: 1. Sven nimmt einen einfachen DDS-Schaltkreis, der - quarzgesteuert - eine Frequenz erzeugt, die im Zielbereich oder niedriger ist. 2. Sven baut einen diskreten rauscharmen per Kapazitätsdioden abgestimmten VCO auf, der alle seine Wünsche bzgl. Signalqualität erfüllt. 3. Sven schaltet zwischen seinen VCO und den DDS-Ausgang einen PLL-IC (notfalls kann er ja die VCO-Frequenz weiter herunterteilen, falls er sowas wie den 4046 benutzen will). 4. Sven macht die Bandbreite des Regelverstärkers so klein wie möglich und erhält damit einen sowohl quarzstabilisierten als auch rauscharmen VCO, denn durch die kleine Bandbreite des Verstärkers kommt das Rauschen des DDS nicht durch. Na, was meint ihr? W.S.
>1. Sven nimmt einen einfachen DDS-Schaltkreis, der - quarzgesteuert - >eine Frequenz erzeugt, die im Zielbereich oder niedriger ist. > >2. Sven baut einen diskreten rauscharmen per Kapazitätsdioden >abgestimmten VCO auf, der alle seine Wünsche bzgl. Signalqualität >erfüllt. > >3. Sven schaltet zwischen seinen VCO und den DDS-Ausgang einen PLL-IC >(notfalls kann er ja die VCO-Frequenz weiter herunterteilen, falls er >sowas wie den 4046 benutzen will). > >4. Sven macht die Bandbreite des Regelverstärkers so klein wie möglich >und erhält damit einen sowohl quarzstabilisierten als auch rauscharmen >VCO, denn durch die kleine Bandbreite des Verstärkers kommt das Rauschen >des DDS nicht durch. -> CDG2000 dort wird es in etwa so gemacht
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