¿Cómo diseñar un generador senoidal económico hasta 200 MHz?

Quiero hacer un oscilador de banda ancha barato para un analizador de antena que estoy diseñando. Quiero una onda sinusoidal simple en un amplio rango de frecuencia. No quiero usar un IC DDS como el AD9851 porque es caro y parece excesivo.

Estaba mirando el SI5351A , que generará un reloj de onda cuadrada de 50 ohmios hasta 200 MHz.

Me gustaría convertir esa salida de onda cuadrada en una onda sinusoidal en el rango de 1 MHz a 200 MHz. ¿Cuál es la forma más sencilla y económica de hacer esto?

Dos ideas que me vienen a la mente son

  1. Dos integradores de amplificadores operacionales en cascada, usando un OPA355 o algo así
  2. Una serie de filtros de paso bajo que filtran todo menos lo fundamental, abarcando todo el rango de frecuencia. ¿Por ejemplo, filtros con cortes de 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 y 256 MHz? El filtro correcto se cambiaría mediante un interruptor analógico de 8 puertos a medida que aumenta la frecuencia. Parecen muchos filtros, pero todos estos componentes son puramente pasivos y tendrían tolerancias relativamente bajas.

¿Tiene sentido el enfoque de usar un generador de reloj IC? Si es así, ¿cuál de estos filtros tiene más sentido para convertir la salida en una onda sinusoidal? Gracias.

Tenga en cuenta que básicamente está construyendo un transmisor y conectándolo a una antena. Tengo un vago recuerdo de este tipo de analizador de antena prohibido en Alemania, pero no he podido encontrar una fuente para citar. Lo recuerdo porque a mediados de la década de 1990, una empresa para la que trabajaba tuvo que comprar un nuevo analizador debido a esa ley. Solo digo que puede irritar a sus vecinos y ser visitado por el equivalente de la FCC de su país cuando usa esa cosa.
Sí, presumiblemente la salida estaría en los microvatios. Como usted señala, correspondería al operador asegurarse de que estuviera operando dentro de las bandas en las que tenía licencia legal para hacerlo.
¿Qué tan pura necesitas la onda sinusoidal? ¿Qué resolución en frecuencia? ¿Qué resolución en el control de amplitud? Qué estabilidad en ambos y jitter de frecuencia ídem. Si desea calidad de extremo inferior, entonces su idea debería funcionar
Puedo estar equivocado, pero parece que un reloj digital tendría una excelente estabilidad de frecuencia. El período de cotizaciones de la hoja de datos +/- 70 ps máx., ¿es ese el extremo inferior para un VCO? Estoy realizando una medición radiométrica, por lo que la amplitud no es un problema, en cuanto a la pureza de la onda sinusoidal, sí, esa es la compensación aquí. No estoy seguro de lo que necesito allí todavía.
Bueno, 70 ps es 1,4 % a 200 MHz, así que entiendo tu punto. Todavía debería estar bien.
¿Parece que un reloj digital tendría una excelente estabilidad de frecuencia? Puede responder esto usted mismo después de leer la hoja de datos del SI5351. ¿Qué se utiliza como referencia para este chip? Mire en el diagrama de bloques y vea de dónde obtienen los PPL su frecuencia de referencia. Pero dudo que este chip se ajuste a sus necesidades, ya que es muy probable que genere una señal muy ruidosa (nerviosa). Está diseñado para sincronizar circuitos integrados digitales. Los circuitos integrados digitales no se preocupan por la pureza del reloj. Para su aplicación, esto podría ser más crucial.
Estoy de acuerdo con Andy en que debe determinar sus requisitos, incluido su presupuesto . ¿Por qué no hay generadores de onda sinusoidal de 1-200 MHz baratos a la venta? Porque no es tan fácil generar una onda sinusoidal decente y mucho menos para todo ese rango. Si desea una onda sinusoidal decente (digamos menos del 10% de distorsión) a una frecuencia estable, entonces un DDS es el camino a seguir. Hasta 20 MHz bastará con un DDS económico. 200 MHz está entrando en el rango de RF, por lo que los precios se disparan. Demuéstrame que estoy equivocado mostrándome un diseño con un presupuesto que pueda hacer esto porque no he visto ninguno.
Si va a hacer un montón de filtros, ¿por qué no algunas redes Hall de paso de banda de banda estrecha? m.electronicdesign.com/analog/…
@FakeMoustache, por lo que parece que hay una compensación: puede tener estabilidad de frecuencia con algo de distorsión (un DDS o el generador de reloj) o menos distorsión pero menos estabilidad de frecuencia (un Colpitts VCO o algo así). Tendré que probar alguna simulación para evaluar la diferencia. Siempre que el Colpitts sea monótono, puedo barrer y medir su frecuencia y usar un control de bucle cerrado, por lo que quizás la estabilidad no sea realmente tan importante. Gracias me has dado mucho en que pensar.
Bueno, eso no es del todo cierto, también puede tener estabilidad de frecuencia (tan buena como un DDS) con un oscilador. Pero luego debe usar un Phase-Locked-Loop (PLL) para bloquear la frecuencia del oscilador a una referencia de cristal. Esto es lo que se usa en prácticamente todos los transceptores modernos (de los últimos 20 años más o menos).

Respuestas (2)

Si está preparado para usar bancos de filtros conmutados, también podría considerar el uso de bancos conmutados de osciladores de onda sinusoidal Colpitts. Un transistor le dará una onda sinusoidal lo suficientemente decente y agregará un par de diodos varactores y obtendrá un control de frecuencia de voltaje de CC simple en un rango superior a 2: 1, es decir, un circuito colpitts le dará 100 MHz a 200 MHz (más superposición con el el siguiente abajo).

Entonces, 8 osciladores de transistores harán el trabajo y la pureza de la onda sinusoidal será mejor que aproximadamente el 5%, diría yo. Esta es mi configuración favorita de oscilador colpitts: -

ingrese la descripción de la imagen aquí
(fuente: radio-electronics.com )

Le sugiero que use un transistor con 5 GHz fT para que funcione a 200 MHz. El BB171 está actualmente disponible como varactor y tiene una relación de sintonía muy buena de 22:1. Esta relación de sintonía implica una relación de frecuencia de 22 y eso potencialmente es más de 4: 1, pero tendrá mucho talento si puede diseñar este rango desde un simple oscilador colpitts y obtener baja distorsión y estabilidad de amplitud.

Para agregar una porción de calidad, puede alimentar la salida a un bucle de bloqueo de fase N fraccional HMC700 y obtener el control de la frecuencia y la estabilidad de esta manera (usando SPI); debido a que solo tiene un oscilador seleccionado a la vez, un solo HMC700 debería hacer el trabajo para todo el rango.

Para seleccionar una de las 8 señales, se puede hacer con diodos pin, pero probablemente se pueda hacer con menos dolor de cabeza usando un interruptor analógico de RF como el HMC544A . Habrá otros, pero necesita encontrar unos con altas capacidades de aislamiento.

También puede usar interruptores analógicos para seleccionar un grupo de inductores que cubran todo el rango de frecuencia; esto sería un logro porque habrá problemas de capacitancia parásita y de fuga pero, cuanto más lo pienso, creo que podría obtener al menos un rango de frecuencias de 5: 1 desde un oscilador colpitts y un par de inductores conectados o desconectados. Esto reduciría a la mitad el número de osciladores. Vale la pena considerarlo.

Esta es una idea muy buena, entonces sí, use el HMC700 para hacer un control de frecuencia de bucle cerrado.
No se requiere un gran aislamiento de la conmutación de selección del oscilador si los VCO no utilizados se apagan cuando no están seleccionados. Luego, el cambio solo tiene que aislar la mala impedancia, no detener una señal. ¡Con cuidado, puede crear mágicamente la polarización para el diodo PIN del VCO alimentado y polarizar inversamente los que no están alimentados!
@Neil_UK, sí, pensé en usar la alimentación de CC para cada oscilador también para eso, ¡pero me despisté y me olvidé!

Su segunda idea de usar filtros de paso bajo conmutados para pasar la fundamental de una onda cuadrada es la forma en que se hace en muchos generadores de señales de RF comerciales. Depende de cuán limpia quieras que sea tu onda sinusoidal. Es bastante difícil usar una versión económica de esta técnica para obtener una supresión de armónicos superior a los 40 dB típicos, 30 dB garantizados, pero ese tipo de nivel es adecuado para muchos casos de uso.

Hay varios trucos que puede emplear para reducir costos y simplificar el diseño.

La primera es usar filtros en pasos de media octava, al menos para las frecuencias más altas. Aunque una onda cuadrada nominalmente no tiene armónicos pares, esto se descompone en dispositivos prácticos con asimetrías y avances que dan como resultado un segundo armónico significativo. En alguna frecuencia adecuadamente baja, puede ir a bandas de octava.

El siguiente es utilizar filtros de diseño elíptico de bajo orden, que mejoran la inclinación de la banda de transición, a expensas del "retorno" a frecuencias más altas.

Lo siguiente es organizar la casacada de modo que la frecuencia más alta (es decir, aquella en la que es probable que tenga la potencia más baja y la ganancia más baja) pase por el camino más corto y con menos pérdidas, y agregue más secciones a medida que la frecuencia cae. Un filtro de 'techo' de 256 MHz fijo y bien diseñado al comienzo de la cascada se encargará del regreso del filtro de 192 MHz, esos dos manejarán el filtro de 128 MHz, y así sucesivamente.

El siguiente es cambiar los filtros pasando corriente a través de diodos PIN, que es más barato y más fácil que usar otras tecnologías de conmutación. La corriente de polarización pasa a través de los inductores de la serie del filtro, por lo que la polarización en un punto específico de la cascada del filtro enciende la parte correcta del filtro y apaga el resto.

El último es solo bajar los filtros a una frecuencia razonable y hacer el rango de frecuencia inferior de una sola vez con un DDS y un solo filtro de paso bajo.

Esto es genial, muchas gracias. La idea de usar diodos PIN es realmente elegante
¿Cómo diseñar un generador senoidal económico hasta 200 MHz?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 1v