История одного ADF4350

Используем мы в своих железках широко известный в узких кругах синтезатор ADF4350. Вчера возник спор вокруг его дифференциальных выходов. Ничего не оставалось, как разогреть паяльник и включить спектроанализатор.
Сразу скажу, история достаточно специфичная, на глубину мысли не претендует.

Что, кому-то еще интересно? Айда под кат!


Вкратце расскажу, что это за зверь. ADF4350 — широкополосный синтезатор (PLL со встроенным генератором) от Analog Devices. Подаете ему хорошее питание, опорную частоту (фиксированную в диапазоне 10–250 Мгц с кварца) и он выдает вам любую частоту в диапазоне 137–4400 МГц с весьма хорошими характеристиками фазовых шумов и (не во всем диапазоне) вторую гармонику на 20 дБ меньше основной частоты. Управляется по SPI.


Стоит около 350 рублей, корпус безногий, хотя запаять реально
корпус

Когда-то мой коллега разработал схему и уволился.

Вопрос возник, когда я взглянул на схему и увидел расхождение с даташитом.

Дело в том, что очень часто выходы микросхем делают дифференциальными (два выхода с противоположной полярностью). Из балансного выхода синтезатора нужно было сделать небалансную линию (напомню, что обычный кабель — это небалансная линия, потому как один провод является землей, а по второму идет сигнал). В таком случае можно использовать трансформатор, хитрые схемы на реактивных элементах (одну из них покажу ниже), чисто СВЧ устройства, такие как направленные ответвители. Хотя часто не заморачиваются: один выход подключается к линии, а второй подключают к земле через согласованную нагрузку, попросту — резистор (сопротивление нагрузки-резистора должно быть равно импедансу линии. Ну а импеданс балансного порта, конечно же, должен быть равен удвоенным этим импедансам-сопротивлениям).
Так и в этот раз, нога RFOutA- была просто посажена на землю. Даташит же говорит нам о том, что обе ноги неплохо бы притянуть к питанию через 50 ом или индуктивности

Evalboard
Вырезка из схемы демонстрационной платы

Single output
Можно и так

Замечу, что в даташите не акцентируется, что делать со второй ножкой дифпары, если используется только первая. Сами AD предлагают в таком случае использовать балун:
Балун
ОО, к чему все эти узкополосные сложности…

Прежде чем сделать окончательный вывод, мы нашли схемотехнику выходного каскада. Было над чем задуматься:
Выходной каскад

Как видите, дифференциальный выход с буфера-делителя подается на пару транзисторов, а запитываться транзисторы должны как раз через те резисторы (ну или катушки). Что же получается, если мы не запитываем RFOutA- или сажаем его на землю, то транзистор просто болтается в воздухе?

После этого я и решил провести эксперимент. Взял плату с ADF4350, подал питание, подключил к анализатору спектра, которым мерял первую и вторую гармонику.

Результаты удивляют:
  • Как по даташиту, с катушками: +1.45 дБм (вторая гармоника около -22 дБм)
  • Как по даташиту, с резисторами: +1 дБм (вторая гармоника около -23 дБм)
  • Выход RfOUTA- не подключен, на RFOutA+ резистор на питание: +6.3 дБм (вторая гармоника около -19 дБм)
  • По существующей схеме, с RFOutA- на землю через резистор: -3 дБм (вторая гармоника около -22 дБм) + потребление увеличилось на 20 мА
  • Самый хардкор, катушка на питание у RFOutA+, out- в воздухе: +6.8 дБм (вторая гармоника около -19 дБм)

Таким образом, отключив половину питания у выходного каскада мы наблюдаем увеличение мощности почти в 3 раза! Этот факт меня несколько обескуражил.

Слона-то я и не приметил
Выходной каскад представляет собой не просто пару транзисторов. Если вы посмотрите на схему, эмиттеры транзисторов цепляются на землю через источник тока. Следовательно, уменьшение тока в одном транзисторе ведет к увеличению тока в другом. Причем увеличение тока в 2 раза приводит к трехкратному росту мощности.
Если судить по уровню гармоник, выходной каскад остается в линейном режиме. Единственное опасение — большой ток приведет к перегреву транзистора и выходу из строя.

Опять же, странно, что об этом ничего не пишут в даташите.

Итог: если вы вдруг хотите выжать больше мощности из синтезатора, есть один способ.

Если найдутся заинтересованные, могу рассказать, как работает синтезатор и подробнее про балансные-небалансные порты и линии.
  • +11
  • 24 мая 2013, 19:01
  • anper

Комментарии (25)

RSS свернуть / развернуть
Сам в этой области не вращаюсь, но с интересом почитал бы.
+1
Статья как раз кстати, сегодня с другом обсуждали схемотехнику ддс генератора на AD9834, очень интересно узнать, какие есть фишки у этих синтезаторов
0
Фишек-то как таковых нет, устройство призвано генерировать чистый сигнал со стабильной частотой. А вот тут начинаются всякие тонкости
0
Вот об этих тонкостях, как раз будет очень интересно узнать.
+1
Если найдутся заинтересованные, могу рассказать, как работает синтезатор и подробнее про балансные-небалансные порты и линии.
Зачем спрашивать? Рассказывай!
+2
  • avatar
  • Vga
  • 24 мая 2013, 21:53
это для самомотивации =) Сам для себя я редко чего-то делаю, если только сильно заинтересуюсь. Или если кто-то еще заинтересован — другое дело!
0
слишком специфично
сам принцип синтезатора и так понятен и кто хочет, тот найдет

лучше напиши, как посчитать выходные каскады вч до 500мгц, как согласовывать сопротивление или как сделать так, чтобы выходной каскад имел 50 ом
каким софтом считать, может есть стандартные ексель файлы или еще чего
чтобы поменьше матана было и побольше автоматики
примеры схем там, то се

если я не ошибаюсь, то это ты вроде писал про антенны и полоски
написано хорошо в отличии от быдлокнижек, а про рассчет вч ничего толком не найти, одна херня для быдловузников от которой я засыпаю
-1
«тебе не интересно — другим не мешай. Продолжайте, товарищ, продолжайте.» (с)
Кто хочет — тот все найдет, и огласование и расчета.
А толковый материал никогда не был лишним. Так что, автор, — просим!
+1
«Про выходные каскады до 500 МГц» могу дать только общую информацию, никаких готовых штук с автоматикой, к сожалению, нет.
По согласованию сопротивления — да, думал. Про софт — тоже мог бы рассказать, сам много пользуюсь Microwave Office.

эх, kalobyte, тебя всегда можно узнать =)
0
«Про выходные каскады до 500 МГц» могу дать только общую информацию, никаких готовых штук с автоматикой, к сожалению, нет.
По согласованию сопротивления — да, думал. Про софт — тоже мог бы рассказать, сам много пользуюсь Microwave Office.
Сейчас вот сессия, а в июне будет время, всяко что-то напишу.

эх, kalobyte, тебя всегда можно узнать =)
0
что-то то ли с сайтом, то ли с браузером. Эх, и удалить нельзя
0
Сам планирую заняться но только 4351, сейчас буду ваять платку с минимальной обвязкой и стыковать ее с USB адаптером на сайпресе, то есть получить самодельную отладочную плату типа AD. Буду приветствовать любую информацию по схемотехнике и программированию этих синтезаторов.
0
Хочу приобрести модуль на базе AD985 для обучения и экспериментов
AD9850 DDS Signal Generator Module
0
Ну это все-таки DDS — немного другое
0
Да!? А в чем разница?? Можете рассказать и про DDS?
0
Могу, даже пример кода для STM32, и (где-то валялся) для Атмеги могу нарыть. Конечно, для низких частот
0
Был бы очень признателен!
0
Собственно всегда так и делал. Бросал неиспользуемые вч ноги.
0
Подаете ему хорошее питание, опорную частоту (фиксированную в диапазоне 10–250 Мгц с кварца) и он выдает вам любую частоту в диапазоне 137–4400 МГц с весьма хорошими характеристиками фазовых шумов и (не во всем диапазоне) вторую гармонику на 20 дБ меньше основной частоты. Управляется по SPI.
Что означает — хорошее питание?
В каком диапазоне плохойфазовый шум?
Можно посмотреть картинки спетра?
Можно посмотреть схему включения и разводку платы?
Опять же, странно, что об этом ничего не пишут в даташите
В ДШ много чего не пишут, например то, что этот синтез можно разогнать выше 4400 и ниже 137.
У этого синтезаторо много не понятных моментов в регистрах, не могли бы описать процесс управления?

Толкового описания наэтот синтезатор нет. Есть ознакомительные статьи с переведенными выдержками из ДШ. Но то по сути ТХ, а хотелось бы посмотреть на теори, на пример управления и разъяснения нюансов и подводных камней. Так что, еще раз — автор, просим продолжения!
0
«Режим питания нарушать нельзя!»
Хорошее питание означает чистое (с низким уровнем шумов). Этого можно добиться, разделяя цепи питания, делая фильтрацию и, конечно же, устанавливая малошумящие LDO по различным цепям. Ну и разводка правильная.

Фазовый шум измеряется в диапазоне близком к выдаваемой частоте, я об этом наверное еще расскажу.
Картинки спектра обычные для синтезатора. Как смогу — сделаю фотографии.

У устройства, с которого я снимал показатели, увы, разводку и схему увидеть не получится. Могу дать рекомендации, ориентируясь на эту схему.
0
Не все понял до конца, но это никакая не ячейка Гильберта. Это самый обычный дифкаскад.
Далее. Имхо, синтезатор- не та вещь, из которой необходимо получать мощность. Потому ее увеличение тут абсолютно ни к чему.
А увеличение мощности( еще одно имхо) вышло из-за пропадание тока покоя незадействованного транзистора( они вроде как там достаточно крупные должны быть- на большой частоте).
0
Посыпаю голову пеплом, это всего лишь одна из частей ячейки (она из трех каскадов строится в случае смесителя).
Насчет мощности могу поспорить. Самый простой пример: синт используется как гетеродин для смесителя. Диодным смесителям нужен, как правило, мощный (порядка +10 дБм) сигнал LO. Вот и получается, что увеличение мощности позволило бы отказаться от дополнительного усилителя и, соответственно, от еще одного корпуса, питания и лишнего шума.
Объяснение эффекта я же привел (да, скорее всего произошел разбаланс тока)
0
А выходной сигнал промодулировать можно?
0
Ну конечно можно! Для этого есть много разных вариантов. Самую простую FM модуляцию можно сделать, качая частоту опорника варикапом или врезавшись в петлевой фильтр (хотя это решение не описано для данного синтезатора и будет, скорее всего, сопровождаться танцами с бубном).
Можно поставить усилитель и включать/выключать его (вот вам OOK) или параметрический усилитель (для AM).
Ну и, конечно же, самая правильная и гибкая модуляция — смесителем. Смотрите в сторону гетеродинного приема и передачи.
0
Ага, понял. Спасибо за помощь.
0
Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.