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PL-VCXO als Steueroszillator für Mikrowellenfrequenzaufbereitungen Wolf-Henning Rech DF9IC Eisinger Str. 36/2 75245 Neulingen http://www.df9ic.de TVTR-Frequenzaufbereitungen In DL übliche Frequenzaufbereitung PLO („Brick“) (USA, preiswert aus Surplus) 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 VHFXO VHFXO Vervielfacherkette PLL Wolf-Henning Rech DF9IC GHz-Oszillator CTO/YTO/VCO LO-Signal LO-Signal 2 Frequenzstabile LOs für TVTR Normale Frequenzaufbereitung mit OCXO mit PL-VCXO 10 MHz 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 VHFXO Vervielfacherkette VHFOCXO Verstärker Vervielfacherkette VHFVCXO +PLL Verstärker Vervielfacherkette Wolf-Henning Rech DF9IC LO-Signal LO-Signal LO-Signal 3 Bekannte Realisierungen VHF-OCXOs: DF9LN G8ACE ID-Elektronik PLL an Frequenzstandard: CT1DMK (kein VCXO) AD6IW (Custom-VCXO) DB6NT (Fertig-TVTR) 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 4 Nachteile VHF-OCXO spezielle Quarze, teilweise Qualitätsprobleme niedrige Quarzbelastung => Phasenrauschen hohe Quarzbelastung => höhere Alterungsrate individuelle (Re-)Kalibrierung jedes Oszillators erforderlich Frequenzstabilität eher schlechter als bei 10-MHz-OCXO 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 5 Schaltung des XO C1 2,2n R1 100 C6 siehe Text C2 10µ C3 2,2n L1 Neosid 5061 T1 J310 R2 100 C5 siehe Text C4 2,2n Leicht modifizierte „Standardschaltung“: - RC-Tiefpaß mit Elko in der Stromversorgung - Reihenfolge Drossel-Widerstand an Source vertauscht - Quarz „gut“ kompensiert Dazu kommt die Ziehschaltung für den Quarz und eine Pufferstufe. Quarz siehe Text L2 2,2µ L3 siehe Text 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 6 Kapazitätsdioden Doppel-Varicap für UKW-Radioempfänger 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 7 Schaltung des VCXO C1 2,2n C9 2,2n +8 V R1 100 C6 siehe Text C2 10µ T2 J310 C10 2,2n C3 2,2n L4 2,2µ D1 BB814 L1 Neosid 5061 T1 J310 R2 100 L5 2,2µ D2 BB814 R7 100 C5 siehe Text C4 2,2n R3 10k Quarz siehe Text R4 10k L6 siehe Text R5 10k L7 siehe Text L2 2,2µ L3 siehe Text C7 220p D3 BB814 L8 2,2µ VCXO out typ. +3 dBm Werte für 100-MHz-Quarz: C5 C6 L3 L6 + L7 22 pF 68 pF 470 nH ca. 300 nH (Summe) C8 2,2n R6 4,7M 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 8 Übertragungsfunktion Quarz Ua = 2,5 V 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 9 Übertragungsfunktion Quarz Ua = 0,5 V 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Ua = 4,5 V Wolf-Henning Rech DF9IC 10 Abstimmkennlinie Oszillator 1 Verstimmung [kHz] 0 -1 -2 -3 -4 -5 0 1 2 3 4 5 Abstimmspannung [V] 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 11 Integrierter PLL-Baustein 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 12 Gesamtschaltung des PL-VCXO 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 13 Aufbau des PL-VCXO 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 14 Spektrum (Oberwellen) 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 15 Spektrum (Nebenwellen) Ref 5 dBm * Att 20 dB 1 * RBW 10 * VBW 100 SWT 25 kHz Marker Hz s 1 [T1 ] 4.01 dBm 100.000000000 MHz 0 A 1 AP -10 CLRWR -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 Center 100 Date: 7.FEB.2008 MHz 2.5 MHz/ Span 25 MHz 07:55:57 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 16 Spektrum (Nebenwellen) Ref 5 dBm * Att 20 dB 1 * RBW 100 * VBW 3 SWT 68 Hz Delta 2 s 1.640000000 Marker AP ] -89.65 0 1 [T1 Hz 1 [T1 dB kHz ] 3.84 dBm 99.999900000 MHz A -10 CLRWR -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 2 -90 Center 99.9999 Date: 7.FEB.2008 MHz 1 kHz/ Span 10 kHz 08:27:21 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 17 Einschwingverhalten Messung mit HP5371A DUT synchronisiert auf dessen internen OCXO Meßzeit: Auflösung: 100 ms ca. 3 E-9 Meßwerte: 100 Einschwingzeit aus „Kaltstart“: ca. 5 s auf Meßgenauigkeit 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 18 Frequenzstabilität Messung mit HP5371A DUT synchronisiert auf dessen internen OCXO Frequenz: Meßzeit: Auflösung: 100 MHz 2s ca. 1,5 E-10 Meßwerte: 100 nach dem Einschwingen liegen alle Werte +-1 digit um den Nominalwert 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 19 Phasenrauschen (simuliert) aus Simulation mit ADISimPLL (Analog Devices) Messung steht noch aus 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 20 Vorschlagsliste für Frequenzen bitte ggf. sinnvolle Ergänzungsvorschläge machen ... 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 21 Verteilverstärker für 10 MHz 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 22 Zusammenfassung Annahme: 10-MHz-Frequenznormal vorhanden Ersatz des XO in der Frequenzaufbereitung durch phasengerasteten VCXO Externe Baugruppe, dadurch nur minimaler Umbau an vorhandenen Transvertern Phasenrauschen wie XO, nichtharmonische Nebenwellen <-90 dBc Frequenzstabilität ca. 1E-10 in 2 s Meßzeit 12 V /ca. 50 mA 31. GHz Tagung Dorsten 2.2008 Wolf-Henning Rech DF9IC 23
