Artikel nieuwsbrief december 2004 van de QRP club.

 

 

Nieuwe ontwikkelingen van het  uP DDS afstemsysteem.

 

pa0klt

 

 

Introductie:

 

Na de publicatie van het artikel in de nieuwsbrief  September 2002 over een QRP afstemsysteem met een microcontroller als DDS ben ik verder gegaan met de ontwikkeling van dit systeem.

Nu ben ik bezig een afstemsysteem te ontwikkelen, dat aan hogere eisen voldoet.

 

                                                                                                                             Het oorspronkelijke ontwerp

 

 

DDS principes:

               

Ten eerste natuurlijk de directe opwekking van het signaal door een snelle DDS, maar deze methode voldoet voor onze breedbandige toepassingen voorlopig nog niet aan de verwachtingen.

 

                                                                                                    Directe DDS synthesizer                                            

 

Er zijn verschillende manieren om het door de DDS opgewekte signaal in het eindresultaat te verwerken.

De meest voorkomende methode is het DDS signaal in een faselus te vermenigvuldigen met een bepaalde factor, waarbij de lus als filter voor de spurrius functioneert.

 

Ook wordt er een methode genoemd waarbij de DDS als programmeerbare deler functioneert, waarbij dus de uitgangfrequentie van de DDS altijd gelijk is en in een faselus wordt vergeleken met een referentie frequentie.

Deze methode lijkt schoner omdat een vaste frequentie beter gefilterd   kan worden, maar er moeten natuurlijk wel maatregelen worden genomen om bij het inregelen van de lus dit filter breedbandig te maken.

 

Problemen:

 

Bij systemen als deze heeft de DDS toch een zeer groot bereik, het mag dan wel zijn dat spurriurs worden weg gefilterd, het ontstaan van interferentie fluitjes is toch een probleem.

Een ander altijd onderbelicht probleem is de interferentie tussen de klokfrequentie en de uitgangfrequentie, vooral bij relatief lage DDS frequenties treed die vaak op.

Deze interferenties geven een geringe fase en amplitude modulatie die door het afstemsysteem worden vermenigvuldigd.

Deze interferentie gaat door nul en valt daardoor binnen het lusfilter en wordt dus niet weggeregeld.

Natuurlijk hoe beter de DDS en hoe hoger de opgewekte frequentie hoe minder dit probleem zich zal voordoen.

 

Alternatief DDS afstemsysteem:

 

Enige jaren geleden las ik in een artikel over een DDS afstemsysteem, hier in werd door een DDS een frequentie opgewekt van 10,7 MHz dit werd door een kristalfilter geleid en daarna door 107 gedeeld naar 100 KHz en in een synthesizer werden stappen gemaakt van 100 KHz.

Tussen deze stappen kan met de DDS binnen het kristalfilter worden afgestemd.

Door een zeer klein regelbereik van de DDS (de bandbreedte van het kristal filter) en de geringe vermenigvuldig factor werd een zeer schoon eindresultaat gekleemd.

Maar het is natuurlijk niet erg gebruiksvriendelijk afstemmen met stapjes van 100 KHz en steeds terug draaien van de DDS.

Met een microcontroller sturing is het echter goed mogelijk een soepele continue afstemming te verwezenlijken.

 

 

Meng oplossing met uP NCO:

               

Omdat mijn afstemsysteem door een mindere A/D converter en een lagere klokfrequentie toch wat minder is dan een duur DDS IC, ben ik na gaan denken of het boven genoemde principe voor mij toepasbaar is.

10,7 MHz kan ik helaas niet opwekken dus werd aan een meng VFO gedacht.

Verschillende methodes overdacht en ben tot een resultaat gekomen wat geen afregeling verlangt.

Ik wek 455 KHz op met mijn uP DDS wat erg hoog is voor deze methode, maar door het niet door een laagdoorlaat filter maar door een goed keramisch filter van 455 KHz te lijden komt daar een smalbandige  sinus uit.

In een NE612 wordt dit gemengd met 10,245 MHz (ook goed verkrijgbaar) en de boven zijband 10,7 MHz wordt hier zeer selectief uitgefilterd met een kristalfilter.

Nu is er dus een schoner referentie signaal ontstaan, wat binnen de bandbreedte van de filter gevarieerd kan worden.

De referentie kan in een afstemsysteem naar de gewenste VFO frequentie worden vermenigvuldigd.

Door mijn DDS signaal op te tellen bij een kristal signaal ontstaat er een referentie weer op 10,7 MHz waardoor het DDS bereik heel klein en de vermenigvuldig factor laag is.    

               

 

VHF synthesizer IC’s voor afstemsysteem:

 

Voor een goede synthesizer is ook een goede fasevergerlijker nodig zoals de 74HCT9046, maar dit en ook andere dergelijke IC’s zijn steeds moeilijker te verkrijgen.

De moderne VHF IC’s  kunnen vanaf de referentie direct vermenigvuldigen naar tot boven 1000 MHz er is dan ook heel veel zorg besteed aan de fase vergelijker met charge pump.

Met een aangeboden referentie signaal van 10,7 MHz en een HF/VHF VCO frequentie  kunnen deze IC’s heel goed voor dit doel gebruikt worden.

Verschillende fabrikanten hebben deze IC’s geproduceerd, o.a. Siemens/Philips/Motorola/fujitsu.

 

 

De huidige ontwikkelingen:

 

Ik heb op dit moment een proefschakeling met een TBB206 van siemens, deze schakeling werkt van  30 tot 60 MHz.

De software is nog niet geheel ideaal, omdat het erg moeilijk is een storingvrije sprong te maken aan het einde van een 30 KHz blokje.

De programmeerbare deler moet worden opgehoogd en de 455 KHz moet terug springen naar een waarde die exact dezelfde frequentie opwekt en dit is bij elk deeltal een andere waarde.

Ik weet nog niet of dit met de huidige microcontroller te verwezenlijken is, mogelijk moet een uitvoering met een groter geheugen worden toegepast.

Zoals het schema aangeeft is het afstemsysteem zelf voorzien van een afstemknop, maar de bediening en frequentie kunnen via de serie in/uitgang worden gecontroleerd.

Hierdoor is het mogelijk bij het uittesten van de schakeling deze aan te sluiten op de computer en kan hij later door de bediening processor van een set bediend en uitgelezen worden.

 

 

Toekomstplannen:

 

Door een systeem te maken van 32 tot 64 MHz (45 tot 75 is natuurlijk ook mogelijk) kan door deling elke gewenste frequentie worden opgewekt, dit is ook heel interessant voor direct conversion ontvangers.

Indien er belangstelling voor is, zou het leuk zijn hiervan een bouwontwerp te maken, maar ik ga dit zelf niet doen, want daar ben ik niet echt goed in.

Ook heb ik nog geen meetapparatuur voor faseruis metingen.

Er moet dus nog wel geëxperimenteerd worden met een VCO dat een zo laag mogelijke faseruis produceert en er moet een keuze gemaakt worden voor het  gebruikte dus vooral verkrijgbare synthesizer IC.

De software neem ik dan uiteraard voor mijn rekening en het is ook niet moeilijk op bijvoorbeeld in BASCOM bediening software voor een reciver/tranciver te schrijven.

 

Naschrift:

 

Ik ben niet al te diep ingegaan op dit ontwerpplan, dus voor vragen en/of aanmerkingen even mailen.

 

Ook wijs ik er nog even op dat mijn ontwerp van september 2002 heel geschikt is om mee te experimenteren op het gebied van afstemsystemen, de eigenschappen van DDS systemen zijn hiermee beter te onderzoeken als met een echt DDS IC.

De continu afstembare referentie sinus van 0 tot 100 KHz is ook in de shack een leuk instrument.

 

 

 

73,

 

ton Blokker PA0 KLT                                                                      pa0klt@amsat.org