Синтезатор частоты 25 — 6000 МГц на HMC833 (Aliexpress)

1.11.2022

Вторым кандидатом для обзора с Aliexpress стал синтезатор частоты на HMC833 (Hittite/Analog Devices) на диапазон частот 25 — 6000 Мгц. Предыдущий опыт разработки синтезатора частоты на HMC830 до 3000 МГц подтвердил высокое качество синтезируемого сигнала от Hittite, что сподвигло на вполне уверенную трату денег на более высокочастотную версию до 6 ГГц.

Плата синтезатора была заказана на Aliexpress в магазине со странным названием «good good amplifier 2019 Store» по ссылке и прибыла в Москву за 20 дней.  В комплект поставки входит только синтезатор.

Традиционно для Aliexpress характеристики на синтезатор частоты для продаваемого лота отсутствовали, поэтому ниже характеристики измеренные:

  • Диапазон частот:  25 — 6000 МГц
  • Выходная мощность: от — 7 до + 2 дБм
  • Напряжение питания: от 7 до 9 В 
  • Потребляемый ток:  0.25 А
  • Минимальный шаг перестройки частоты синтезатора: 1 кГц
  • Фазовый шум на частоте 1 ГГц с отстройкой 10 кГц: минус 110 дБн/Гц
  • Стабильность частоты внутреннего опорного генератора 25 МГц для тау=100 сек:  2.3 * 10(E-8) 
  • Интерфейс питания: клемник 2-х контактный
  • Интерфейс для ПК: USB-C
  • Шина управления синтезатором: SPI
  • Количество ВЧ выходов: 1
  • Выходной ВЧ разъем: SMA
  • Тип выходного сигнала: синусоидальный
  • Диапазон изменения мощности: 9 дБ — тремя шагами по 3 дБ
  • Размер блока (без учета выступа разъемов): 50 х 50 х 20 мм

Синтезатор частоты может работать в двух режимах:

  • генерация сигнала на заданной частоте от 25 до 6000 МГц с заданным уровнем (от -7 дБм до +2 дБм с тремя шагами по 3 дБ) 
  • свипирование от начальной частоты до конечной частоты с заданным шагом изменения частоты и периодом свипирования 

Синтезатор состоит из двух плат:

  • ВЧ платы, на которой находится микросхема HMC833 с опорным TCXO генератором 25 МГц
  • платы управления, на которой распологаются микроконтроллер STM32F103, дисплей размером 1.3 дюйма и кнопки управления 

Синтезатор сигналов выполнен на микросхеме HMC833 компании Hittite/Analog Devices,  представляющую собой сверхширокополосную систему ФАПЧ (PLL) со встроенным управляемым напряжением ВЧ генератором (VCO), способную работать в целочисленном и дробном режимах. VCO работает в диапазоне частот от 1500 МГц до 3000 МГц, а более низкие частоты (ниже 3000 Мгц) получаются делением фундаментальной частоты внутренними цифровыми делителями на коэффициенты деления 1/2/4/8/16/32/64/128. Частоты от 3000 до 6000 МГц получаются за счет использования интегрированного удвоителя частоты. За счет этого удается получить непрерывный синтезируемый диапазон частот от 25 до 6000 МГц.

На плате управления с торца находятся движковый выключатель питания и разъем USB-C для подключения к ПК.

На ВЧ плате синтезатора с правого торца находится SMA разъем «REF» для подачи внешнего опорного сигнала 25 МГц, а с левого торца — SMA разъем «RF-N» выходного сигнала синтезатора.  

Плата управления синтезатора — кнопки S2 и S4 предназначены для выбора разряда вводимого числа и перемещения по вертикали меню; кнопки S3 и S5 для изменения значения числа (больше/меньше); кнопка S6 — для ввода числа.

Управление микросхемой синтезатора MAX2870 осуществляется по цифровой шине SPI  от микроконтроллера STM32F103.

В качестве опорной частоты синтезатора используется сигнал 25.000 МГц с TCXO с не указанным уровнем стабильности частоты.  

Принципиальная схема ВЧ платы синтезатора HMC833 (нажмите для увеличения)

ВЧ плата синтезатора HMC833  (экран снят)

На нижней ВЧ плате установлены следующие активные элементы:

  • HMC833 — синтезатор частоты
  • TCXO 25.000 МГц — опорный генератор на 25.000 МГц
  • LT1763-ADJ — линейный стабилизатор напряжения на +5 В 
  • LT1763-ADJ — линейный стабилизатор напряжения на +3.3 В

Питание синтезатора должно подаваться на двухконтактный клемник, находящийся на нижней ВЧ плате синтезатора.  Винты клемника в собранном состоянии синтезатора закрыты сверху платой управления, поэтому для подключения питания нужно сначала снять верхнюю плату управления, подключиться к клемнику, а затем установить верхнюю плату управления, закрутив 4 винта. Это несколько странный алгоритм и не совсем удобный.

На нижней стороне платы управления расположен микроконтроллер STM32F103, а также порт программирования и последовательный порт связи. 

Измерения:

Для исключения внешних шумов по питанию все измерения проводились при питании платы синтезатора HMC833 от лабораторного линейного блока питания Rohde&Schwarz NGE100 постоянным напряжением 8 В .

Опорный генератор 25 МГц

В синтезаторе используется опорный кварцевый генератор на частоту 25.000 МГц с не указанной  стабильностью частоты, выполненный в корпусе SMD05032C4.  SMA разъем «REF» может быть как входом, так и выходом. По умолчанию на него выводится опорная частота 25 МГц, но если на нижней ВЧ плате убрать перемычку J2 от TCXO, то на разъем «REF» можно подать внешнюю опорную частоту (если требуется более высокая стабильность и точность частоты).

Установленный на плате синтезатора опорный генератор 25.000 МГц не имеет подстройки частоты (по факту у тестового экземпляра синтезатора опорная частота составляет 25.000 198 Гц ).  Светодиод D3 на нижней ВЧ плате отображает захват частоты синтезатора системой ФАПЧ.   

Выходной сигнал опорного генератора 25.000 МГц на разъеме «REF»

Стабильность частоты  

Для определения качества опорного генератора 25.000 МГц  по стабильности частоты измеряем девиацию Аллана.

Сравнительные испытания стабильности частоты (измерение девиации Аллана) различных опорных генераторов.

Установленный на плате синтезатора кварцевый опорный генератор 25.000 МГц имеет не высокие параметры по стабильности частоты — девиация Аллана для тау = 100 сек составляет 2.29 * 10 (-8), что на верхнем диапазоне частот может быть не достаточным для некоторых протоколов связи. Разница в стабильности частоты между конкретным TCXO и стандартным OCXO составляет примерно 500 раз ! По стабильности частоты опорный TCXO подобен опорному TCXO в синтезаторе на MAX2870.

Измерения спектра и фазового шума синтезатора частоты

Ниже приведены по три картинки для каждой частоты измерений:

  • левая картинка — спектр сигнала на выходе синтезатора при полосе обзора 100 кГц
  • центральная картинка — спектр сигнала на выходе синтезатора при полосе обзора 1 МГц
  • правая картинка — фазовый шум на выходе синтезатора

Все спектрограммы ниже показаны с учетом включенного аттенюатора 10 дБ на входе анализатора спектра.

25 МГц

50 МГц

100 МГц

145 МГц

435 МГц

1000 МГц

1300 МГц

2000 МГц

2400 МГц

3000 МГц

5600 МГц

Таблица результатов измерений максимальной выходной мощности и фазового шума 

Частота, МГцВыходная мощность, дБм Фазовый шум @ 10 кГц, дБн/Гц 
251.7 -129 
503.8  -128 
1004.6 -125 
1454.5 -118 
4354.0 -109 
10002.6 -110 
13001.1 -106 
20003.0 -102 
24000.4 -99 
3000— 1.0 -98 
5600— 10.0 -88 

Измерения выходной мощности произведены прибором Anritsu ML2437A с датчиком мощности MA2472A. Измерения фазового шума произведены прибором R&S FSQ8.

Измерения внеполосных излучений

Уровень внеполосных излучений весьма низкий.
Ниже для примера показаны измерения для выходной частоты 100 МГц.

Сигнал на выходе синтезатора на частоте 100 МГц при обзоре в 300 МГц

Внеполосных излучений не фиксируется, на выходе только четные и нечетные гармоники выходной частоты. Картина существенно лучше, чем в синтезаторе на MAX2870.

В итоге:

Выявленные плюсы:

  • не высокий фазовый шум 
  • минимальный шаг перестройки частоты 1 кГц
  • достаточно стабильный для большинства приложений  TCXO  
  • низкий уровень внеполосных излучений
  • весьма дружественный интерфейс управления
  • синтезатор запоминает последние значения и начинает работать с них при подаче питания
  • разъем SMA «REF» может использоваться как выход опоры 25.000 МГц и возможный вход внешней опоры при отключении внутреннего TCXO

Выявленные минусы:

  • резкое падение выходной мощности выше 3000 МГц
  • диапазон управления выходной мощностью весьма небольшой
  • нет возможности сменить частоту внешнего опорного генератора
  • нет возможности скорректировать частоту встроенного опорного генератора
  • есть сомнения в правильности расчета припорционально-интегрирующего фильтра ФАПЧ — требует проверки из-за «ушей Бэтмана» в выходном сигнале и некоторой неустойчивости работы ФАПЧ

Ссылки:

Принципиальная схема ВЧ платы синтезатора HMC833

Микросхема синтезатора частоты HMC833

Микросхема микроконтроллера STM32F103

Микросхема линейного стабилизатора LT1763-ADJ

В обзоре использованы некоторые материалы любезно предоставленные Владимиром, RA3ACE.

Карен, RA3APW

Дата изменений на странице: 2.11.2022