Oscilador PLL de 25 MHz

He observado que los LNB’s con oscilador a base de PLL tienen deriva de frecuencia. Uno de los que he medido varía aproximadamente ±3 KHz/ºC, ello dificulta la recepción de señales de SSB o CW a través del transponder de banda estrecha del satélite QO-100.

Para corregir el desplazamiento hay que disciplinar el LNB. Consiste en retirar el cristal del oscilador y sustituirlo por una referencia externa. A la hora de disciplinar un LNB hay que considerar dos parámetros, error de frecuencia y deriva de frecuencia. Si utilizamos una referencia externa de 25 MHz, para obtener la frecuencia de OL del LNB (9750 MHz), la referencia queda multiplicada por 390, con lo cual es necesario que sea muy precisa y estable. Un error o desplazamiento de 1 ppm. en la señal de 25MHz se traducirá en una desviación de 9,75 KHz en la frecuencia del oscilador local.

He diseñado este circuito para poder disciplinar LNB’s. El circuito se compone de una placa base, que incorpora un oscilador VCXO, un comparador de fase programable, el filtro loop del PLL y un microcontrolador.

dav

El circuito genera una frecuencia de 25 MHz con bajo ruido de fase, que se inyecta a un LNB modificado. Para las primeras pruebas utilizo como referencia el oscilador de 20 MHz que lleva incorporado la placa comparadora, este oscilador tiene error de frecuencia pero su deriva es aceptable. Para saber el error introducido, se medirá la frecuencia en el conector de salida de la placa.

El comparador de fase es un ADF4002 de Analog Devices, se controla desde un microcontrolador 12F629, ello permite programar los divisores R y N y otros parámetros del PLL. El oscilador es un VCXO de KYOCERA, en esta placa utilizo el modelo KV7050B-C3 de 25 MHz. Para facilitar su montaje, el VCXO está insertado sobre una placa adaptadora a zócalo DIP de 8 patillas.

ADF_4002_loop_filter

Para realizar este montaje, debe modificarse la placa comparadora de fase (ADF4002), hay que retirar los componentes del filtro loop, que están en el blindaje metálico (dentro del círculo rojo), también hay que substituir R2 por una resistencia SMD de 0 Ω, y retirar dos conectores SMA, (TO-VCO y RFIN).

El filtro loop utilizado es de tercer orden, los valores de los componentes varían según la frecuencia de salida y la de comparación de fase. Al anular el filtro de la placa comparadora y montarlo en la placa base, se facilita el cambio de los componentes para poder probar distintas frecuencias de comparación.

Para determinar los valores de los componentes del filtro loop, he utilizado este calculador:

https://leleivre.com/rf_pll_loop_filter_3rd.html

Para una frecuencia de comparación de 1 MHz, se utilizan los siguientes parámetros:

Kvco  0,0033 MHz/V           Ko  5 mA

Fout  25 MHz                       Fcomp  1 MHz

La inyección de señal para distintos LNB’s, se puede ajustar aumentando el valor de R8.

Para obtener más estabilidad y precisión en la frecuencia debe utilizarse una referencia externa, al ser el divisor R programable sirve cualquier frecuencia.

Daniel Estévez EA4GPZ, mejoro el ruido de fase de un PLL a base de ADF4002, está descrito en esta entrada de su blog:

Improving phase noise performance of the DF9NP 27MHz PLL

He probado la modificación, pero al no poder medir con instrumentos el ruido de fase, no puedo comparar la diferencia entre ésta y el filtro loop calculado anteriormente.

Adjunto el esquema del circuito.

Esquema_pll

dav

La imagen corresponde al montaje final del PLL para el sistema del QO-100. Utilizo un OCXO de 10 MHz con dos salidas, una como referencia externa de este PLL, y la otra para controlar otro PLL con un ADF4351 como oscilador local en el Up Converter de TX, con una frecuencia de salida de 1970 MHz.

 

 

Nota:

Al utilizar una referencia externa, he observado que incluso con el jumper J8 abierto, el oscilador de la placa comparadora de fase se interacciona con la referencia externa, y se incrementa el ruido de fase en la salida de 25 MHz. Es necesario retirar el oscilador de la placa comparadora.

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