inleiding
|
|
20160402 - De frequentieteller die ik gebruik is een Sayrosa model 261. Deze kan de frequentie van signalen bepalen tot 600MHz. Recent is de wens ontstaan om signalen van hogere frequenties te kunnen meten. Het streven is dat signalen tot 6Ghz gemeten kunnen worden. Frequentietellers die hoge (1GHz+) frequenties kunnen meten, zijn doorgaans erg duur en daarmee voor mij geen optie. Omdat ik met deler chips aan het testen ben geweest, leek mij een deler aan de teller ingang een goede optie. Helaas gaat een 74xx of 4xxx chip hooguit tot een tiental MHz, dus geen optie. Toen kwam ik in aanraking met "prescaler" chips. Dergelijke chips kunnen hoge frequenties delen naar een lagere frequentie dat vervolgens in een frequentieteller ingevoerd kan worden. Aangezien ik tot 6GHz wil meten en de teller 600MHz kan meten, zou een prescaler van een factor 10 ideaal zijn. Helaas bestaat deze niet. Prescaler chips hebben vaak een deeltal van een veelvoud van 2, oftewel een deeltal van 2, 4, 8, 16, 32, 64 enzovoort. Een prescaler chip wordt voornamelijk gedefinieerd door de maximale ingangsfrequentie en deeltal. Daarbij kunnen de prijzen erg uiteen open en zelfs richting €100,00 gaan per chip! Dus reden genoeg om de mogelijkheden verder uit te diepen naar ene "ideaal ontwerp".
|
|
ontwerp overwegingen
|
Dit paragraaf is inmiddels verouderd, hieronder staat een nieuwer eenvoudiger ontwerp dat verbeters is...
Van 6,0GHz naar 0,6GHz zou ideaal zijn, maar een dergelijke prescaler bestaat niet. Wanneer er door 10 gedeeld wordt, hoeft er namelijk niet gerekend te worden. De comma van de frequentieteller schuift "in gedachten" één plek op, en dan zou de gemeten frequentie direct uit te lezen zijn. Dit plan ging dus mooi iet op. Dus verder zoeken naar een geschikte oplossing...
Prescalers die door acht delen, bestaan wel. Wanneer het resultaat door 1,25 gedeeld wordt, ontstaat er een gewenste factor 10. Door 1,25 delen (1/1,25 = 2/2,5 = 4/5 = 8/10) is mogelijk met een 74HC390 deler chip, maar die chip gaat "maar" tot 30MHz. Dan kan er wel door tien gedeeld worden, maar de maximale te meten frequentie is (8 * 30MHz =) 240MHz. En aangezien ik al tot 600MHz direct kan meten, schiet ik hier niets mee op. Wanneer 6GHz gedeeld wordt door 8, blijft er 750MHz over. In theorie zou ik dan tot 4,8GHz kunnen meten, want 600MHz * 8 = 4,8GHz. Maar als ik dan bijvoorbeeld 1GHz wil meten, geeft de teller 125MHz aan. Dus alles wat afgelezen wordt, moet met 8 vermenigvuldigd worden. Dat is mij te lastig, dus wat mij betreft geen serieuze optie.
Het is wel een optie om eerst een prescaler te kiezen die door 8 deelt en daar een tweede prescaler achter te plaatsen. Wanneer een tweede prescaler dat door 64 deelt toegepast wordt, wordt er door (8 * 64 =) 512 gedeeld. Het eerstvolgende "logische" deeltal is dan 1.000. Aan de ene kant is dat mooi zodat er nog hogere frequenties kunnen worden gemeten, maar de nauwkeurigheid wordt ook minder. Als de inkomende frequentie met een factor tien gedeeld wordt, wordt (bij gelijke meettijd), de nauwkeurigheid ook een factor tien (één digit) kleiner. Mijn teller is bij de maximale meettijd van 10 seconden 0,1Hz nauwkeurig, dus bij een factor 1.000 is de nauwkeurigheid verlaagd naar 100Hz nauwkeurigheid. Voor mijn toepassing (afgezet tegen het budget) is dat acceptabel. Om dezelfde nauwkeurigheid te behouden, zou de meettijd ook met een factor 1.000 kunnen worden verlengd...
Afijn, terug naar het ontwerp. Als twee prescalers in serie worden geplaatst die door 8 en 64 delen, is er een deeltal van 512 verkregen. Het eerstvolgende logische deeltal is 1.000, dus er moet door (1.000 / 512 =) 1,953125 worden gedeeld. Op het eerste gezicht is dit een onmogelijk getal. Maar wortel 3 van 1,953125 is 1,25. En dat is een stuk handiger. Kortom, drie keer door 1,25 delen, is gelijk aan delen door 1,953125. Normaal kunnen chips door een veelvoud van twee delen en niet anders. Door een "decade counter" te gebruiken kan er ook door hele oneven getallen worden gedeeld zoals 3, 5, 7 enzovoort. Maar delen door 1,25 is dan nog niet mogelijk. Echter 1/1,25 is gelijk aan 2/2,5 en 4/5 en 8/10. Wanneer er dus van de 10 pulsen, 8 pulsen overblijven, wordt er door 1,25 gedeeld! Er ontstaat wel een fase verschuiving, maar dat is niet bezwaarlijk. De 75HC390 chip heeft 8 geïntegreerde delers. Twee onafhankelijke door 2 delers. En twee sets van delers dat de ingang deelt door 2, 4 en 5. De signalen van de delers die door 2 en 4 delen zijn symmetrisch. Ofwel een blokgolf omdat de lengte van de puls gelijk is aan de lengte tussen de pulsen. De deler door 5 is echter niet symmstrisch. Van de tien ingevoerde pulsen, zijn alleen de laatste twee pulsen aan de uitgang "hoog". Ofwel, de eerste 8 pulsen worden "genegeerd". Door het koppelen van het ingangssignaal en het door 5 deler signaal met een NAND, blijven er juist 8 pulsen over per tien pulsen. Met andere woorden, er wordt nu door 1,25 gedeeld danwel met 0,8 vermenigvuldig. Door drie delers en NANDS te koppelen, wordt er drie keer door 1,25 gedeeld. Het resultaat is dan (1,25 * 1,25 * 1,25 =) 1,953125.
8 * 64 * 1,953125 = 1.000
8 * 64 * 1,25 * 1,25 * 1,25 = 1.000
Een geschikte eerste prescaler deler is de Hittite (Analog Devices) HMC363S89. Deze kan tot 12GHz signalen ontvangen. De uitgang is dan maximaal (12 / 8 =) 1,5GHz. De tweede deler door 64 is bijvoorbeeld een MB506. Deze kan met gemak 1,5GHz signalen ontvangen. De maximale uitgangsfrequentie is dan (1,5GHz / 64 =) 23,4375MHz. De "ordinaire" 74HC390 kan tot 30MHz delen, dus 23,4375MHz delen mag geen probleem zijn.
Wanneer er dus een maximale frequentie van 12GHz in wordt gevoerd, komt er 12MHz uit de prescaler. Dit leest eenvoudig af omdat er niet gerekend hoeft te worden. Let er wel op dat de nauwkeurigheid van de meting ook verkleind is bij gelijke meettijd. De nauwkeurigheid kan worden verbeterd door de meettijd te verlengen...
Hieronder staat schematisch weergegeven hoe de deeltallen zich verhouden Daarbij staat het pulsen schema van de 1,25 deler ook weergegeven ter verduidelijking.
|
|
herontwerp
|
Het lijkt erop dat het ontwerp sterk verbeterd kan worden! Door een Analog Devices HMC438 prescaler chip toe te passen dat door vijf deelt, kan een signaal tot 7GHz verlaagd worden naar 1,4GHz. Met een tweede Analog Devices HMC432 prescaler chip toe te passen dat door twee deelt, blijft er één tiende van de ingevoerde frequentie over. Aangezien ik tot 600MHz direct kan meten, kan ik dan tot 6Ghz meten met een nauwkeurigheid van 1Hz omdat de oorspronkelijke nauwkeurigheid 0,1Hz is. Het is ook mogelijk om een programmeerbare deler toe te passen, de HMC705. Deze kan delen door 1...17 en tot 6,5Ghz delen. Deze chip is echter complexer, twee keer zo duur als eerder genoemde chips en aangezien er alleen door tien gedeeld wordt, minder handig.
Hieronder staat het eerste ruwe schetsontwerp. Het ruwe ontwerp is gebaseerd op de informatie uit de datasheets van de betrefende Analog Devices componenten. Het uitgangssignal van de eerste chip is overeenkomstig met het ingangssignaal van de tweede chip. Dus dit kan zonder versterking of demping worden gekoppeld. Er zijn ook "evaluation boards" te verkrijgen met SMA conenctoren en de betreffende chip er al op gemonteerd. Dan kan er meteen getest worden. Helaas zijn deze evaluation boards flink aan de prijs. Maar dan is het ook tot in de puntjes verzorgd. Er is substraat toegepast voor dergelijke hoge frequenties, vergulde connectoren geplaatst en een erg nette afwerking. Het is maar de vraag of een goed resultaat verkregen wordt als er "ordinair" FR4 substraat wordt toegepast...
Nu wordt er georiënteerd waar deze chips te verkrijgen zijn en het plan is om een test schakeling te maken en te testen...
|
|
componenten ontvangen van Analog Devices
|
De twee benodigde twee chips van Analog Devices zijn ontvangen! Dus de belangrijkste componenten zijn binnen. Ondertussen is er ook een geschite behuizing gevonden. Het museum Jan Corver in Budel heeft/had Polyphaser overspanning beveiligingen in aluminium behuizingen met N-connectoren. Dit is een klein kastje waar de schakeling in past en eenvoudig op de frequentieteller kan worden aangesloten. De componenten zijn wel érg klein, dus de SMD soldeer vaardigeheden zullen moeten worden beproefd...
Ook is het ontwerp aangepast. Aanvankelijk was de HMC438MS8G voor de HMC432 geplaatst, maar het is verstandiger om deze van plek te wisselen. De HMC432 gaat tot 8 GHz in plaats van 7 GHz van de andere chip. Door de "wisseltruc" kan er tot 8 GHz worden gemeten in plaats van tot 7 GHz! Het ontwerp moet dus nog worden aangepast en het plan is om een printplaat te ontwerpen. Het is nog even de vraag of ik een print laat maken of dat zelf iets ga vormgeven... Wordt vervolgd...
|
|