Vidlákovo elektro 75. Kvadraturní generátor.

3. dubna 2014 v 5:36 | Petr |  Vidlákovo Elektro
Nevím jestli dnešní příspěvek vůbec patří do "vidláků" nebo je to spíše "blbinka, která potěší" v každé případě všechny ty kapitoly o Napětím řízených oscilátorech a fázových komparátorech směřovaly právě k dnešnímu příspěvku.
ERGO - pokud zpracováváte analogový signál digitálně - většinou na jeden signál potřebujete dva digitální kanály kterými do procesoru dostanete informaci o signálu označovaném jako I - In phase a Q - Quadrature. Signály I a Q jsou časově posunuté o 90 stupňů. Tedy nejjednodušší je "poslední mezifrekvenci" mixovat na "nulovou mezifrekvenci" pomocí dvojích hodin taky posunutých o 90 stupňů - a dneska se budeme zabývat tím jak takové hodiny pro nejběžnější mezifrekvenci 10,7 MHz generovat.


Dnešní příspěvek mimo to má i nezanedbatelný filosoficko - psychologický aspekt, protože by se dal charakterizovat i heslem "vítězství úpornosti nad zdravým rozumem". Co vidíte na obrázku jsou tři kvadraturní generátory - dva horní jsou téměř stejné. Pokud se budete dívat při maximálním zvětšení - všimnete si že integrák vpravo dole je v jednom případě 74HC86 - 4 násobné XOR Hradlo. A v druhém případě 74HC74 - dvojitý klopný obvod D. Ano ano - tyhle dva generátory fungují problematicky nebo vůbec, protože jsem si chtěl "zjednodušit konstrukci fázového komparátoru" tak jsem nevýhody jednoduchých fázových komparátorů vyzkoušel na vlastní kůži. Neboli líný se nejvíce nadře. Dva horní obvody jsou zajímavé i z jiného hlediska - oba jsou produktem "rychloroutování" které trvalo v případě prvního tak 90 minut a "přeroutování" prvního na druhý trvalo tak 10 minut (proto je rozložení obvodů stejné) - a přesto to není žádná fušeřina s proškrábáváním cestiček na DPS. Dokonce i ty "divné drátové propojky" co trčí z pravé části plošňáku jsou úmysl - jsou to místa kam se "zaháčí" osciloskopické sondy při měření.

Teprve třetí generátor je plně funkční - a ten využívá fázový komparátor ze známého CMOS obvodu 74HC4046 - což je přímo DPLL v jednom čipu (akorát pro nízké frekvence). Nedávno jsem dporučoval - vemte 16 korun a kupte si 74HC4046 tam máte XOR hradlo D kloppný obvod i nábojovou pumpu jako 3 fázové komparátory - stačí jenom "přehodit jumper". Proč jsem tedy vlastní radu nedodržel ? Protože proto, protože "dobré rady jsou výsledkem špatných zkušeností". O 74HC4046 jsem totiž v "Amáru" naposledy četl když nějaký inženýr za Jakeše a Bilaka vysvětloval jak výrobu tohoto "vysoce moderního" obvodu zvládla Tesla Rožnov - a vzhledem ke kvalitě elektroniky za bolševika - má takový článek z 80 let - silný aspekt "antireklamy"


Dosti žvanění - je čas na schémátko. A při té příležitosti se musím vrátit k "psychologii" protože tato konstrukce má značný aspekt drzosti. Principem generování kvadraturního signálu na 10,7MHZ je totiž to, že nejprve musíte vygenerovat signál na frekvenci 4x vyšší tj. 42,8 MHz. Tento signál se generuje pomocí "ring oscillatoru" - tedy pomocí 3 do kruhu zapojených hradel 74HC04, které při 5V kmitají někde kolem 50 MHz. Pomocí tohoto signálu řídíte dvojici D klopných obvodů, které produkují kvadraturní signál na frekvenci 4x nižší - tedy při 5V je to kolem 12,5 MHz. část tohoto signálu tvoří výstup obvodu a část jde do fázového komparátoru, který přes filtry produkuje napětí, které řídí napájení 74HC04 tak aby místo 50MHz kmital na žádoucích 42,8 MHZ. Napětí, při kterém k tomu dojde je kolem 3,8V.
Drzost celého obvodu spočívá v tom, že ze 74HC04 spotřebujete 3 invertory na kruhový oscilátor a 1 invertor jako oddělovací stupeň - zbydou vám ještě 2 hradla - tak co s nimi - nechat nezapojené a smolit na desku druhý 74HC04 jako zdroj krystalem řízeného referenčního kmitočtu ? NE NE NE - pěkně na drzo - zapojit zbývající dvě hradla jako Pierceův oscilátor řízený krystalem. Je vám jasné, že staří radioamatéřu by umřeli, kdyby viděli jak stejný integrák fuguje jako napětím řízený oscilátor i krystalový referenční oscilátor a navíc ne zapojen silně "nekatalogově".
Mimochodem 74VCO04 ze schématu je obyč. 74HC04 ale s přepsaným jménem, protože můj milovaný KiCad u digitálních obvodů, které zná úporně kontroluje jestli jsou správně připojeny na 5V napájení.

C16, C8, R16, R5 je klasický filtr nutný pro smyčku PLL - tento je inspirován Harry Lythallem a jeho geniálně jednoduchou PLL smyčkou. Má ale jisté "zvláštnosti" C8 není zapojen "proti zemi" ale "proti 5V" a navíc je paralelně s ním "divný odpor" R11. Obojí je kvůli startu PLL - normálně smyčky PLL startují od napětí na VCO 0V - u mně by se ale při 0V nerozkmital ani referenční krystalový oscilátor - proto je nutné donutít PLL startovat na 5V a s napětím na VCO klesat.

Operační zesilovač zesiluje 2x a to proto, že pokud tam nebyl - smyčka PLL si občas našla "divný" režim kdy se zavěsila na úplně jiný kmitočet než 10,7MHz. teoreticky by zesílení mělo být 3,8/2,5 = 1,52x protože fázový komparátor produkuje 2,5V při "dokonalé frekvenční shodě". Stejně by tam musel být nějaký "buffer" který by proudově utáhl 74HC04, protože PLL filtr se svými 100K odpory by to určitě nezvládl - tak co ?


Jinak kvadratruní generátor je přizpůsoben pro práci v robotických čidlech - tedy produkuje signál I, pak negovaný signál I se zpožděním pouhých 1,4 nanosekund a signál Q. Poslouchal jsem signál rádiem - a kmitočet je docela stabilní a čistý, 200KHz na obě strany jsou malinkaté parazitní modulace z drobné nestability PLL, ale než obvod použijete, a pak mě obvidníte, že kvůli mně jste prohráli radioamatérský "kontest" - tak si prosím uvědomte, že mým robotům stačí frekvenční stabilita 1% a "jitter jako prase". Pokud se podíváte na oscilogram - vidíte, že kvadraturní signál je celkem pěkný "zákmity" na žluté křivce jsou způsobeny tím, že mám jednu kvalitní a jednu mizernou osciloskopickou sondu.

Plošný spoj neuvádím, protože pochybuju, že by někdo moji konstrukci použil jako celek - spíše počítám, že se necháte inspirovat pro něco vlastního. Dnes nám už zbývá jenom rada paní Kubáčové novomanželkám : Až se manžel bude v noci budit, protože jej budou ve snu po ulici honit obrovité vaječníky - víte že máte jeho psýchu plně pod svou kontrolou ....
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Komentáře

1 SPECZ SPECZ | 3. dubna 2014 v 9:36

VCO a reference v jednom švábu - pochopitelně s jedním napájením - tak to je správná prasárna :-)
A ne že bych měl něco proti, jen mě to takhle poránu pobavilo ...

Komentáře jsou uzavřeny.


Aktuální články

Reklama