(Sürekli güncellenmektedir)
Eskiden, bir işaret üreteci (sinyal jeneratörü) yapabilmenin -iyi bilinen- iki yolu vardı. Birinci yol, LC tank devreli bir osilatör yapmaktı. Nitekim, RF ile uğraşan hemen herkeste şuna benzer bir işaret üreteci vardı, -y ada işaret üreteci denilince aklına böyle bir şey gelirdi-.
Geçmişin işaret üreteçlerinden
İkinci yol ise, LC devrelerinin kararlılığının yeterli görülmemesi sebebiyle PLL (Phase Locked Loop Faz kilitlenmeli çevrim) tekniği ile kurulmuş işaret üreteçleri kullanmaktı. (FLL gibi daha az kullanılan tekniklerden bahsetmiyorum. Hatta bir profesyonel cihazda şöyle bir kontrol devresi kullanıldığına şahit olmuştum: Ayarlanan frekansın her bir hanesinin BCD değerleri ile üretecin ölçtüğü frekansın her bir hanesinin BCD değerleri karşılaştırılıyor ve sonuca göre bir düzeltme-kontrol-geribesleme değeri üretilerek "kilitlenme sağlanıyordu. Bir kuvars kristal bankası kullanan VFO'lar da eski ticarî radyolarda kullanılan tekniklerdendir.)
Teknoloji ilerledikçe işaret üretiminde DDS (Direct Digital Synthesizer - doğrudan sayısal sentezleme) denilen bir teknik ortaya çıktı. Bu teknikte istenilen frekanstaki işaret sentezleme yoluyla üretiliyor. Meşhuur Analog Devices firmasınca AD9833, AD9835, AD9850, AD9851, AD9854, AD9951.... gibi tümdevreler ardı ardına üretilmeye başladı. Daha sonra da Silabs tarafından Si5351 denilen "mucize" tümdevre üretildi. Si5351 PLL teknolojisi ile çalışan, yaklaşık 290 MHz'e kadar kararlı işaret üreten bir tümdevredir. Adafruit denilen firma, Si5351 tümdevresini üzerinde kristal osilatörü, gerilim regülatörü olan bir "modül" olarak üretince bir anda ortalık karıştı. çinli üreticiler bu modülü kopyalayıp satmaya başlayınca ortalık Si5351 modülleriyle dolup taştı..
Si5351 tümdevreli minik kart
Si5351 kartı, Arduino ile kolayca kontrol edilebiliyordu. Böylece Si5351 birden çok ama çok popüler oldu. Yalnız, Si5351'in bir dezavantajı var: Çıkışı kare dalga olduğu için çıkışında bol miktarda harmonik de barındırıyor. Tayloe detektör kullanan SDR tipi alıcılarda LO girişinin kare dalga olması istenilen bir durum. Öyle olunca Si5351'in popülaritesi iyice arttı. Kolayca temin edilebilirliği de unutmamak gerek.
Zaman içinde ben de Si5351 tümdevresini kullanan çeşitli işaret üreteçleri yaptım.
Ama...
Peki, daha temiz ve sinüs çıkışlı bir işaret üreteci istiyorsanız ne yaparsınız? El cevap: DDS tümdevreli işaret üreteci yaparsınız.
AD9951
Elimde AD9951 tümdevresi vardı. Bu tümdevre, "temiz" bir şekilde 160 MHz'e kadar sinüs işaret üretebiliyor. Bunun için AD9951 tümdevresini, frekansı 400 MHz olan bir saat işareti ile sürmek gerekiyor. 400 MHz osilatörü nereden bulayım diyenler için güzel haber şu ki, AD9951 tümdevresi, saat osilatörünün frekansını çarparak yükseltebiliyor. Dolayısıyla, 20 MHz'lik bir osilatör kullanarak ve AD9951'in çarpan özelliğini kullanarak içsel olarak 400 MHz'lik saat frekansını elde edebiliyorsunuz. Ancak, saat osilatörünü çarpan ile yükseltmenin bir maliyeti var: Çıkış işaretinde belli bir "kötüleşmeyi" göze almanız gerekiyor.
Çıkış işaretinin temizliği için ben 400 MHz'lik PLL'li bir saat osilatörü kullanmaya karar verdim. Bir PLL devresinin kararlılığı devrede kullanılan referans frekansına bağlı olduğundan, referans frekansını üretmek için de sıcaklığı kompanze edilmiş bir kristal osilatör (TCXO) kullanmaya karar verdim.
Sonuçta devrenin blok şeması şöyle oldu:
400 MHz PLL blok şema
PLL Devresinde kolayca bulunabilecek elemanların kullanılmasına özen gösterilmiştir. U891 tümdevresi, 1GHz'e kadar önbölücü olup, burada 1/256 kipinde kullanılmıştır. U891 yerine U893, MB506, SAB1256 gibi 400 MHz'de çalışabilen ve 256'ya bölen hernangi bir önbölücü de -elbette uygun bacak bağlantılarıyla- kullanılabilir. TCXO olarak 4 MHZ'lik bir osilalatör bulamadığımdan, 12 MHz'lik bir TCXO kullanılmış ve 74LS290 tümdevresi ile 3'e bölünerek 4MHz elde edilmiştir.
400 MHz PLL devresinin açık şeması
4 MHz kristal ile 400 MHz elde edilmesi
Eğer TCXO bulamıyorsanız veya 4MHz'lik bir kuvars kristalin kararlılığı yeterli diyorsanız, 4MHz'lik bir kuvars kristal kullanarak da PLL devresiyle 400MHz elde edebilirsiniz. Bu durumda, 74LS290 ve 74HC14 tümdevrelerine gerek yoktur. 74HC4060 ile hem 4MHz'lik osilatörü kurup hem de 256'ya bölme işlemini yapabilirsiniz. Bu uygulamanın şeması şöyledir:
4MHz osilatör ve bölücü devresi
C2 trimmer kondansatörü ile kuvars kristalin frekansı tam 4MHz'e ayarlanır.
DDS Devresi
AD9951, 48 bacaklı TQFP kılıftadır. Bacak aralıkları 0,5mm'dir. Bu kadar hassas bacaklı lehimleme ve SMD ile uğraşma tecrübeniz yoksa, işiniz oldukça zordur. Ben, yıllar önce AD9951'i kendi tasarladığım çift yüzlü bir PCB'ye monte etmiştim.
DDS devresinin üst yüz elemanları
DDS devresinin alt yüz elemanları
Üst yüze bütün SMD elemanlar lehimlenmiştir. Yeşil kare içine alınan kısım, AD9951'in çıkış seviyesini yükseltmek üzere MAR-X MMIC'lerine göre tasarlanmış idi. Ancak, daha sonra buraya Maxim'in bir MMIC tümdevresi ek bir kart ile monte edilmiş idi. Düşük çıkış seviyeleri yeterli ise bu kata gerek yoktur. RST, SCK,SDIO ve U/D AD9951'e kumanda için gereken bağlantılardır. Eskiden bu PCB'yi tasarladığım dönemde
DL4JAL çağrı işaretli alman amatörün hazırladığı bir kontrol devresi kullanmış idim. Bu kontrol devresi PIC PIC18F4520 kullanıyordu. Ancak, AD9951'e PC'den, bir arduinodan da kumanda edilebilir.
Ben, AD9951'i işaret üreteci olarak kullanacağım ve bir arduino nano ile kumanda edeceğim. PCB, bir TTL kristal osilatör modülü de monte edilebilecek şekilde hazırlanmıştır. TTL kristal osilatör modülü kullanılması hâlinde 400 MHz PLL devresine de gerek yoktur.
Salkım saçak denemeler
Devreyi açıkta test etmeye başladım. İlk denemelerde arduino nano ile kontrol edilerek DDS'ten temiz ve kararlı 10 MHz işaret elde edildi.
İlk denemelerden
AD9951'e kumanda devresi
DDS'e kumanda ile ilgili bütün işlemler bir arduino nano üzerinden yapılmaktadır. 4x4 matrisli bir tuş takımı üzerinden frekans değeri, frekans adımları vb. bilgiler girilebilmektedir. A, B, C, D, * ve # tuşlarına da özel görevler verilebilmektedir. Arduinonun bacaklarının yetersiz olması sebebiyle, 6 bacağa ihtiyaç duyan 4 bitlik LCD bağlantısı yerine sâdece SDA ve SCL olarak 2 bacağa ihtiyaç gösteren I2C modüllü 2x16'lık bir LCD kullanılmaktadır.
DDS'e kumanda işaretlerinin iletilmesi ile arduino ve LCD devresinin beslemesi 6 telli bir kablo üzerinden sağlanmaktadır.
Yazılım
Yazılım üzerinde çalışmaya devam.
Kafamdaki işaret üretecinin özellikleri şöyle:
Tuş takımı vâsıtasıyla, 1 Hz hassasiyetle doğrudan girişi
Frekans aralığı: 1 Hz'den 160 MHz'e kadar
Frekans adımları: 10 Hz'den 100kHz'e kadar
Offset ayarı : + veya - frekans sınırları dâhilinde herhangi bir offset verebilme
Wobbler : Frekans sınırları dahilinde iki frekans arasında
Wobbler adımları: 1 Hz'den başlayarak girilen değer
Şu ana kadar bu özelliklerin hepsi yazılımda çalışıyor.
Çalışmalar sürüyor
Cihazın paneli şöyle:
AD9951 işaret üreteci cihazının ön paneli
Tam 1 MHz çıkışı
+21.4MHz offset ile 100 MHz üretimi
160 MHz üretimi
Cihazın kutulunması bitti.
Devreyi beslemek için, çıkış işaretinin temizliğinden taviz vermemek için anahtarlamalı güç kaynağından (SMPS) uzak durulmuş ve7805 tümdevreli doğrusal (lineer) bir güç kaynağı kullanılmıştır.
Ayrıca, 400 MHz PLL ve AD9951 DDS devreleri birer metal kutuya konuşmuş ve bağlantılar koaksiyel kablo kullanılarak yapılmıştır. Üretecin ana işaret çıkışı için SMA konnektör kulanımı tercih edilmiştir.
(Devam edecek)
Yorumlar