Puritate spectrala DDS AD9850

Circuite electronice, echipamente home made, aparatura de masura si control, scheme...
Avatar utilizator
yo3fhm
Mesaje: 478
Membru din: Mie Ian 19, 2011 7:36 pm
Contact:

Puritate spectrala DDS AD9850

Mesajde yo3fhm » Mar Noi 29, 2016 1:43 am

Salutare,
Stim ca unul dintre visurile celor mai multi radioamatori este de a putea construi in regim propriu un sistem stabil pentru generarea frecventelor necesare, fie in echipamentele proprii destinate traficului radio, fie in cazul generatoarelor sau altor echipamente realizate in regim home-made.

Deschid acest topic intrucat in ultima vreme s-a inmultit puternic aparitia proiectelor de montaje care doresc sa inlocuiasca clasicele VFO-uri LC cu montaje bazate pe cipuri DDS. Cel mai cunoscut si utilizat pana in prezent este AD9850 (produs de Analog Devices). Ar mai urma AD9851, AD9834, AD9835 si altele mai dezvoltate.

Nu sunt vreun guru in materie de DDS-uri, dar am incercat sa reproduc proiectul "VFO with DDS and control interface" realizat de LU5DJV. Este bazat pe module chinezesti de DDS echipate cu AD9850 (se pot cumpara la preturi sub 10USD de pe Ebay - exemplu ) si are un soft foarte fain scris, cu meniuri la indemana si cu functionalitati care ar permite utilizarea direct pe un transceiver (superhet sau conversie directa).

Scopul principal a fost sa echipez un transceiver A412 cu un astfel de montaj, evident pentru a inlocui VFO-ul. Ei bine, scopul l-am atins, dar satisfactia obtinuta in final, a fost mult prea mica; as putea spune ca am fost chiar dezamagit (exceptand bucuria de a-l fi reprodus si pus in functiune cu mijloace si forte proprii).

Motivul? Puritatea spectrala a semnalului generat lasa foarte mult de dorit. Zgomot de faza, spurii, tacam complet... Cand l-am conectat la transceiver, mi-a disparut zambetul de pe buze. "Cuiele" apareau peste tot. Piuituri, zgomot crescut in anumite zone de banda, etc. Si cu precadere pentru frecventele de peste 18 MHz.

Am inceput sa "sap", cu foaia de catalog in fata si inventariind proiectele gasite pe Internet, alaturi de informatiile postate de alti useri sau constructori. Speram ca voi gasi ceva care sa ajute, dar curand am inteles ca ma zbat degeaba. Problemele modulelor chinezesti echipate cu AD9850 ar fi urmatoarele (schema unui astfel de modul o puteti vedea aici):

1) nivel de semnal inegal de-a lungul benzii utile;
Prin banda utila inteleg zona de pana la 20MHz. Daca se depaseste aceasta frecventa, puritatea spectrala se inrautateste. Clock-ul cipului este de 125 MHz. Se poate vedea in foaia de catalog motivul principal al acestui neajuns: aspectul spectrului semnalului generat, data de functia sin(x)/x (sinus cardinal).

Imagine
Multi s-au gandit la realizarea unui amplificator cu ALC care sa compenseze variatiile de amplitudine mai sus mentionate. Recunosc ca si eu m-am gandit la asta, pana cand am vazut explicatiile din foaia de catalog. Un bun prieten, specializat in DSP, mi-a precizat ca exista chiar metode de filtrare speciale, care sa poata compensa alura data (sinx/x equaliser ).
Deocamdata, aceasta solutie a ramas doar in stadiul de intentie :roll:

2) Un alt motiv al nivelului inegal in banda de lucru, este datorat executiei practice a filtrului trece-jos (nu proiectarii!) care echipeaza modulele DDS chinezesti. Am avut curiozitatea de a-i analiza caracteristica de transfer si am avut o surpriza neplacuta. Frecventa de taiere teoretica ar trebui sa fie (cu valorile din schema originala) undeva pe la 41MHz, dar realitatea e sensibil diferita.

Din aceste motive, am incercat mai intai reproiectarea si executia unui nou FTJ, pe care l-am testat incepand cu 14Nov.2016. Iata mai jos caracteristica vizualizata pe analizorul propriu (click pentru marire poza, back pentru revenire). Transmisia (S21) are culoare verde, reflexia (S11) e cu rosu, iar cu grena/magenta este trasata curba partii reale a impedantei de intrare a filtrului.
Imagine

Fiind astfel convins de corectitudinea realizarii filtrului, l-am atasat DDS-ului si dupa cateva zile, i-am "privit" putin semnalul de iesire, cu ajutorul unui analizor de spectru (Agilent E4402B). Iata mai jos cateva poze, incerc sa comentez la fiecare dintre ele...

Aici se poate vedea montajul, supus la cazne pe analizor.
Filtrul reproiectat este placuta pusa transversal, care contine toruri si din care se vede iesind cablul de legatura cu analizorul.
Imagine

Poza1: Caracteristica FTJ. Ce se vede, este semnalul generat de DDS, inregistrat pe analizor folosind functia MAX HOLD.
Imagine
Poza2: Aceasi caracteristica, cu tabel de markeri.
NOTA: priviti doar frecventele, nu luati in considerare nivelurile afisate.
Imagine

Ei bine, pana aici, toate bune si frumoase. Sa vedem mai departe urmatoarele poze...

Poza3: Spectrul semnalului de iesire, fara FTJ. DDS-ul este programat sa genereze semnal de 1MHz, iar analiza e realizata intre 500KHz si 30MHz. va plac "cuiele" ?! Mie mi s-a zburlit parul...
Imagine

Poza4: Spectrul aceluiasi semnal, dar trecut prin FTJ-ul reproiectat.
Se observa imediat ca nivelurile semnalelor nedorite e mult mai redus, dar nu inexistent... Interesant, nu? Doar e FTJ, si semnalele nedorite sunt inca in banda de lucru, dar... hmmm... atenuate. Ma cam intriga chestia asta:
Imagine

Cam atat deocamdata. Mai am un modul asemanator, dar nu identic (oscilatorul cu cuart e mai mare). Cand voi avea timp, il voi supune la cazne si pe acela, sa vad daca apar aceleasi "mizerii". Amicul DSP-ist, a avut la dispozitie echipamente mai sofisticate decat analizorul meu si a reusit sa "perfuzeze" montajul, obtinand o analiza mult mai serioasa a impuritatilor spectrale ale montajului. Daca mai are capturile de ecran si le voi putea obtine de la el, voi reveni sa le postez. Acelea redau si mai clar gravitatea situatiei pentru semnalele generate la peste 18MHz de catre AD9850.

In orice caz, se pare ca o solutie pentru o astfel de "napasta" este utilizarea DDS_urilor ca referinta variabila pentru o bucla PLL ce controleaza VCO-uri clasice. Mentionez ca in urma cu 3 ani, am inceput sa reproduc transceiverul descris in proiectul "QRP2004", unde se poate intalni o astfel de solutie. Nu l-am terminat, dar sper sa ajung curand si la placile VFO-PLL/DDS.

Daca alti colegi au reusit sa masoare zgomotele unui astfel de montaj, ii invit bucuros sa le posteze si sa le aflam parerea. Nu exclud situatia in care eu sa fi dat peste un modul cu ceva probleme... in China totul e posibil !
73! si toate cele bune,
Cezar Vener - YO3FHM
Imagine
Grup YO3KXL /RoLink
Status retea RoLink

yo3jx
Mesaje: 144
Membru din: Vin Sep 23, 2011 7:41 pm
Contact:

Re: Puritate spectrala DDS AD9850

Mesajde yo3jx » Mar Noi 29, 2016 11:47 am

Am facut o inovatie ce poate fi usor experimentata. Conexiunea referintei de 125 MHz a fost inlocuita cu un filtru serie, inductanta /capacitate acordat in curent pe 125MHz. Incercati! Am utilizat iesirea DDS direct, fara amplificare cu tranzistor. Am constatat ca trebuie "lasat timp" DDS-ului sa se stabilizeze pe o frecventa dorita, cu alte cuvinte daca butonul de "acord" pe pasi fini este actionat lent, normal in cautarea unei frecvente receptionate, nu apar efecte neplacute gen "glitch". DDS-ul este utilizabil si daca se calibreaza soft este si foarte precis. DDS-ul chiar cel simplu si ieftin e mult mai bun ca un VFO oricat de atent executat, in plus ofera si solutii de comutare "soft" unei superheterodine prin programare rezultand asa numita "general coverage", banda continua chiar si pentru montajul gen A412.

yo5oft
Mesaje: 105
Membru din: Mie Iul 21, 2010 12:25 am
Contact:

Re: Puritate spectrala DDS AD9850

Mesajde yo5oft » Mar Noi 29, 2016 1:14 pm

fa o iesire simetrica la AD9850, cu un transformator de banda larga, suntat dinspre iesirile DDS cu cate o rezistenta de 47 de ohmi. Spectrul se va imbunatati vizibil.
o alta chestie ce poate imbunatati mult semnalul la iesire este folosirea unui filtru trece-banda dupa oscilatorul de 125MHz.
incercati.

Avatar utilizator
yo3fhm
Mesaje: 478
Membru din: Mie Ian 19, 2011 7:36 pm
Contact:

Re: Puritate spectrala DDS AD9850

Mesajde yo3fhm » Mar Noi 29, 2016 7:53 pm

yo3jx scrie:Conexiunea referintei de 125 MHz a fost inlocuita cu un filtru serie, inductanta /capacitate acordat in curent pe 125MHz. Incercati!
Buna seara,
Apreciez interventia dvs. si cu siguranta, voi fi bucuros sa experimentez ideea; in acest sens, ar fi foarte util daca veti reveni postand o schema concreta a zonei modificate (o puteti desena si pe hartie si apoi fotografia, e suficient).

De asemenea, ati mentionat ca "nu apar efecte neplacute gen <glitch> "; in cazul montajului reprodus de mine, nu am constatat astfel de efecte, dar apar "cuiele" si "birdies-urile".
Asadar, concret: ati sesizat astfel de impuritati spectrale deranjante inainte de aplicarea artificiului in zona referintei de 125 MHz? Daca au fost inainte, cum apreciati amplitudinea acestora dupa ce ati montat artificiul acela? Eventual, ati putut vizualiza spectrul ?

Cu multumiri,
Cezar
73! si toate cele bune,
Cezar Vener - YO3FHM
Imagine
Grup YO3KXL /RoLink
Status retea RoLink

Avatar utilizator
yo3fhm
Mesaje: 478
Membru din: Mie Ian 19, 2011 7:36 pm
Contact:

Re: Puritate spectrala DDS AD9850

Mesajde yo3fhm » Mar Noi 29, 2016 8:09 pm

yo5oft scrie:fa o iesire simetrica la AD9850, cu un transformator de banda larga, suntat dinspre iesirile DDS cu cate o rezistenta de 47 de ohmi.
Buna seara,
Multumesc pentru idee. Am mai gasit cateva astfel de solutii, cum ar fi cea de aici:
Imagine
N-am inteles totusi de ce ati recomandat suntare cu 47 ohmi?
In foaia de catalog, aplicatiile cer terminatii de 100 ohmi pe fiecare iesire (200 ohmi la intrarea FTJ si 200 ohmi la iesire).
yo5oft scrie:Spectrul se va imbunatati vizibil.

As fi foarte bucuros sa constat asta! Ati reusit sa masurati concret nivelul spuriilor inainte si dupa aplicarea solutiei cu transformator de care ati pomenit? Niste imagini ar spune mult.
yo5oft scrie:o alta chestie ce poate imbunatati mult semnalul la iesire este folosirea unui filtru trece-banda dupa oscilatorul de 125MHz.
Interesanta idee. In spiritul celor mai sus solicitate, aveti vreun link concret cu o astfel de realizare? Ar ajuta, in ideea evitarii sapaturilor redundante. Hi!

Cu multumiri,
Cezar
73! si toate cele bune,
Cezar Vener - YO3FHM
Imagine
Grup YO3KXL /RoLink
Status retea RoLink

yo5oft
Mesaje: 105
Membru din: Mie Iul 21, 2010 12:25 am
Contact:

Re: Puritate spectrala DDS AD9850

Mesajde yo5oft » Mar Noi 29, 2016 9:23 pm

rezistentele de suntare sunt pentru liniarizarea raspunsului transformatorului, precum si asigurarea impedantei de iesire de 50 de ohmi, inaintea filtrului. AD9850 permite sarcini de la 25 la 200 de ohmi, cu conditia ca rezistenta de setare a curentului de iesire sa fie de 3,9 kiloohmi.
avand iesirile in contratimp, multe dintre spururi si armonicele pare se anuleaza reciproc.
la oscilatorul de cuart de 125MHz s-a folosit un filtru din 2 bobine reglabile, helical, industrial, din seria BV sau BN (?), nu-mi mai amintesc exact modelul, trebuie sa gasesc schema.
o alta chestie ce nu este stiuta de multi este urmatoarea: modulele chinezesti cu oscilator SMD lipit pe placa sunt proiectate sa functioneze la 3,3 volti. Functioneaza si la 5 volti, dar se incing oscilatoarele, si crapa repede. Multi pun radiatoare pe oscilator, HI...
Modelele cu oscilator format mare, de tabla, sunt cele proiectate pentru 5 volti.
In practica s-a dovedit ca un DDS cu AD9850 functioneaza satisfacator doar daca are la iesire filtre de banda inguste pentru fiecare banda in parte.

Avatar utilizator
YO9CHO
Mesaje: 888
Membru din: Sâm Iun 19, 2010 11:44 am
Contact:

Re: Puritate spectrala DDS AD9850

Mesajde YO9CHO » Mar Noi 29, 2016 10:51 pm

Subiectul deschis este interesant.
Iata o aplicatie radioamatoriceasca realizata de G3XTP. Parti din ea poate fi folosita pentru experimentari, de exemplu filtrul de iesire. Ce nu inteleg, si sunt curios de a avea o confirmare, este utilizarea unui clock extern "filtrat", adica din rectangular, trecut in sinusoidal...As vrea daca se poate si o explicatie teoretica asupra acestei solutii. Intreb, deoarece , etajele ce primesc clock-ul sunt circuite digitale iar , filtrarea clock-ului inainte de a fi injectat in DDS, nu ar face decat sa imbunatateasca nivelul armonicilor generate de semnalul rectangular, transformandu-l in sinusoidal.Daca pe PCB , traseul de iesire al clock-ului este lung, el poate radia si atunci inteleg necesitatea transformarii in semnal sinusoidal a clock-ului.

An Experimenter’s Project for Incorporating the AD9850 Complete-DDS Device as a Digital LO Function in an Amateur Radio Transceiver*
PIC “N” MIX DIGITAL INJECTION SYSTEM
By Peter Rhodes, BSc, G3XJP (email pirrhodes@aol.com)

http://www.analog.com/media/en/technica ... AN-557.pdf

Un clock extern recomandat de Analog Device pentru un bun nivel al zgomotului de faza:
A Discrete, Low Phase Noise, 125 MHz Crystal Oscillator
for the AD9850 Complete Direct Digital Synthesizer

http://www.analog.com/media/en/technica ... AN-419.pdf

Referitor la functionarea unui DDS, un bun document de studiat este:
A Technical Tutorial on Digital Signal Synthesis

https://www.ieee.li/pdf/essay/dds.pdf
Sunt explicate limitarile DDS-ului si este foarte util articolul pentru cei ce doresc sa foloseasca tehnologia DDS la constructia transceiverelor.

Alte documente interesante pot fi gasite la: http://www.analog.com/en/products/rf-mi ... umentation

DDS-ul este intr-adevar "murdar", dar are si avantaje evidente.

P.S. Iata ce se spune despre clock-ul extern:
Clock feedthrough is another source of DDS spurs. Many mixed signal designs include one or more high frequency clock circuits on chip. It is not uncommon for these clock signals to appear at the DAC output by means of capacitive or inductive coupling. Obviously, any coupling of a clock signal into the DAC output will result in a spectral line at the frequency of the interfering
clock signal. Another possibility is that the clock signal is coupled to the DAC’s sample clock.
This causes the DAC output signal to be modulated by the clock signal. The result is spurs that are symmetric about the frequency of the output signal.
Proper layout and fabrication techniques are the only insurance against these forms of spurious contamination. The spectral location of clock feedthrough spurs is predictable since a device’s internal clock frequencies are usually known. Therefore, clock feedthrough spurs are likely to be found in the output spectrum coincident with their associated frequencies (or their aliases) or at an associated offset from the output frequency in the case of modulation.


P.P.S Pasul de cuantificare (numarul de biti) al DAC-ului de la iesire dicteaza nivelul de spur, cat si frecventa de clock. (overclocking imbunatateste nivelul de spur.
Ultima oară modificat Mar Noi 29, 2016 11:19 pm de către YO9CHO, modificat de 4 ori în total.

yo5oft
Mesaje: 105
Membru din: Mie Iul 21, 2010 12:25 am
Contact:

Re: Puritate spectrala DDS AD9850

Mesajde yo5oft » Mar Noi 29, 2016 11:01 pm

ar mai fi de incercat integratul ICS501 (pll clock multiplier) ca sursa de clock pentru 9850.
totusi, de ce vreti sa folositi AD9850? Incercati AD9951, este incomparabil mai bun din toate punctele de vedere.

Avatar utilizator
YO9CHO
Mesaje: 888
Membru din: Sâm Iun 19, 2010 11:44 am
Contact:

Re: Puritate spectrala DDS AD9850

Mesajde YO9CHO » Mar Noi 29, 2016 11:32 pm

KE5FX, John este un foarte cunoscut profesionist in "lumea zgomotului de faza".
Iata analiza unui sintetizor de frecventa (http://www.ke5fx.com/synth.html) folosind AD9850 ca referinta: http://www.ke5fx.com/ssa/lo1.html

Sintetizorul, este folosit pentru un analizor de spectru , nu pentru un tx/rx.

Iata recomandarile unui alt radioamator, DK7IH, din pacate , ne probate cu imagini:

Improving spurious emissions performance in QRP transceiver DDS VFO: Replacing AD9850 by AD9951

https://radiotransmitter.wordpress.com/ ... by-ad9951/

So, if you want to get the best performance (low number of spurs, low phase noise) out of the AD9951, here are some basic hints:

1. Stay away far from the Nyquist-Frequency of the chip! Basically this is one third (33%) of the clock rate. I recommend to lower this down to one fifth. So, if you use a clock rate of 100 MHz, don’t let the DDS produce more than 20 MHz!
2. Don’t use the internal clock multiplier! Use a clock generator with the highest possible frequency!
3. Use a clock generator that will put out 1.8 Volts pp!
4. Keep ground leads on your pcb as wide and short as possible!
5. Decouple AVDD, DVDD and DVDD_I/O effectively!
6. Set DAC_RSET to a value that DAC current stays lower than 10mA. 3.9k is a recommended value.


Un articol oferit de Digi-Key: http://www.digikey.dk/en/articles/techz ... thesis-dds

Avatar utilizator
YO9CHO
Mesaje: 888
Membru din: Sâm Iun 19, 2010 11:44 am
Contact:

Re: Puritate spectrala DDS AD9850

Mesajde YO9CHO » Mar Noi 29, 2016 11:58 pm

totusi, de ce vreti sa folositi AD9850? Incercati AD9951, este incomparabil mai bun din toate punctele de vedere.
Corect!

SPUR REDUCTION TECHNIQUES IN DIRECT DIGITAL SYNTHESIZERS
Victor S. Reinhardt
Hughes Space and Communications Company
P. O. Box 92919, Los Angeles, California 90009


http://ttcla.org/vsreinhardt/DDS%20spur ... niques.pdf


Înapoi la “Constructii electronice”

Cine este conectat

Utilizatori care navighează pe acest forum: Niciun utilizator înregistrat și 6 vizitatori