Projets:Lab:2011:SA-Scotty:SLIM-PLO-1

SLIM-PLO-1-3 rev C Oscillateur à boucle à verrouillage de phase (boucle active)

Description Technique
SLIM-PLO-1&3 PLL à boucle active, PCB taille B

Faites un « clic droit » avec votre souris et sélectionnez « Enregistrer la cible sous… » pour télécharger le fichier :

a. SKSLIM-PLO-1.sch rev C, Schémas de la carte de PLL 1, format ExpressPCB.

b. PLSLIM-PLO-1.rev E, Liste des composants (BOM) du module.

c. LAYSLIM-PLO-1.pcb rev B, Dessin du circuit, format ExpressPCB. Utilisez ce fichier pour situer l’emplacement des composants. Ne surtout pas utiliser pour passer commande auprès de ExpressPCB.

d. PWB-PLO.pcb rev B, Dessin du PCB, format ExpressPCB. Utilisez ce fichier pour passer commande auprès de ExpressPCB.

SLIM-PLO-1 : Fréquence de sortie : 950 MHz à 2200 MHz. La PLL est un ADF4118 (originellement un LMX 2326 tombé en obsolescence et difficile à approvisionner. Ces deux circuits sont compatibles broche à broche). La boucle active utilise un ampli op (pas de tension négative nécessaire). Ce synthétiseur possède deux sorties HF à +10 dBm, sur J2 et J3. Son bruit de phase à 1000 MHz est de -91 dBc (1Hz de BP), à 5 kHz de la porteuse.

R12 et C27 sont optionnelles. Lorsqu’elles sont installées, elles présentent une charge de 50 Ohms au driver. Lorsqu’elles ne sont pas installées, la PLL présente une entrée Cmos à haute impédance. Elles doivent être installées pour obtenir une réjection des fréquences indésirables.

Parfois (deux cas signalés jusqu’à présent), le niveau du signal disponible sur J2 et J3 était insuffisant. Dans un cas la cause en était un MMIC ERA-33SM dont le gain n’était pas assez élevé, dans l’autre, le problème était lié au VCO ROS-2150VW dont le niveau de sortie, trop faible, était hors spécification. Dans les deux cas, il est possible de pousser à 6V (+/- 0,1V) la tension d’alimentation du VCO (U4 pin 14), ce qui aura pour effet de relever de 2 à 3 dB le signal de sortie. Deux manières pour ce faire :

1 : soit changer le régulateur 5 V contre un 6 V ou 6,2 V et remplacer R26 avec une valeur permettant d’atteindre 6V sur la pin 14 du VCO (courant appelé de 20 mA),

2 : soit dessouder le “tab” du régulateur 5V (la masse) et insérer deux diodes en série entre U5-2 et la masse, cathodes en direction de la masse, puis ajouter une capa de 100 nano entre U5-2 et la masse. Remplacer ensuite R26 avec une valeur permettant d’atteindre 6V sur la pin 14 du VCO (courant appelé de 20 mA).

La construction et le réglage de cet oscillateur est probablement l’étape la plus délicate dans la construction de l’analyseur.

SKSLIM-PLO-1, Schéma du SLIM-PLO-1, Revision C



L’ADF4112 ou ADF4113 est un équivalent de remplacement de la pll, demandant la présence d’une résistance R23 (U2 Pin 2 à la masse). L’ADF4118 n’a pas besoin de R23. R23 n’est pas indiquée sur le schéma.

LAYSLIM-PLO-1, Plan de repérage SLIM-PLO-1, Revision B



Réalisation
PLL 1 SLIM-PLO-1 rev C

Une PLL (Oscillateur à verrouillage de phase/Phase Locked Oscillator) possède deux sorties actives, J2 et J3. Les deux sont utilisées dans le MSA lorsque le générateur de Tracking est installé, mais le MSA « de base » n’emploie qu’une seule sortie, la « B », puisque J3 (ndt, selon le schéma d’implantation des MSA conseillé par Scotty) et la prise la plus proche du premier mélangeur. Si le MSA ne doit être utilisé qu’en analyseur de spectre, sans TG, il est possible de diminuer la consommation d’énergie d’environ 38 mA en déconnectant le buffer « A » de PLL 1, simplement en enlevant R13 (alimentation du buffer) et C36 (capa d’entrée du buffer). Ajouter ensuite une résistance de bouclage de 50 ohms sur le sommet de R24 pour que la sortie soit chargée correctement. Une autre possibilité consiste à ne pas installer toute la partie liée à l’amplificateur « A ». Ne pas installer R13-R17, C31-C37, L1 et U7, et boucler en piggy-back le sommet de R24 avec une résistance de 50 ohms.

Lors du montage normal de la PLL, certaines anciennes notes de construction conseillent d’enlever C27 et R12. Cette suppression a pour avantage de diminuer la consommation et réduire le bruit de phase de la PLL. En revanche, les harmoniques et « spurious » divers augmentent, du moins sur PLL 1 et PLL 3, ce qui n’est pas le cas sur PLL 2. Donc, pour PLL 1, il faut installer C27 et R12.

PLL 3 SLIM-PLO-1 rev C

PLL 3 est utilisée lorsque le générateur de Tracking est installé. La sortie J3 n’est pas utilisée si le VNA n’est pas installé. Seule la sortie J2 en direction du mélangeur 3 est exploitée. Les remarques sur les possibilités de suppression d’un des deux ports de la PLL 3 sont strictement identiques à celles formulées dans le paragraphe consacré à PLL 1. Ceci dit, cette suppression coupe toute possibilité d’avoir une sortie couvrant de 1000 à 2000 MHz à haut niveau (10 dBm, soit 10 mW). Tant que cette sortie n’est pas utilisée et branchée au mélangeur 4 (vers le VNA), elle doit être bouclée par une charge 50 ohms.

En temps normal, la sortie J2 de PLL 3 pilote l’entrée J1 du mélangeur 3. Pour les mesures dans la bande 1 à 2 GHz, la sortie de PLL 3 peut être utilisée comme sortie de générateur de tracking à haut niveau. Si cette option vous intéresse, il vous faudra router J2 en sortie de PLL 3 sur la face avant, ainsi que J1 du mélangeur 3. De cette manière, il suffira d’ajouter un cordon patch en semi-rigide pour relier ces deux connecteur durant les mesures 0/1 GHz et 2/3 GHz, et de l’enlever pour ressortir le signal de PLL 3 durant les mesures 1/2 GHz. Repérer clairement cette sortie par une inscription en façade du genre « PLL 3 Out, 1-2 GHz, +10 dBm ».

Lors du montage normal de la PLL, certaines anciennes notes de construction conseillent d’enlever C27 et R12. Cette suppression a pour avantage de diminuer la consommation et réduire le bruit de phase de la PLL. En revanche, les harmoniques et « spurious » divers augmentent, du moins sur PLL 1 et PLL 3, ce qui n’est pas le cas sur PLL 2. Donc, pour PLL 3, il faut installer C27 et R12.

Test Unitaire des 3 PLL
Tests communs à tous les Modules PLL.

Ces tests s’appliquent aux trois PLL et ne concernent que les tests de tension. Les tests de puissance et de fréquence sont commun aux trois PLL et son détaillée en fin de chapitre des tests unitaires des PLL 1 et 3

Configuration de Test



Module PLL2 (seconde PLL)

Le module SLIM-PLO-2, seconde PLL, est un oscillateur à fréquence fixe destiné au second convertisseur de fréquence du MSA fonctionnant en mode Analyseur. Il sert également de source de fréquence fixe en mode générateur de Tracking.

Pour réaliser les tests, les modules suivants sont nécessaires.
 * Alimentation externe pouvant fournir un courant de +13,6V, 1000 mA
 * Un ordinateur, son moniteur et un câble d’imprimante parallèle
 * Le module Carte de Commande
 * Le module Maître Oscillateur
 * Le module PLL 2
 * Un Voltmètre
 * Le logiciel : spectrumanalyzer.tkn ou spectrumanalyzer.bas

1. Vérifiez que les modules SLIM suivants sont alimentés et câblés à la Carte de Commande : Oscillateur Maître, module PLL 2

2. Connectez la sortie du Maître Oscillateur J2 au connecteur J1 du module PLL 2

3. Mettez sous tension la Carte de Commande. Elle doit fournir + 10 V au Maître Oscillateur.

Tests

1. Lancer le programme du MSA. L’écran principal va s’afficher et un balayage s’exécuter en mode Analyseur de Spectre. PLL 2 va automatiquement être commandé pour fournir une fréquence de 1024 MHz. Le tracé d’amplitude de signal ne revêt aucune signification. Arrêtez le balayage.

2. Vérifiez les tensions suivantes et notez-les sur votre schéma imprimé.

a. P1-2 = +10 Volts, +/- 0,2 Volt.

b. U1-3 = +9,75 Volts, +/- 0,2 Volt.

c. Courant = (Tension mesurée en a. – Tension mesurée en b.)/10 Ohms = 25 ma., +/- 5 ma.

d. U2-7, U2-10, U2-15, U2-16 = +5,0 Volts, +/-0,1 Volt

e. Tension d’alimentation VCO, U4-14 = +9,5 Volts, +/-0,2 Volt (la tension indiquée dans le schéma peut être incorrecte)

f. Courant VCO = (Tension mesurée en b. – Tension mesurée en e.)/10 Ohms = 19 mA +/- 5 mA.

g. FB6 / R13 = +10 Volts, +/- 0,1 Volt.

h. R14 / L1 = +4,12 Volts, +/- 0,2 Volt.

i. Courant U7 = (Tension mesurée en g. - Tension mesurée en h.)/150 Ohms = 39 mA +/- 5 mA.

j. R19 / L2 = +4,12 Volts, +/- 0,2 Volt.

k. Courant U8 = (Tension mesurée en g. - Tension mesurée en j.)/150 Ohms = 39 mA +/- 5 mA.

l. Tension de pilotage de VCO, U4-2 = +3.2 Volts, +/- .5 Volt. Si cette tension est de +5 Volts ou 0 Volts, cela indique que la PLL n’est pas verrouillée.

3. La puissance de sortie HF ainsi que les fréquences générées seront mesurées au fil des paragraphes suivants.

Module PLL 1 (première PLL)

Le module SLIM-PLO-1, première PLL, est un oscillateur à fréquence variable destiné au premier convertisseur de fréquence du MSA fonctionnant en mode Analyseur. Il sert également de source de fréquence variable en mode VNA et est utilisé dans le circuit de mesure de phase du MSA. Pour réaliser les tests, les modules suivants sont nécessaires.
 * Alimentation externe pouvant fournir un courant de +13,6V, 1000 mA
 * Un ordinateur, son moniteur et un câble d’imprimante parallèle
 * Le module Carte de Commande
 * Le module Maître Oscillateur
 * Le module DDS1
 * Le module PLL 1
 * Un Voltmètre
 * Le logiciel : spectrumanalyzer.tkn ou spectrumanalyzer.bas

1. Vérifiez que les modules SLIM suivants sont alimentés et câblés à la Carte de Commande : Oscillateur Maître, module PLL 1, module DDS 1

2. Connectez la sortie du Maître Oscillateur J1 au connecteur J1 du module DDS 1

3. Mettez sous tension la Carte de Commande. Elle doit fournir + 10 V aux autres SLIM.

Tests

1. Lancer le programme du MSA. L’écran principal va s’afficher et un balayage s’exécuter en mode Analyseur de Spectre. PLL 1 va automatiquement être commandé pour fournir une fréquence de 1013.3 MHz. Le tracé d’amplitude de signal ne revêt aucune signification. Arrêtez le balayage.

2. Vérifiez les tensions suivantes et notez-les sur votre schéma imprimé.

a. P1-2 / R28 = +10 Volts, +/- 0,2 Volt.

b. U1-3 et U5-3 = +9,70 Volts, +/- 0,2 Volt.

c. Courant = (Tension mesurée en a. - Tension mesurée en b.)/10 Ohms = 30 mA +/- 5 mA.

d. U2-7, U2-10, U2-15, U2-16 = +5,0 Volts, +/-0,1 Volt

e. U5-1 = +5,0 Volts, +/-0,1 Volt

f. Tension d’alimentation duVCO, U4-14 = +4,8 Volts, +/-0,1 Volt

g. Courant VCO = (Tension mesurée en e. - Tension mesurée en f.)/10 Ohms = 19 mA +/- 5 mA.

h. Alimentation 20 Volt, P1-6 / R27 = +19,0 Volts, +/-0,2 Volt

i. Tension d’alimentation U3, U3-7 = +18,94 Volts, +/-0,2 Volt. Si vous disposez d’un oscilloscope, l’ondulation résiduelle crête sur U3-7 ne doit pas être supérieure à 2 milliVolts. La fréquence d’ondulation se situe entre 8 KHz et 15 KHz.

j. Courant U3 = (Tension mesurée en h. – Tension mesurée en i.)/24,9 Ohms = 3 mA +/- 1 mA.

k. Tension de polarisation U3-3 = +2,5 Volts, +/-0,2 Volt.

l. Tension d’équilibrage de boucle U3-2 = exactement la même que celle de U3-3. Toute erreur ou différence indiquerait un défaut de verrouillage. Votre voltmètre doit être un appareil à haute impédance (>1 MegOhms) pour obtenir des résultats corrects.

m. Tension de pilotage de VCO U4-2 = +2,55 Volts, +/- 0,5 Volt. Si cette tension est de +19 Volts ou 0 Volts, cela indique que la PLL n’est pas verrouillée.

n. FB6 / R13 = +10 Volts, +/- 0,1 Volt.

o. R14 / L1 = +4,12 Volts, +/- 0,2 Volt

p. Courant U7 = (Tension mesurée en g. - Tension mesurée en h.)/150 Ohms = 39 mA +/- 5 mA

q. R19 / L2 = +4,12 Volts, +/- 0,2 Volt.

r. Courant U8 = (Tension mesurée en g. - Tension mesurée en j.)/150 Ohms = 39 mA +/- 5 mA.

3. La puissance de sortie HF ainsi que les fréquences générées seront mesurées au fil des paragraphes suivants.

Module PLL 3 (troisième PLL)

Le module SLIM-PLO-3, troisième PLL, est un oscillateur à fréquence variable destiné au convertisseur du générateur de Tracking. Il sert également de source de fréquence variable en mode VNA et est utilisé dans le circuit de mesure de phase du MSA. Le module PLL 3 est identique à la PLL 1 et doit être testé de la même manière, à une seule exception : comme PLL 3 est piloté pour générer une fréquence de 1034 MHz, la tension de VCO sera différente.

Pour réaliser les tests, les modules suivants sont nécessaires.
 * Alimentation externe pouvant fournir un courant de +13,6V, 1000 mA
 * Un ordinateur, son moniteur et un câble d’imprimante parallèle
 * Le module Carte de Commande
 * Le module Maître Oscillateur
 * Le module DDS3
 * Le module PLL 3
 * Un Voltmètre
 * Le logiciel : spectrumanalyzer.tkn ou spectrumanalyzer.bas

Le schéma de raccordement est identique à celui utilisé pour le test de PLL 1, à la seule différence que PLL 3 remplace PLL 1 et que DDS 3 remplace DDS 1

Reprendre les mesures de tension et de courant détaillées dans la procédure. Seul le point « m » doit montrer des tensions différentes :

m. Tension de pilotage de VCO U4-2 = +2,90 Volts, +/- 0,5 Volt. Si cette tension est de +19 Volts ou 0 Volts, cela indique que la PLL n’est pas verrouillée. La différence de tension de 0,17 V par rapport au test de la première PLL est dû à la différence de fréquence « programmée ».

Tests de fréquence et de puissance HF des PLL
Pour réaliser les tests, les modules suivants sont nécessaires.
 * Alimentation externe pouvant fournir un courant de +13,6V, 1000 mA
 * Un ordinateur, son moniteur et un câble d’imprimante parallèle
 * Le module Carte de Commande
 * Le module détecteur log
 * Le module A/N
 * Le module comparateur de phase (PDM)
 * Le module Maître Oscillateur
 * Le module DDS1
 * Le module DDS2
 * Le module PLL 2
 * Le module PLL 1
 * Le module PLL 3
 * Le filtre à Quartz
 * Le second mélangeur
 * Un atténuateur coaxial 10 à 20 dB
 * Le logiciel : spectrumanalyzer.tkn ou spectrumanalyzer.bas

1. Vérifiez que les modules SLIM suivants sont alimentés et câblés à la Carte de Commande : Maître Oscillateur, Détecteur log, Convertisseur A/N, Détecteur de phase (mode VNA), module PLL 1, module DDS 1 ; modules, DLL 2, DLL 1. Connectez le DDS 3 et DLL 3 également si vous penser les installer dans le MSA.

2. Connectez la sortie J1 de l’Oscillateur Maître au connecteur J1 du DDS 1

3. Connectez la sortie J2 de l’Oscillateur Maître au connecteur J1 de la PLL 2

4. Connectez la sortie J3 de l’Oscillateur Maître au connecteur J1 du DDS 3

5. Connectez la sortie J4 de DDS 1 au connecteur J1 de la PLL 1

6. Connectez la sortie J4 de DDS 3 au connecteur J1 de la PLL 3

7. Connectez la sortie J2 du détecteur log au connecteur J1 du convertisseur A/N (commutateur vidéo sur « Mid »)

8. Connectez la sortie du filtre à quartz au connecteur J1 du détecteur log

9. Connectez la sortie J2 du mélangeur 2 à l’entrée du filtre à quartz

10. Connectez la sortie J2 de la PLL 2 au connecteur J1 du second mélangeur

11. Connectez la sortie J2 de la PLL 1 à l’atténuateur coaxial

12. Connectez la sortie de l’atténuateur au connecteur J3 du second mélangeur

13. Mettez sous tension la Carte de Commande. Elle doit fournir + 10 V aux autres SLIM.

Schéma de branchement de la configuration de test



Test

1. Lancez le logiciel de pilotage du MSA. L’écran principal va s’afficher et un balayage va se lancer en mode Analyse de Spectre.

2. La courbe d’amplitude affiche les caractéristiques du filtre à quartz. La position de la fréquence centrale du filtre doit être proche du centre de l’écran, mais ne soyez pas inquiet si ce n’est pas le cas (normal tant que l'étalonnage du Maître Oscillateur n’a pas été effectué). Seuls deux paramètres doivent être importants à vos yeux : l’amplitude du signal –sa puissance- et la stabilité en fréquence.

3. La bande passante à -3 dB affichée doit être celle caractérisant le filtre. Si elle est plus large, cela peut indiquer que les PLL 1 ou PLL 2 ne sont pas complètement verrouillées.

4. L’amplitude du signal au centre de la courbe de réponse sera utilisée pour calculer le niveau de sortie HF sur J2 de la PLL 1. Je vais employer la valeur -13 dBm comme amplitude de mesure à fin d’exemple. Nous utiliserons les informations suivantes pour déterminer le niveau de sortie des PLL

a. Nous avons testé le filtre à quartz pour obtenir ses pertes d’insertion (IL) (disons 4 dB)

b. Nous avons testé le second mélangeur pour obtenir ses pertes de conversion (CL) (disons 6,5 dB)

c. Nous avons grossièrement calibré le détecteur log pour obtenir une mesure du niveau de puissance relativement précis.

d. La puisssance de la PLL 1 peut être calculée avec la formule P= niveau de la courbe d’Amplitude + IL + CL + Atténuateur. Exemple : P= 13 dBm + 4 dB + 6,5 dB +10 dB = +7,5 dBm.

e. Calculez le niveau de puissance de votre PLL 1 sur J2 et notez le résultat sur le schema de PLL 1 sur le schéma de votre documentation papier. Le niveau de puissance attendu est de +9 dBm +/- 2 dB (note de l’auteur : beaucoup de personnes ont annoncé avoir un niveau plus faible de +7 dBm +/- 1 dB

5. Reconfigurez le câblage pour mesurer la puissance de sortie de la PLL 1 sur J3



a. Connectez la sortie J3 de la PLL 1 à l’atténuateur coaxial

b. Calculez le niveau de sortie de la PLL 1 sur J3 avec la même méthode de calcul et notez le résultat. Le niveau de puissance attendu est de +9 dBm +/- 2 dB.

6. Reconfigurez le câblage pour mesurer la puissance de sortie de la PLL 2 sur J2



a. Connectez la sortie J2 de la PLL 2 à l’atténuateur coaxial

b. Connectez la sortie J2 de la PLL 1 au connecteur J1 du second mélangeur

c. Calculez le niveau de sortie de la PLL 1 sur J3 avec la même méthode de calcul et notez le résultat. Le niveau de puissance attendu est de +9 dBm +/- 2 dB.

7. Reconfigurez le câblage pour mesurer la puissance de sortie de la PLL 2 sur J3



a. Connectez la sortie J3 de la PLL 2 à l’atténuateur coaxial

b. Connectez la sortie J2 de la PLL 1 au connecteur J1 du second mélangeur

c. Calculez le niveau de sortie de la PLL 1 sur J3 avec la même méthode de calcul et notez le résultat. Le niveau de puissance attendu est de +9 dBm +/- 2 dB.

Le test suivant concerne la PLL 3 si elle est utilisée dans le MSA

8. Reconfigurez le câblage pour mesurer la puissance de sortie de la PLL 3 sur J2



a. Si le logiciel effectue des balayages en mode Analyseur de Spectre, arrêtez le

b. Passez du mode Analyseur de Spectre au mode A.S. avec générateur de Tracking

e. Arrêtez le balayage

f. Ouvrez la fenêtre de configuration du balayage et modifiez la fréquence centrale conformément à celle du filtre à quartz (par exemple 10,7 MHz). Cliquez ensuite sur le bouton « OK » pour fermer cette fenêtre.

g. Cliquez sur le bouton « Restart ». Cela va déclencher la commande de balayage de la PLL3 centrée sur 1034,7 MHz

h. Calculez la puissance de sortie sur J2 de la PLL3 en utilisant la même méthode de calcul et notez le résultat. Le niveau de puissance attendu est de +9 dBm +/- 2 dB.

9. Reconfigurez le câblage pour mesurer la puissance de sortie de la PLL 3 sur J3



a. Connectez la sortie J3 de la PLL 3 à l’atténuateur coaxial

b. Connectez la sortie J2 de la PLL 2 au connecteur J1 du second mélangeur

c. Calculez le niveau de sortie de la PLL 3 sur J3 avec la même méthode de calcul et notez le résultat. Le niveau de puissance attendu est de +9 dBm +/- 2 dB.

Platine bg6khc
voir les notes du [chapitre consacré aux PLL 2 et 3]