10-11-2026, 22:16
Pisałem już o tym w #32, że układ formowania heterodyny dla mieszacza Tayloe nie jest idealny. Dla przypomnienia, zauważyłem, że dla częstotliwości ok. 22MHz w generowaniu sygnałów heterodyny powstaje "dziura", która następnie zanika dla wyższych częstotliwości.
[Obrazek: https://lx-net.pl/walet/image/het_tayloe.jpg]
Układ formuje na wyjściach Q (5 i 9) przerzutników D sygnały o dwukrotnie mniejszej częstotliwości niż zegar Clk podawany na wejścia bramek XOR (5/U11B i 9/U11C). Dodatkowo, sygnały te są przesunięte względem siebie o 90 stopni a o tym, który z sygnałów wyprzedza drugi decyduje poziom logiczny na wejściu 12 bramki U11D. Sygnał ten jest uzależniony od wyboru wstęgi przyciskiem Up/Dn na ekranie lub automatycznie dobierany w zależności od częstotliwości pracy ale generalnie poniżej 10MHz działa dolna wstęga a powyżej górna.
[Obrazek: https://lx-net.pl/walet/image/digi02sch.jpg] [Obrazek: https://lx-net.pl/walet/image/digi02gra.jpg]
Zrobiłem cyfrową symulację tego układu za pomocą Qucs i widać jak dla sygnału rodzaju wstęgi sw (S2) sygnały hetrodyn o1 i o2 zamieniają się miejscami w połowie wykresu zachowując jednocześnie częstotliwość dwukrotnie mniejszą niż sygnał zegara cl(S4).
Oczywiście symulacja ta jest pewnym założeniem dla idealnych elementów z nierealnymi czasami analizy rzędu 2ns dla zegara czyli dla częstotliwości 500MHz.
W rzeczywistym układzie mamy do czynienia z co najwyżej częstotliwością 30MHz czyli z zegarem o okresie ok. 33ns a raczej z półokresem rzędu ok. 16.75ns bo układy reagują zarówno na narastające jak i opadające zbocza.
Analizując wykres wodospadu fft dla każdego z pasm stwierdziłem, że do 21MHz sygnał np. generatora pojawia się po prawidłowej stronie zera wykresu ale dla pasm 25 i 28MHz jest odwrócony co tłumaczy chyba dziwne zachowanie heterodyn z postu #32. Prawdopodobnie, czasy propagacji oraz poziomy narastania i opadania sygnałów powodują, że do ok. 22MHz układ działa poprawnie ale powyżej tej częstotliwości następuje niepożądana inwersja sygnałów heterodyn.
Jest to prawdopodobne bo przeciętne czasy propagacji bramek oraz przerzutników wynoszą ok 5-6ns ale jak się ma pecha to i 10-12ns więc w ciągu dwóch elementów: bramka/przerzutnik czasy propagacji mogą wynosić od ok. 10ns do 24ns a więc stają się porównywalne z okresem zegara powodując prawdopodobnie obserwowaną "dziurę" w działaniu..
Dlatego pożądane jest aby zamiast układów z serii AC zastosować tu układy typu ACT a więc 74ACT86 oraz 74ACT74. Układy te mają nieco mniejsze czasy propagacji a dodatkowo mają niższe poziomy wyzwalania niż seria AC co korzystnie wpłynie na współpracę z generatorem si5351 zasilanym z napięcia 3.3V.
Niestety, nie mam analizatora stanów logicznych aby zarejestrować opisane zjawisko dokładniej i nie mam również układu 74ACT86 a tylko 74ACT74 oraz 74ACT04 (sześciokrotny inwerter) co posłużyło mi do wykonania kolejnej symulacji.
[Obrazek: https://lx-net.pl/walet/image/digi03sch.jpg] [Obrazek: https://lx-net.pl/walet/image/digi03gra.jpg]
W tym układzie działają dwa przerzutniki typu D (74ACT74) oraz jeden inwerter (74ACT04) co powoduje, że ilość elementów jest minimalna. Układy pracują z mniejszymi czasami propagacji niż poprzednio ale nie ma możliwości zmiany sygnałów heterodyny miejscami więc nie można w tym układzie zmieniać wstęgi.
Ale ponieważ, jak opisałem to wcześniej, pojawiła się trzecia, programowa możliwość zmiany wstęgi za pomocą umiejscowienia filtra Hilberta w torze sygnału I lub Q - w części cyfrowej - to można takie rozwiązanie zastosować mimo ograniczenia.
Po niezbędnej modyfikacji oprogramowania zmontowałem pokazany wyżej układ i okazało się, że całość pracuje poprawnie (co do rodzaju wstęgi) do częstotliwości 30MHz.
Niestety, dla częstotliwości powyżej 15MHz zauważalne jest pogorszenie tłumienia niepożądanej wstęgi bardzo wyraźne już dla pasma 25 i 28MHz. To niestety wynika z właściwości wszystkich elementów biorących udział w przemianie od generatora si5351, przez mieszacz fst3253 na układach bramek i przerzutników kończąc.
Teraz, kiedy wstęgę daje się uzyskać w sposób programowy spróbuję wrócić do zarzuconej koncepcji zasilania mieszaczy heterodynami wprost z układu si5351. Pisałem o tym wcześniej, że z pierwszych prób nie byłem zadowolony bo zachowanie różnicy faz 90 stopni między dwoma sygnałami z si5351 wymaga resetu pętli PLL tego układu dla każdej zmiany częstotliwości co objawiało się u mnie stukami podczas przestrajania. Postaram się poświęcić tej sprawie nieco więcej czasu i w razie potrzeby skontaktuję się z autorem biblioteki Etherkit obsługującej generator si5351 aby wyjaśnić ewentualne wątpliwości. W każdym razie wydaje się, że im mniej elementów w torze formowania heterodyn tym lepiej dla parametrów urządzenia.
Postaram się wkrótce zamieścić na Github kolejną wersję oprogramowania nie wymagającą zmiany wstęgi w sposób sprzętowy.
cdn... lj.
Github
[Obrazek: https://lx-net.pl/walet/image/het_tayloe.jpg]
Układ formuje na wyjściach Q (5 i 9) przerzutników D sygnały o dwukrotnie mniejszej częstotliwości niż zegar Clk podawany na wejścia bramek XOR (5/U11B i 9/U11C). Dodatkowo, sygnały te są przesunięte względem siebie o 90 stopni a o tym, który z sygnałów wyprzedza drugi decyduje poziom logiczny na wejściu 12 bramki U11D. Sygnał ten jest uzależniony od wyboru wstęgi przyciskiem Up/Dn na ekranie lub automatycznie dobierany w zależności od częstotliwości pracy ale generalnie poniżej 10MHz działa dolna wstęga a powyżej górna.
[Obrazek: https://lx-net.pl/walet/image/digi02sch.jpg] [Obrazek: https://lx-net.pl/walet/image/digi02gra.jpg]
Zrobiłem cyfrową symulację tego układu za pomocą Qucs i widać jak dla sygnału rodzaju wstęgi sw (S2) sygnały hetrodyn o1 i o2 zamieniają się miejscami w połowie wykresu zachowując jednocześnie częstotliwość dwukrotnie mniejszą niż sygnał zegara cl(S4).
Oczywiście symulacja ta jest pewnym założeniem dla idealnych elementów z nierealnymi czasami analizy rzędu 2ns dla zegara czyli dla częstotliwości 500MHz.
W rzeczywistym układzie mamy do czynienia z co najwyżej częstotliwością 30MHz czyli z zegarem o okresie ok. 33ns a raczej z półokresem rzędu ok. 16.75ns bo układy reagują zarówno na narastające jak i opadające zbocza.
Analizując wykres wodospadu fft dla każdego z pasm stwierdziłem, że do 21MHz sygnał np. generatora pojawia się po prawidłowej stronie zera wykresu ale dla pasm 25 i 28MHz jest odwrócony co tłumaczy chyba dziwne zachowanie heterodyn z postu #32. Prawdopodobnie, czasy propagacji oraz poziomy narastania i opadania sygnałów powodują, że do ok. 22MHz układ działa poprawnie ale powyżej tej częstotliwości następuje niepożądana inwersja sygnałów heterodyn.
Jest to prawdopodobne bo przeciętne czasy propagacji bramek oraz przerzutników wynoszą ok 5-6ns ale jak się ma pecha to i 10-12ns więc w ciągu dwóch elementów: bramka/przerzutnik czasy propagacji mogą wynosić od ok. 10ns do 24ns a więc stają się porównywalne z okresem zegara powodując prawdopodobnie obserwowaną "dziurę" w działaniu..
Dlatego pożądane jest aby zamiast układów z serii AC zastosować tu układy typu ACT a więc 74ACT86 oraz 74ACT74. Układy te mają nieco mniejsze czasy propagacji a dodatkowo mają niższe poziomy wyzwalania niż seria AC co korzystnie wpłynie na współpracę z generatorem si5351 zasilanym z napięcia 3.3V.
Niestety, nie mam analizatora stanów logicznych aby zarejestrować opisane zjawisko dokładniej i nie mam również układu 74ACT86 a tylko 74ACT74 oraz 74ACT04 (sześciokrotny inwerter) co posłużyło mi do wykonania kolejnej symulacji.
[Obrazek: https://lx-net.pl/walet/image/digi03sch.jpg] [Obrazek: https://lx-net.pl/walet/image/digi03gra.jpg]
W tym układzie działają dwa przerzutniki typu D (74ACT74) oraz jeden inwerter (74ACT04) co powoduje, że ilość elementów jest minimalna. Układy pracują z mniejszymi czasami propagacji niż poprzednio ale nie ma możliwości zmiany sygnałów heterodyny miejscami więc nie można w tym układzie zmieniać wstęgi.
Ale ponieważ, jak opisałem to wcześniej, pojawiła się trzecia, programowa możliwość zmiany wstęgi za pomocą umiejscowienia filtra Hilberta w torze sygnału I lub Q - w części cyfrowej - to można takie rozwiązanie zastosować mimo ograniczenia.
Po niezbędnej modyfikacji oprogramowania zmontowałem pokazany wyżej układ i okazało się, że całość pracuje poprawnie (co do rodzaju wstęgi) do częstotliwości 30MHz.
Niestety, dla częstotliwości powyżej 15MHz zauważalne jest pogorszenie tłumienia niepożądanej wstęgi bardzo wyraźne już dla pasma 25 i 28MHz. To niestety wynika z właściwości wszystkich elementów biorących udział w przemianie od generatora si5351, przez mieszacz fst3253 na układach bramek i przerzutników kończąc.
Teraz, kiedy wstęgę daje się uzyskać w sposób programowy spróbuję wrócić do zarzuconej koncepcji zasilania mieszaczy heterodynami wprost z układu si5351. Pisałem o tym wcześniej, że z pierwszych prób nie byłem zadowolony bo zachowanie różnicy faz 90 stopni między dwoma sygnałami z si5351 wymaga resetu pętli PLL tego układu dla każdej zmiany częstotliwości co objawiało się u mnie stukami podczas przestrajania. Postaram się poświęcić tej sprawie nieco więcej czasu i w razie potrzeby skontaktuję się z autorem biblioteki Etherkit obsługującej generator si5351 aby wyjaśnić ewentualne wątpliwości. W każdym razie wydaje się, że im mniej elementów w torze formowania heterodyn tym lepiej dla parametrów urządzenia.
Postaram się wkrótce zamieścić na Github kolejną wersję oprogramowania nie wymagającą zmiany wstęgi w sposób sprzętowy.
cdn... lj.
Github