ADF4351 модуль, генератора прямоугольных (меандр) сигналов в диапазоне 35 МГц – 2.2ГГц и синус 2.2- 4,4 ГГц

Сегодня посмотрим на популярный в определенных кругах среди радиолюбителей и самодельщиков ВЧ-модуль на базе ADF4351 — широкополосный PLL-синтезатор частоты. Такие платы продаются под разными брендами, у меня версия от неизвестного китайского производителя
Это не лабораторный генератор сигналов, но как универсальный источник ВЧ для экспериментов — штука очень интересная. Когда я покупал модуль в начале декабря, он стоил 27$, но толи он стал так популярен, а может мировой кризис, но стоимость выросла на ~8$


В начале 90-х я плотно занимался изготовлением различной радиоаппаратуры: радиомикрофонов, передатчиков и приёмников вплоть до 900 МГц. Даже делал радиомодем на основе готовых 900-МГц модулей от радиотелефонов Panasonic. Параллельно занимался ремонтом популярных в те годы радиотелефонов и радиостанций — в том числе аппаратов стандартов NMT, Senao, Harwest и других. Для работы у меня было всё необходимое оборудование — осциллографы, генераторы, частотомеры.

Но время шло, и я постепенно отошёл от этой области электроники. Тем не менее периодически волей-неволей возвращаюсь к ней — иногда приходится что-то мелкое тестировать или ремонтировать.

У меня есть генератор Rigol DG1022, и он полностью закрывает все вопросы при ремонте и тестировании низкочастотной техники. Но всё, что выше 20 МГц, до недавнего времени оставалось для меня открытым вопросом.

И вот когда мне на глаза попался модуль на базе ADF4351, я подумал: а почему бы не купить его и использовать как при тестировании измерительного оборудования, так и при ремонте радиоприёмной техники?

Так этот небольшой ВЧ-модуль и оказался у меня на столе. А дальше стало интересно разобраться, что же он на самом деле умеет и как работает.

Начну обзор с фотографий
Я не на все свои покупки делаю обзоры, так и с этим модулем, я успел перепаять один из разъемов под свой переходник, изначально модуль был с двумя одинаковыми прямыми разъемами, а потом подумал, про обзор.
Общий вид модуля, стрелкой обозначен выключатель/включатель питания
Сердце модуля ADF4351
Питание ADF4351
Мозг и управление
Интерфейс USB
Антенные разъемы и стрелками обозначены 50омные резисторы согласования нагрузки
Обратная сторона модуля

Документация на ADF4351
www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/adf4351.pdf

Что такое ADF4351 и на что он способен


В основе модуля лежит микросхема ADF4351, я постараюсь не давать сложное описание работы микросхемы, попробую максимально упростить. Так же сразу хочу сказать, что модуль с кнопок ограничен по своим возможностям, а программное обеспечение под этот вариант платы мне пока не удалось найти, а продавец морозится.

ADF4351, которая по сути является умным генератором частот. Она умеет создавать сигнал нужной частоты почти в любом месте диапазона от 35 МГц до 4,4 ГГц.
Внутри чипа есть быстрый генератор (VCO это генератор частоты, которой управляют напряжением), который работает на высоких частотах — примерно от 2,2 до 4,4 ГГц. Чтобы получить более низкие частоты, чип использует встроенные делители, которые уменьшают сигнал в 2, 4, 8 и так далее раз.
Поэтому низкие частоты полученные делением форма сигнала меандр, а основные частоты от 2,2 до 4,4 ГГц это синус.
Таким образом, даже если внутренний генератор “родился” на гигагерцах, на выходе можно получить и низкие десятки мегагерц. И при этом микросхема умеет гибко перестраивать частоту, позволяя точно выбирать, какой сигнал нам нужен.

У микросхемы есть основной ВЧ-выход, который можно программно или аппаратно отключать (mute), а также вспомогательный выход, который при необходимости тоже можно выключить для снижения помех и энергопотребления, но с кнопок это не работает.

Управляется ADF4351 через простой трёхпроводный интерфейс (DATA, CLK, LE — по сути SPI), через который загружаются внутренние регистры, определяющие частоту и режимы работы синтезатора(этим управляет микроконтроллер STM32). Питается сама микросхема напряжением 3,0–3,6 В, поэтому на этом модуле имеется отдельный стабилизатор напряжения.

Меню модуля генератора на ADF4351
Управление с кнопок простое, стрелки влево/право, ± и подтверждение кнопочкой OK

1. Single Fre
Режим установки фиксированной выходной частоты.
Диапазон: 35.0 МГц – 4400.0 МГц.
Генератор работает как обычный источник сигнала на одной выбранной частоте.

2. Sweep Fre
Установка начальной частоты для режима свипа (перестройки по диапазону).
Диапазон: 35.0 МГц – 4400.0 МГц.
От этой частоты начинается автоматическое изменение частоты.

3. Sweep Len
Шаг изменения частоты в режиме Sweep (в МГц).
Определяет, на сколько увеличивается частота на каждом шаге свипа.
Название пункта, вероятно, выбрано неудачно — технически правильнее было бы Sweep Step.

4.OSC Fre
Частота опорного генератора (Reference Oscillator), используемого PLL-синтезатором.
В данной версии модуля: 25 МГц.
Изменяется только при физической замене опорного генератора.

5. Sweep Time
Время между шагами изменения частоты в режиме Sweep.
Определяет скорость прохождения диапазона:

меньшее значение — быстрый свип

большее значение — медленный свип
SWEEP — в давние времена, термин «Качание частоты».
простыми словами Sweep (свип) — это режим, когда генератор сам плавно перебирает частоты в заданном диапазоне.

С кнопок нельзя поменять выходное напряжение генератора, к сожалению большинство функционала микросхемы недоступно.

И пример использования модуля.
Можно оценить примерную полосу пропускания и частотные возможности осциллографов, которыми я пользуюсь.

Многими обруганный и многими недооценённый Fnirsi DPO180H

Меандр 35 МГц.
Форма сигнала немного сглажена, но в целом результат вполне достойный для простого портативного осциллографа.

Меандр 200 МГц.
Здесь сигнал уже ближе к синусоиде, однако сам факт — осциллограф уверенно фиксирует наличие колебаний на этой частоте.

Таким образом, этим Fnirsi вполне можно смотреть быстрый обмен по SPI и проверять работу кварцевых генераторов с частотами до ~200 МГц (с пониманием ограничений по форме сигнала).

Rigol DHO804 (без доработки по входным цепям)

Меандр 35 МГц

На частоте 100 МГц меандр уже заметно приближается к синусоидальной форме.
Здесь трудно однозначно сказать, кто вносит больший вклад в искажения — генератор или сам осциллограф.

И самое интересное — даже с недоработанным входом осциллограф всё же отображает сигнал на 500 МГц.

Анализатор спектра также вполне корректно работает с частотами до 500 МГц.

И, конечно, популярный Rigol DS1054Z, который верой и правдой служит уже более 10 лет

Меандр 35 МГц.
Здесь я был удивлён: фронты заметно сглажены. Это говорит о том, что входные цепи осциллографа изначально не рассчитаны на работу с высокочастотными сигналами.

Меандр 200 МГц.
Ожидаемо осциллограф превращает меандр в синусоиду, однако сам сигнал он всё же видит. Справедливости ради, синусоидальный сигнал наблюдается и на 400 МГц, а выше этой частоты колебания уже практически исчезают с экрана.

Возможно, при доработке входных фильтров форма сигнала на 35 МГц была бы ближе к идеальной, а рабочий диапазон расширился бы в сторону 500 МГц.

На этом короткий обзор этого модуля буду заканчивать, по традиции на вопросы отвечу, обзор дополню.