ADF4153 12Ghz PLL Umbau und Programmierung.

Auf der HAM-Radio 2018 in Friedrichshafen hat Alex (DL8AAU) schöne PLL-Bausteine entdeckt, welche sich für den Frequenzbereich von ca. 11-13,5 GHz eignen.

Ich werde die PLL verwenden um mittels eines Verdreifachers ein 38 GHz Signal zu erzeugen. Dies wird als LO für einen 76 GHz Subharmonischen-Mischer nach DB6NT benötigt.

Die Bausteine enthalten einen Transistor-VCO (Sollfrequenz/4) den man mittels Lötzinn und Fähnchen schön auf Sollfrequenz abgleichen kann. Der VCO wird über ein ADF4153 PLL-IC an einen internen 20 MHz Quarzoszillator angebunden. Danach wird das Signal durch einen HMC189 passiv verdoppelt und durch einen Bandpass gefiltert. Jetzt wird das Signal nochmals mit einem HMC369 aktiv verdoppelt und wieder durch einen Bandpass gefiltert. Zum Schluss folgt noch eine Verstärkerstufe mit HMC441, welcher dann ca. +15 dBm am Ausgang abliefert.

Der Abgleich des VCO per Lötkolben war sehr einfach und Problemlos. Zielfrequenz war in diesem Fall erst mal die (24.048 GHz – 146 MHz) / 2 also 11,951 GHz. Diese LO-Baugruppe wird im 24 GHz Transverter für DR9A ihre Verwendung finden.

Nun muss der PLL-Chip noch seine Programmierung bekommen. Hierzu verwende ich einen Arduino Pro Mini, Der ADF4153 wird per SPI programmiert. Hierzu werden die benötigten Register über ein paar digital Pins des Arduino per “Bit Banging” in den ADF4153 geladen.

Leider habe ich keinen passenden Stecker gefunden und musste diesen erst beschaffen. Dank an Alex (DL8AAU) für die Identifizierung und Bestellung.

Belegung des Steckers:

Pin 1: Clock
Pin 2: Data
Pin 3: LE
Pin 4:
Pin 5: Ground
Pin 6: 10V DC

Der Logikpegel zum programmieren ist 3,3V, es muss also ein passender Mikrocontroller verwendung finden oder die Pegel müssen geeignet angepasst werden.

Der Arduino Pro Mini wird wie folgt angeschlossen:

Clock an Pin 13
Data an Pin 11
LE an Pin 03

Nach erfolgter Programmierung des PLL-Chip rastete der Oszillator sofort ein. Selbst mit dem internen 20 MHz TCXO ist die Frequenz schon auf wenige Hertz genau getroffen. Als nächstes erfolgt der Umbau auf 10 MHz Referenz, welche dann extern über Pin 4  zugeführt wird.

Der Umbau auf 10MHz Referenz ist recht einfach, das schwierigste ist es den internen 20 MHz Oszillator zu entfernen. Da ich nicht vor hatte den Oszillator wieder zu verwenden, habe ich ihn komplett mit dem Lötkolben erhitzt, wodurch sich die Abschirmhaube abnehmen ließ. Danach waren alle Anschlüsse gut zugänglich und konnten mit Entlötlitze “leergesaugt” werden. Danach mit einem Skalpell unter die Platine hebeln und gleichzeitig nach und nach die Lötstellen ablösen. Danach wird die Leiterbahn, welche zu Pin 4 der Steckerleiste führt, mittels Skalpell getrennt. Nun wird ein Stück Fädeldraht vom ehemaligen Ausgangs-Pin des 20 MHz Oszillators zu Pin 4 gelegt. Fertig ist der Umbau.

Verschiedene Quellen sagen, dass man der VCO-Stromversorgung noch etwas mehr Kapazität verpassen sollte. Ich werde dies mal ausprobieren und einen Vorher/Nachher Messung anfertigen.

Mittlerweile ist der Oktoberkontest 2018 rum und leider hat die PLL Ärger gemacht. Sie hat extrem viel Rauschen produziert, so dass an einen Betrieb mit dem Transverter auf 24 GHz nicht zu denken war.

Nun geht es an die Ursachenforschung und an die Beseitigung der Probleme. … nach dem Kontest ist vor dem Kontest …

Es stellte sich als erste Ursache für das exessive Rauschen der Umstand heraus, dass der VCO-Kreis nicht genau auf Mitte Abstimmspannung abgeglichen war und somit bei Temperaturänderung am Rande des PLL-Fangbereiches betrieben wurde.

Nach Änderung und Tests läuft das jetzt stabil.

Nachfolgend der Source-Code mit dem der PLL-Chip programmiert wird. Es handelt sich um eine Abwandlung der Source von Wolfgang (OE8WOZ). Vielen Dank für die Erlaubnis den Code zu verwenden !