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Forum: HF, Funk und Felder Software-FLL für FM-Sender


Autor: Thomas K. (kthomas)
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Hallo,
ich plane als Bastelei einen FM-Sender mit einer Sendefrequenz von ca. 
100 MHz. Zur Frequenzerzeugung soll eine VCO wie z.B. der MAX2606 
verwendet werden. Er soll durch ein tiefpassgefiltertes PWM-Signal 
gesteuert werden. Die Frequenzmessung für die Regelung der Frequenz soll 
durch ein mit einem 74HC4040 (12 Bit Binärzähler) vorgeteilten Signal 
durch den Mikrocontroller erfolgen. Die Regelung der Frequenz und die 
Frequenzmodulation soll also komplett softwareseitig erfolgen.
Was meint Ihr, mit welchen technischen Problemen hat man dabei zu 
rechnen? Und hat jemand Vorschläge mit welcher Schaltung man bei 3V 
Versorgungsspannung auf einfache Weise 100 mW an 50 Ohm erreichen 
könnte?

Grüße Thomas

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Thomas K. schrieb:

> ich plane als Bastelei einen FM-Sender mit einer Sendefrequenz von ca.
> 100 MHz.

Also einen 50-nW-Sender...

> Zur Frequenzerzeugung soll eine VCO wie z.B. der MAX2606
> verwendet werden. Er soll durch ein tiefpassgefiltertes PWM-Signal
> gesteuert werden. Die Frequenzmessung für die Regelung der Frequenz soll
> durch ein mit einem 74HC4040 (12 Bit Binärzähler) vorgeteilten Signal
> durch den Mikrocontroller erfolgen.

Damit wirst du keine 100 MHz erreichen können.  Je nach Hersteller
machen die Teile zwischen 50 und 90 MHz typisch (bei 5 V).

> Die Regelung der Frequenz und die
> Frequenzmodulation soll also komplett softwareseitig erfolgen.

Hmm.

> Was meint Ihr, mit welchen technischen Problemen hat man dabei zu
> rechnen?

Du könntest die 100 MHz dann vermutlich auch aus dem Takt des
Controllers runterteilen. ;-)  Das PLL-Schleifenfilter (der
kritischste Teil einer PLL) dürfte ja dann wohl auch in Software
realisiert werden.  Das impliziert DSP-Fähigkeiten des Controllers.

> Und hat jemand Vorschläge mit welcher Schaltung man bei 3V
> Versorgungsspannung auf einfache Weise 100 mW an 50 Ohm erreichen
> könnte?

Niederohmige PA und Trafo.  100 mW an 50 Ω entspricht 2,24 Veff
oder 6,32 Vss.  Damit kommst du um eine irgendwie geartete
Transformation nicht herum.  Bei fester Frequenz kann diese
natürlich auch mit LC-Gliedern erfolgen.

Autor: hmm.... (Gast)
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@Thomas K. (kthomas)

Lass es sein. Das Projekt hat keinen Sinn, bringt nur Aerger.

Autor: Thomas K. (kthomas)
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> Damit wirst du keine 100 MHz erreichen können.
> Je nach Hersteller machen die Teile zwischen 50 und
>90 MHz typisch (bei 5 V).

Hm stimmt, 100 MHz werden mit dem 74HC4040 verdammt knapp bei 3 V. Gibt 
es vergleichbare Bausteine die mindestens 5 Bit bieten, aber höhere 
Taktraten mitmachen?

>Du könntest die 100 MHz dann vermutlich auch aus dem Takt des
>Controllers runterteilen. ;-)  Das PLL-Schleifenfilter (der
>kritischste Teil einer PLL) dürfte ja dann wohl auch in Software
>realisiert werden.  Das impliziert DSP-Fähigkeiten des Controllers.

Die einzige DSP-Anforderung ist die Aufbereitung der Nutzdaten für die 
Frequenzmodulation. Das soll sich aber auf die Erzeugung und Ausgabe 
eines Phasenmodulierten NF-Trägers beschränkt. Für die FLL muss auf 
Grund der Gemessenen Frequenz nur die Spannung für die VCO nachgestellt 
werden. Das erfordert aber keine wesentliche Rechenleistung.

@Gast: natürlich hat das keinen Sinn, das zeichnet den Großteil der 
Tätigkeit von Menschen ja gerade aus.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Thomas K. schrieb:

> Hm stimmt, 100 MHz werden mit dem 74HC4040 verdammt knapp bei 3 V.

Sie werden nicht nur verdammt knapp, sondern sind schlicht unmöglich,
zumindest bei den Herstellern, deren Datenblätter ich mir angeguckt
haben (Fairchild, NXP).

> Gibt
> es vergleichbare Bausteine die mindestens 5 Bit bieten, aber höhere
> Taktraten mitmachen?

Mir zumindest nicht bekannt.

> Für die FLL muss auf
> Grund der Gemessenen Frequenz nur die Spannung für die VCO nachgestellt
> werden. Das erfordert aber keine wesentliche Rechenleistung.

Ich gebe zu, dass ich von FLLs wenig Ahnung habe, aber bei PLLs ist
das Schleifenfilter der Dreh- und Angelpunkt der gesamten Schaltung.
Wenn das nicht stimmt, dann schwingt die Regelung, schaukelt sich
auf oder sonstwas, jedenfalls macht sie nicht, was sie soll.

Berichte aber mal, was du am Ende geschafft hast.

Autor: Thomas K. (kthomas)
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Ich hab jetzt nach dem MAX2606 (VCO) einen 74LVX74D (2 schnelle 
D-Flipflops) als 4er Teiler, dahinter den 74HC4040 (12 Bit Zähler) und 
dann einen Attiny44A. Kann mir jemand helfen wie ich den MAX2606 und den 
74LVX74D sinnvoll verbunden bekomme? Mit Finger dran halten hat es 
zwischendurch schon geklappt, Zähler und VCO funktionieren also.

Autor: Thomas K. (kthomas)
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Hat sich erledigt, funktioniert jetzt soweit.

Autor: Thomas K. (kthomas)
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Die Software FLL läuft bisher ganz, sie ist natürlich vergleichsweise 
sehr langsam, beim einschalten dauert es bis zu einer Sekunde bis sie 
„Einrastet“. Die Regelung erfolgt bei 100 MHz auf etwa 1 kHz genau. Die 
Frequenzmessung erfolgt ca. alle 20 ms. Die im µC erzeugte NF mit dem 
die HF modelliert wird, wird separat am µC ausgegeben da die 8 Bit PWM 
für die Frequenzregelung nicht hochgenug auflöst und eine hochauflösende 
PWM für die NF-Erzeugung viel zu langsam ist.

Hat jemand Ideen wie die man die niederohmige PA realisieren könnte? Die 
Anforderung 3 V scheint die Auswahl doch erheblich einzugrenzen. Wäre 
der Einsatz von  Fast Ethernet-Trafos denkbar?

Autor: Martin Laabs (mla)
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Hallo,

> Hat jemand Ideen wie die man die niederohmige PA realisieren könnte? Die
> Anforderung 3 V scheint die Auswahl doch erheblich einzugrenzen. Wäre
> der Einsatz von  Fast Ethernet-Trafos denkbar?

Wie viel Leistung? Bis 10dBm sollte man mit den üblichen MMICs 
hinkommen. Für mehr Leistung würde ich es diskret mit einem LDMOS 
aufbauen. Musst aber vorher die S-Parameter im Arbeitspunkt messen 
können.

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: Thomas K. (kthomas)
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20 dBm sollten es bei 3 V Versorgungsspannung schon sein. In dem 
Leistungsbereich sollten doch auch noch MMICs verfügbar sein oder? Weiß 
jemand da einen Typ und eventuell auch eine Bezugsmöglichkeit?

Autor: Martin Laabs (mla)
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Na dann such mal bei Deinem Lieblingsdistributor nach MMICs mit 
Ruheströmen von 120mA aufwärts. Denn die arbeiten idR. alle im 
A-Betrieb. Wenn Du C-Betrieb möchtest bleibt Dir bei dem Frequenzbereich 
und der kleinen Leistung wohl nur selber bauen. Mir wäre jedenfalls kein 
Chip/Modul bekannt, was im Rundfunkbereich 20dBm im C-Betrieb macht.

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Thomas K. schrieb:
> 20 dBm sollten es bei 3 V Versorgungsspannung schon sein. In dem
> Leistungsbereich sollten doch auch noch MMICs verfügbar sein oder?

Ich hab' noch keins gesehen.  10 dBm geht gerade noch, aber man
merkt schon deutlich die Verzerrung durch die Abflachung an einer
Seite (könntest du bei deinen eher schmalbandigen Forderungen durch
einen Tankkreis kompensieren), und das auch bei deutlich mehr als 3 V.

Autor: Thomas K. (kthomas)
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Ja an 50 Ohm, aber mit einem niederohmigen Ausgang sollte es doch gehen 
oder?
Wie geht das eigentlich bei GSM-PAs? Beim PF01411B sind 33,5 dBm bei 3 V 
an 50 Ohm angegeben.

Autor: rflayouter (Gast)
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Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Thomas K. schrieb:
> Ja an 50 Ohm, aber mit einem niederohmigen Ausgang sollte es doch gehen
> oder?

Keine Ahnung, wie sich so ein MMIC verhält, wenn es nicht auf 50 Ω
arbeitet (für die die Teile ja im Allgemeinen spezifiziert sind).

Ich würde wohl bei 100 MHz auch zu was diskretem greifen.  PAs bei
kleinen Betriebsspannungen sind aber halt allgemein schwieriger zu
dimensionieren als solche bei großen.

Autor: Martin Laabs (mla)
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Natürlich gibt es MMICs die auch mehr als 10dBm bei 3V Versorgung 
schaffen. (MGA-71543 mit P1dB von 15dBm bei 40mA - nur als Beispiel weil 
ich den gerade verbaue). Die sind dann aber nicht mehr direkt an 50 Ohm 
angepasst sondern brauchen halt noch ein einfaches Anpassnetzwerk. 
Entsprechend wird es dann sicher auch bei den GSM PAs gemacht. So man 
nicht einen Step-Up Wandler verwendet um eine höhere Effizienz zu 
erhalten.

Viele Grüße,
 Martin L.

Autor: Thomas K. (kthomas)
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Es gibt MMICs mit mehr als 20 dBm, es gibt sie für Spannungen von 3V und 
es gibt sie für Frequenzen unter 800 MHz. Aber alles zu zusammen 
scheint’s nicht zu geben. Habe die Produkte allerhand Hersteller 
durchgeguckt. Ist nichts zu finden.

Kann mir jemand Tipps für einen diskret aufgebauten PA geben? Für 
VHF-PAs gibt‘s endlos viele Schaltungsvorschläge, aber für 3 V kann ich 
absolut Garnichts finden.

Die GSM PA beschickt übrigens direkt einem 50 Ohm Microstrip. Also kein 
externes Anpassnetzwerk.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Ein Step-up-Wandler kommt nicht in die Tüte?

Bei höheren Spannungen dürfte das alles etwas einfacher werden (bzw.
leichter ein brauchbarer Wirkungsgrad bzw. eine brauchbare
Stufenverstärkung erreichbar).

Autor: Thomas K. (kthomas)
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Auf einen Step-up-Wandler würde ich gerne verzichten, bisher besticht 
die Schaltung durch ihre Einfachheit. Der Wirkungsgrad ist nicht so 
wichtig. Um mit einer überschaubaren diskreten Stufenanzahl  auszukommen 
könnte man einen MMIC zwischen VCO und diskreter PA vorsehen.
Was für Transistoren sind für eine niederohmige PA zu empfehlen? Was 
macht die Schwierigkeit dabei aus, der zu hohe 
Emitter-Kollektor-Widerstand üblicher RF-Transistoren?

Autor: Martin Laabs (mla)
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Niederohmige PAs macht man idR. mit (LD)MosFets. Die sind nämlich 
intrinsisch niederohmig. Bei Transistoren hast Du bei niedrigen 
Spannungen das Problem mit dem stabilen Bias und mit Vce-min. Ausserdem 
sind sie aus Sicht des Kollektors im linearen Betrieb eher hochohmig.

Viele Grüße,
 Martin L.

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