ADF4112 Prescaler zählt erste Harmonische unter 420MHz

[Florian W. (florenzw)]

Hallo,

ich habe mit dem ADF4112 eine PLL-stabilisierten Oszillator für das 
70cm-Band gebastelt.
Mein Problem ist, dass der Prescaler unter 420MHz die erste Harmonische 
zählt oder mit anderen Worten die doppelte zu erwartende Frequenz 
ausspuckt.

Ein parallel am VCO mitlaufender Frequenzzähler zeigt keine 
Auffälligkeiten.
Der Pegel am ADF4112 ist -10dBm, habe auch mehr und weniger ausprobiert, 
was das Problem aber eher verstärkte.
Laut Datenblatt sollte der Teiler bis runter 200MHz funktionieren.
Eine Option wäre auf den ADF4111 umzusteigen, das würde ich aber gerne 
vermeiden.

Anmerkung zur Platine:
Hinter allen kritischen Cs ist mit Draht durchkontaktiert, die Rückseite 
ist vollständig Masse.
Alle Bauteile zwischen SMA-Buchse und ADF4112 wurden gegen andere 
Fabrikate / andere Baugrößen durchgetauscht ohne dass sich auch nur das 
Geringste verändert hat.
Test verschiedener Teilerfaktoren (8/9, 16/17 am Prescaler) (12,5kHz, 
200kHz am Phasendetektor) führte zu keiner Veränderung.

Seht ihr einen Fehler oder eine Verbesserungsmöglichkeit? Weit fehlt es 
ja eigentlich nicht.
Gibt es eine Möglichkeit die Toleranz des Prescalers gegenüber niedrigen 
Frequenzen zu verbessern?

Vielen Dank, FlorenzW

[Hp M. (nachtmix)]

Florian W. schrieb:
> Seht ihr einen Fehler oder eine Verbesserungsmöglichkeit? Weit fehlt es
> ja eigentlich nicht.

Schalte mal ein Tiefpassfilter davor.
Vielleicht ist dein Generator ja so schlecht, und fabriziert so starke 
Oberwellen.
Auch ein nicht abgeschlossenes Verbindungskabel kann eine Resonanz auf 
der Oberwelle haben und diese so verstärken.

[Florian W. (florenzw)]

Hp M. schrieb:
> Schalte mal ein Tiefpassfilter davor.
> Vielleicht ist dein Generator ja so schlecht, und fabriziert so starke
> Oberwellen.
Spektrum Analyser sagt: Oberwellenabstand besser 25db, Frequenzzähler 
zählt auch richtig.
Ich werde es trotzdem ausprobieren.

> Auch ein nicht abgeschlossenes Verbindungskabel kann eine Resonanz auf
> der Oberwelle haben und diese so verstärken.
Alles mit 50Ohm abgeschlossen.

Danke Hp. M.

[Frickelfritze (Gast)]

Florian W. schrieb:
> Mein Problem ist, dass der Prescaler unter 420MHz die erste Harmonische
> zählt oder mit anderen Worten die doppelte zu erwartende Frequenz
> ausspuckt.

Dann ist das Naheliegendste dass dein VCO in seiner Oberwelle
so stark ist dass die Grundwelle vom Prescaler nicht mehr
erkannt wird. Du wirst also nicht umhin kommen deinen VCO
genauer anzusehen.

Grunsätzlich sollte man seinen VCO auch vom Eingangsteiler durch
mindestens eine Pufferstufe trennen da der Eingang des Teilers
Lastschwankungen am VCO verursacht die starke Nebenlinien
erzeugen (glaube es oder glaube es nicht...).

Da wir nichts von deiner Gesamtschaltung sehen können wir nicht
viel weiter dazu sagen. Dann wäre es natürlich auch wichtig
deine PLL Dimensionierung zu beurteilen.

-10dBm ist wohl auch schon die untere Grenze der Empfindlichkeit
für den ADFxxxxx.

[Frickelfritze (Gast)]

Florian W. schrieb:
> Seht ihr einen Fehler oder eine Verbesserungsmöglichkeit?

Einen "Fehler" hätte ich noch:

Der Referenzeingang (pin 8) muss DC-frei sein, ein Koppel-
kondensator ist eigentlich Pflicht, wenn nicht schon der
Oszillator DC-entkoppelt ist.

[Florian W. (florenzw)]

Aha, ihr verdächtigt also meinen VCO.
Hier ist er. Pufferstufe hat er.
Beim Referenzeingang muss ich nochmal nachlesen.

[Florian W. (florenzw)]

Ich glaube, dass das so passen müsste.
Zitat aus dem Datenblatt:
Reference Input. This is a CMOS input with a nominal threshold of VDD/2, 
and an equivalent input resistance of 100 kΩ. See Figure 28.
This input can be driven from a TTL or CMOS crystal oscillator, or can 
be ac
-coupled.

[Hp M. (nachtmix)]

Einen Fehler, der einem Funkamateur eigentlich nicht mehr unterlaufen 
sollte, sehe ich allerdings:

Die Entkopplungskondensatoren für die diversen Betriebsspannungen sind 
viel zu groß und viel zu weit weg vom Chip.

Du hast da 100nF Kondensatoren eingezeichnet, und die auch noch an 
langen  dünnen Bahnen angehängt.
So etwas hat bei den Frequenzen mit denen dieses IC spielt fast keine 
Wirkung mehr.

Schau dir mal das Referenzdesign an!
Dort gibt es in der ersten Reihe an Pin 7,15,16 direkt am Chip 10pF 
Kondensatoren!
Nur so bekommst du eine Resonanzfrequenz in die Gegend von 1GHz.

Ausserdem muß der Strom bei dir enorme Umwege machen, bis er Pin3 AGND 
ankommt

Was du da gemacht hast, ist schon bei VHF nur noch induktiv.

[Frickelfritze (Gast)]

Florian W. schrieb:
> Seht ihr einen Fehler oder eine Verbesserungsmöglichkeit?

Stimme deinen VCO mal von Hand ab. Poti an 5V, Längswiderstand
10k und Kondensator 10uF zum Glätten des Brumm.

Dann schaue ob der VCO bei niedrigen Spannungen auch so
"sauber" (Oberwellen, Nebenlinien) ist wie weiter oben.
Wenn der Oszillator viel Pegel auf den Schwingkreis
gibt kann der Varaktor in den Leitzustand geraten und
Verzerrungen erzeugen oder Abreissen verursachen.

Bessere Abstimmschaltungen verwenden zwei antiparallel
geschaltete Varaktoren für günstigeres Verhalten.

Stimmt denn die PLL Dimensionierung?

Frickelfritze schrieb:
> Dann wäre es natürlich auch wichtig
> deine PLL Dimensionierung zu beurteilen.

[Florian W. (florenzw)]

Der Tiefpass war die Lösung all meiner Probleme.
Jetzt läuft die PLL wie sie soll! Den VCO muss ich mir nochmal 
vornehmen.
Vielen Dank an Hp M. und Frickelfritze

Weil noch die PLL Dimensionierung nachgefragt wurde:
Da gibt's von AD ein extrem cooles Programm, das rechnet einem das 
Loopfilter aus.

Hp M. schrieb:
> Du hast da 100nF Kondensatoren eingezeichnet, und die auch noch an
> langen  dünnen Bahnen angehängt.
Da hast du dich verschaut. (Das IC ist 5mm lang)

> Die Entkopplungskondensatoren für die diversen Betriebsspannungen sind
> viel zu groß und viel zu weit weg vom Chip.
> Schau dir mal das Referenzdesign an!
Hab ich: Alle Abblock-Cs entsprechen dem Evaluationsboard von Analog 
Devices EVAL-ADF4112EBZ1.

[Frickelfritze (Gast)]

Florian W. schrieb:
> Da gibt's von AD ein extrem cooles Programm, das rechnet einem das
> Loopfilter aus.

Das weiss ich. Trotzdem kannst du dabei Fehler machen.

Einer ist schon (vermutlich) drin: am Varaktor hängen
noch 10K und 100pF extra, die kommen sicher nicht aus
der Berechnung.

Florian W. schrieb:
> Der Tiefpass war die Lösung all meiner Probleme.

Das glaube ich nicht, den 25 dBc Oberwellenabstand stören
die Teiler sicherlich nicht. Warscheinlich hast du damit
einen parasitären Effekt ausgemerzt.

[Florian W. (florenzw)]

Es funktioniert :-)

[Frickelfritze (Gast)]

Florian W. schrieb:
> Es funktioniert :-)

Ja natürlich, du hattest es schon geschrieben.
Aber du wirst so nicht glücklich werden.

(ja gut, FAs haben vielleicht andere Ansprüche ...)

[Hp M. (nachtmix)]

Florian W. schrieb:
>> Die Entkopplungskondensatoren für die diversen Betriebsspannungen sind
>> viel zu groß und viel zu weit weg vom Chip.
>> Schau dir mal das Referenzdesign an!
> Hab ich: Alle Abblock-Cs entsprechen dem Evaluationsboard von Analog
> Devices EVAL-ADF4112EBZ1.

Dann stimmt dein oben gezeigter Schaltplan nicht.
Im Referenzdesign werden 10pF||100nF verwendet, und du hast 100nF||10µF 
eingezeichnet.
Das ist ja nur ein Faktor von 10000, durch den die Resonanzfrequenz auf 
1/100-stel sinkt.

Oder sind die 10pF die Kondensatoren auf der Unterseite?

[Florian W. (florenzw)]

Hp M. schrieb:
> Florian W. schrieb:
>>> Die Entkopplungskondensatoren für die diversen Betriebsspannungen sind
>>> viel zu groß und viel zu weit weg vom Chip.
>>> Schau dir mal das Referenzdesign an!
>> Hab ich: Alle Abblock-Cs entsprechen dem Evaluationsboard von Analog
>> Devices EVAL-ADF4112EBZ1.
>
> Dann stimmt dein oben gezeigter Schaltplan nicht.
> Im Referenzdesign werden 10pF||100nF verwendet, und du hast 100nF||10µF
> eingezeichnet.
> Das ist ja nur ein Faktor von 10000, durch den die Resonanzfrequenz auf
> 1/100-stel sinkt.
>
> Oder sind die 10pF die Kondensatoren auf der Unterseite?

Brrr...puhhh.... Hast recht, danke.
Ich habe mich verlesen. Sollen 10pF und nicht 10µF sein.
Wird gleich in der nächsten Version geändert!

@Frickelfritze:
Ich freue mich dass es funktioniert.
Das ist der erste funktionierende Prototyp. Der ist nicht perfekt, da 
wird's noch ein paar Iterationen geben. Die Optimierung des Loopfilters 
ist jetzt der nächste Schritt.
Sieh's nicht so verkrampft - ist Hobby!

[Florian W. (florenzw)]

Ich habe jetzt auf die 100nF Cs, denen ich versehentlich 10µF zur Seite 
gestellt habe, 10pF draufgelötet. Damit entspricht das Abblocken der 
Versorgungsspannungen jetzt in Bezug auf die Bestückung dem Eval-Board 
von AD.
Geändert hat sich dadurch nichts, ohne Tiefpass schlägt unter 420MHz die 
erste Oberwelle durch.

Ich habe mir den VCO nochmal angeschaut.
Mit 0V an der Kapazitätsdiode ist der Abstand zur ersten Oberwelle 25dB 
bei ca. 410MHz. Mit 5V an der Kapazitätsdiode ist der Abstand zur ersten 
Oberwelle 32dB bei ca 460MHz.
Mit meinen Mitteln ist nach dem Tiefpass keine Oberwelle mehr 
nachweisbar.

Frickelfritze schrieb:
> Das glaube ich nicht, den 25 dBc Oberwellenabstand stören
> die Teiler sicherlich nicht.
Bis vor kurzem habe ich das ganz genau so gesehen, deswegen bin ich auch 
nicht auf die Idee mit dem Tiefpass gekommen.
> Warscheinlich hast du damit einen parasitären Effekt ausgemerzt.
Möglich - hier einen Beweis zu führen scheint mir etwas aufwändig :-)

[Hp M. (nachtmix)]

Florian W. schrieb:
> Ich habe jetzt auf die 100nF Cs, denen ich versehentlich 10µF zur Seite
> gestellt habe, 10pF draufgelötet. Damit entspricht das Abblocken der
> Versorgungsspannungen jetzt in Bezug auf die Bestückung dem Eval-Board
> von AD.

Gewiss nicht.