Deutscher Amateur-Radio-Club e.V
Ortsverband Husum M04
Hier ist der Aufbau des digitalen Frequenzsynthesizer  von OM Christian, DD7LP
ADF4351 PLL
Synthesizer Module
35MHZ to 4400 MHZ
Hier stelle ich meinen Aufbau eines hochgenauen Frequenzsythesizers mit einem Frequenzumfang von 35 Mhz bis 4,4 Ghz vor. Die kleinste Frequenzeinstellung beträgt hierbei 1 khz. Möglich wurde der Aufbau durch den Einsatz eines speziellen Ics der Firma Analog Devices und zwar den ADF4351. Dieser kleine Schaltkreis wird im CP-32-7 Gehäuse ausgeliefert. Die Maße sind lediglich 5.1 x 5.1 mm mit insgesamt 32 Anschlusspads an der Unterseite des Ics. Dieser Baustein ist für eine Oberflächenmontage (SMD) vorgesehen. Dass sich Bausteine mit dieser Größe nicht mehr so ganz leicht Händeln lassen sei angemerkt. Dafür gibt es aber vorgefertigte kleine Baugruppen die gut über das Internet zu beziehen sind. Ich habe mich für einen Baustein des bekannten Lieferanten Makis aus Griechenland entschieden. Hier wird prompt und unkompliziert in guter Qualität geliefert. Weiter besteht die Möglichkeit den Baustein aus Fernost (China) via Internet zu beziehen. Der ADF4351 ist in der Lage mit einer Referenzfrequenz von wahlweise 10 oder 25 Mhz selbst Frequenz mit einer internen PLL im Bereich von 35 Mhz bis 4,4 Ghz mit einer Schrittweite von 1 khz zu erzeugen. Der Baustein verfügt über 2 gleichwertige Ausgänge und die Leistung lässt sich Software mäßig zwischen -4 und + 5 dbm intern in dem Chip programmieren. Damit ist dieser Baustein geradezu prädestiniert als Breitband - VFO in diversen Geräteausbauten oder aber auch als Bakensender zu verwenden. Der Baustein vom SV1AFM verfügt außerdem über die Möglichkeit der Frequenzmodulation. Ich hatte mich entschlossen hier eine Schaltung mit einem Arduino Mikrokontroller (arduino Nano) sowie einem kleinem TFT-Farbbildschirm zu entwickeln. Die Bedienung sollte einfach und funktionell sein. Der Aufbau erfolgte in einem Aluminium Strangprofilgehäuse mit den Massen 160x 100x60 mm. Die Leiterplatte ist eine 2 seitige Platine mit oberer Massefläche ohne maschinelle Durchkontaktierung, so dass diese auch selbst hergestellt werden kann, für die jenigen, die selber Leiterplatten herstellen. Das Platinen Material ist FR4 Epoxid mit 1,5 mm Stärke.

Das Ziel des Aufbaues sollte ein Frequenzsythesizers sein, der sich schnell und unkompliziert abstimmen lässt, der über 2 HF-Ausgänge verfügt und bei dem sich die Ausgangsleistung in einen gewissen Maßen stufenförmig einstellen lässt. Großen Wert legte ich auf die Genauigkeit der Frequenzausgabe. Hierzu wurde intern ein sehr genauer TCXO mit einer Referenzfrequenz von 10 Mhz verwendet. Um die Reproduzierbarkeit des Ausgangsignales aber noch genauer zu ermöglichen, wurde ein externer  Referenzeingang angelegt mit automatischer Umschaltung um hier mit einem GPS-Normal oder noch besser mit einem Rubidium-Normal mit 10 Mhz Referenz zu arbeiten. Die Schaltung erkennt automatisch wenn eine externe Referenz eingeschaltet wird und signalisiert dies auch auf dem TFT-Bildschirm. Genauso wird die interne PLL überwacht und signalisiert Fehler ebenfalls auf dem Bildschirm. Die Einstellung der Frequenz und die gesamte Bedienung erfolgt mit 2 stk. inkrementellen Drehgebern. Für die HF-Ausgänge habe ich SMA-Einbaubuchsen vorgesehen. Um eine schnelle Frequenzänderung zu ermöglichen kann die Frequenzänderung mit einem Drehgeber vorgenommen werden, wobei die Frequenzschritte zwischen 1 khz und 100 Mhz mit dem 2. Drehgeber in schneller Abstufung einstellbar sind. Über die Taster, die in den Drehgebern vorhanden sind lassen sich die Ausgangsleistung sowie diverse Festfrequenzen voreinstellen, so das eine zügiges Arbeiten möglich ist. Die HF-Ausgänge der PLL werden auf der Leiterplatte noch mit 2 gleich aufgebauten MMIC- Breitbandverstärker mit sehr niedrigem Rauschen von 0.8 db um ca. 10-12 db verstärkt. Damit hat man dann eine breitbandige hochgenaue Signalquelle mit einer maximalen Ausgangsleistung von 16 dbm gleich 40 mW zur Verfügung. Damit lässt sich schon ein direkter Bakensender auf 2m, 70 cm, 23, 13 und 6 cm  realisieren. Den Hinweis auf die Frequenzmodulierbarkeit des PLL-Bausteines hatte ich schon hingewiesen, den habe ich aber hier nicht direkt ausgeführt, da ich diesen hier nicht benötigte, aber auf wusch kann der jederzeit einfach nachgerüstet werden.

Der verwendete TFT-Bildschirm hat eine Auflösung von 128x160 Pixel mit einer Größe von 1,8 Zoll. Dieses kleine Display wird über einem SPI-Bus programmiert. Der gleiche Datenbus wird auch für die Verwendung des PLL-Bausteines verwendet. Die Software wurde auf einem Arduino Nano programmiert. Für die Programmierung der PLL gibt es bei Analog-Devices eine Software, die sich auf dem PC einsetzen lässt um die doch recht komplizierten seriellen Programmbytes zu generieren. Dazu ist allerding eine eigene Entwicklung der Steuersoftware von erforderlich. Im Internet finden sich einige wenige Beispiele für den Micro Chip Pic-Prozessor und einiges für die Atmel Prozessoren hier überwiegend für den Atmega 328. Eine direkte nutzbare C-Library habe ich leider nicht gefunden Der Atmega 328P Prozessor wird auch auf dem Ardunio Nana verwendet und ermöglicht eine unkomplizierte Art der Programmierung via USB-Schnittstelle in einer Programmiersprache die dem "C" sehr ähnlich ist. Beispiele hierfür finden sich bei F6KBF oder aber auch bei DJ7OO oder auch noch an anderer Stelle. Ich verwende einige Routinen für die Programmierung des SPI-Busses die ich in einem AD4351 Programm vom OE6OCG gefunden habe , dort wird allerdings eine andere Ein- und Ausgabe verwendet. Also wurden hier nur die Routinen zum ansprechen der PLL extrahiert. . Eine große Hilfestellung bei der Programmierung der doch recht umfangreichen Software war die gute Unterstützung meines alten Funkfreundes DJ7OO, Kaus Hirschelmann, der diverse Programmroutinen neu geschrieben hat und immer Rat weiss. Hier erfolgte in der Erstellungsphase ein mehrmals wöchentlicher Kontakt um Fehler zu beseitigen oder Probleme zu lösen. Danke hierfür nochmal für die Unterstützung lieber Klaus. Der OM Klaus  hat auf seiner eigenen Webseite http://www.kh-gps.de/ diverse Projekte für Elektronikfreunde  veröffentlicht. Im Juli 2017  stellte sich dann heraus, dass es ein Problem mit dem Kanalraster gab. OM Peter DF6YL konnte den Fehler im Steuerprogramm recht zügig beheben. Ihm hiermit nochmals meinen Dank für seine Unterstützung. Es schein jetzt, als wären bekannte Software-Bugs damit beseitigt.  Die fertige Software für dieses Projekt hier stellen wir interessierten gerne zu kostenfreien nicht gewerblicher Nutzung mit Urhebernennung zur Verfügung. Dieses Projekt dient der Förderung des Selbstbaues im Amateurfunk und sollte auch so verwendet werden. Einen Bausatz oder ähnliches wird es von mir nicht geben, es soll lediglich als Anregung zu Selbstbau oder aus Ausgangsstufe für diverse andere Funk- und Messprojekte dienen. Damit wird es mit dieser Baugruppe möglich für das heimische  Messlabor eine hochgenaue Signalquelle mit exelenter Freuqenstabilität auf zu bauen
TFT-Farbdisplay
128x160 Pixel
Arduino
Nano
Encoder
Drehgeber
ADF4351 Baustein aus
Fernostfertigung
Die Leiterplatte wurde aus FR4 beidseitig beschichtetem Epoxymaterial gefertigt. Ich verwende dazu die Direkttonermethode wie ich sie auch schon auf einer anderen Webseite hier erklärt habe.
Damit lassen sich preiswert und einfach im heimischen Schack ohne großen materiellen Aufwand  Leiterplatten herstellen .Für diejenigen, die nicht in der Lage sind Platinen her zu stellen, die dürfen sich gerne an DH4YM.de wenden. Der OM Dirk fertigt Leiterplatten in hervorragender Qualität in relativ kurzer Zeit zum Selbstkostenpreis. Siehe auf Dirks Webseite
Schaltbild des PLL-Sythesizers 35 Mhz bis 4.4 Ghz. / Breitbandverstärker zum vergrößern bitte das Schaltbild anklicken
Weiterführende Links: :
DJ7OO Klaus Hirschelmann
F6KBF
SV1AVM
Analog Devices ADF4351
Arduino IDE

Download Schaltung Layout sowie aktuelle Software Stand Juli 2017 DD7LP
AD4351 PLL aus Fernostfertigung
Wer gerne mehr Informationen  haben möchte , der kontaktiere mich, gerne helfe ich weiter mit Tipps und Anregungen
Einige Fotos vom Aufbau der Schaltung
Download aller Projektdateien im Format "Sprint-Layout", "splan" sowie die Arduino Quellsoftware siehe unten.
 
Achtung, Auf der Platine die Leiterbahn VCC für den TCXO sowie den 74HC132 vom Arduino Pin 13 trennen und mit einer Drahtbrücke dirkt mit dem Ausgang des 5 Volt Spannungstabi. verbinden. ansonsten bekommt der TCXO u. das 74hc132 eine zu geringe Versorgungsspannung
Ansprechpartner M04:
Wolfgang Blau, DK7UY
Westen de Kark 27
25872 Ostenfeld
Tel. 0172/7242087
E-Mail: mail(at)dk7uy.de

Verantw. Webmaster M04
Chr. Petersen, DD7LP
Tel. 04671-5101
E-Mail:dd7lp.media(at)gmail.com