W2000A Huckepackplatine v1.0

Transkript

1 W2000A Huckepackplatine v1.0 Nach anfänglichen Schwierigkeiten die Huckepack-Platine in Betrieb zu nehmen (Schwingungen auf der +1.25V Spannungsversorgung), gelangen die nachfolgenden Messungen am Wie auf Sourceforge ( zu sehen wurde eine neue Eingangsstufe für das Welec W2000A entworfen. Abbildung 1: Originalphoto der Huckepackplatine von branadic

2 Abbildung 2: Layout der Huckepackplatine Der Schaltplan ist auf der nachfolgenden Seite abgebildet. Zum Einsatz kommen ein Hetero Junction Field Effect Transistor (NE3508M04), der als Sourcefolger beschalten ist und ein Variable Gain Amplifier (VGA) von National Instruments (LMH6518), der über eine SPI kompatible Schnittstelle konfiguriert wird.

3 Abbildung 3: Schaltplan der Huckepackplatine

4 Alles findet auf einer kleinen 0,5mm dicken Huckepack-Platine Platz, die später in das Welec eingepflanzt werden soll. Zusätzlich sind ein Spannungsregler, ein Inverter und ein Pegelwandler auf der Leiterplatte berücksichtigt. Der Spannungsregler MAX8891 im SC70-5 Gehäuse, mit 2.5V Ausgangsspannung, ist auf +2.5V referenziert und erzeugt somit am Ausgang 5V. Da er sich mit seinen 120mA als unterdimensioniert erwies, wurde er für die nachfolgenden Messungen kurzerhand weggelassen. Ein Redesign der Leiterplatte soll daher den MCP1824 (5V/300mA von Microchip) verwenden. Die Programmierung des VGA wird zunächst von einem PC aus vorgenommen. Hierzu kommt ein FT232R zum Einsatz und ein kleines Tool, welches es mittels Bit Banging ermöglicht eine SPISchnittstelle via USB nachzubilden. Daher werden der Pegelwandler (SN74TVC3306) und der Inverter für die Messungen ebenfalls nicht bestückt. Die Programmierung erfolgt, indem man ein 24bit Wort als HEX-Zahl an den VGA sendet. Abbildung 4: Tool für die Programmierung des LMH6518 via SPI Der Messaufbau ist den nachfolgenden beiden Abbildungen zu entnehmen. Ein Signalgenerator von Rhode und Schwarz ( , 100k - 1GHz), der mit 50Ω für definierte Eingangspegel abgeschlossen ist, wird über 20nF und 4.7MΩ (gegen +2,5V referenziert) an das Gate des HJFET geschlossen. Das Gate wird hier zusätzlich noch mal mit einer Diode vom Typ BAT48 davor geschützt unter GND zu sinken. Der LMH6518 besitzt zwei 50Ω Ausgänge, von denen einer an einem DPO (TDS5104B) mit 50Ω Eingang angeschlossen ist, der zweite wird mit einem Spectrum Analyser (HP8594E) verbunden.

5 Notwendige Spannungen (-2.5V, GND, +1.25V, +2,5V, +3.3V, +5V) werden von zwei programmierbaren Spannungsversorgungen bereitgestellt. Die +1.25V wurden zusätzlich noch mal auf der Lochrasterplatine mit 100nF gegen Masse geblockt, ebenso die 3.3V Spannungsversorgung. Abbildung 6: Laboraufbau Abbildung 7: Testaufbau der Eingangsstufe

6 Um den von Walter M. durchgeführten Messungen zu entsprechen, wurden -16dBm (~100mVpp) am abgeschlossenen Ausgang des Signalgenerators eingestellt. Danach wurde der VGA mit den folgenden drei Einstellungen programmiert: 44A = = Aux Hi-Z, Filter 20MHz, Pre-Amp Low Gain, Ladder Attentuation -20dB 4CA = = Aux Hi-Z, Filter 200MHz, Pre-Amp Low Gain, Ladder Attentuation -20dB 50A = = Aux Hi-Z, Filter 350MHz, Pre-Amp Low Gain, Ladder Attentuation -20dB und die dazugehörigen Kennlinien mit dem Spectrum Analyser aufgenommen. PreAmp Low Gain bedeutet hier, dass der Vorverstärker im LMH6518 auf 10dB gestellt ist, alternativ steht noch High Gain mit 30dB zur Verfügung. Abbildung 8: Frequenzgang Aus einem bislang unbekannten Grund zeigt sich ein Peaking bei ~60MHz, was eventuell auf ein schlechtes Abblocken der Versorgungsspannung zurückgeführt werden könnte. Dies muss jedoch noch einmal geprüft werden. Weiterhin zeigt das Ausgangssignal Störungen, wie den nachfolgenden Bildern entnommen werden kann.

7 Im ersten Bild wurde das Eingangssignal auf 1GHz und dBm am Signalgenerator gestellt. Man erkennt ein Störsignal, dass auf beiden Ausgängen des LMH6518 in gleicher Phase liegt. Abbildung 9: Störung mit 1GHz und dBm am Eingang Im zweiten Bild liegt ein 10MHz Signal mit -16dBm am Eingang an, die Störung ist hier sehr deutlich als Amplitudenmodulation der 10MHz zu erkennen: Abbildung 10: Störung auf beiden Kanälen

8 Im dritten Bild ist das Ausgangsspektrum des LMH6518 von 1kHz-3MHz einmal ohne Signal und einmal mit einem 2MHz Sinussignal von -16dBm gezeigt, um den Pegel der Störung zu verdeutlichen: Abbildung 11: Spektrum der Störungen

9 Die Ursache für diese Störungen konnte ebenfalls noch nicht eindeutig identifiziert werden. Dies wird einer der nächsten Schritte sein müssen, die durchzuführen sind. Möglicherweise ist dies auf den Testaufbau selbst zurückzuführen, wobei die Zuleitungen der Spannungen schon so kurz wie möglich gehalten worden sind (siehe Abbildung 6). Die in den vorliegenden Messungen aufgenommenen Kennlinien beziehen sich nur auf einen Ausgang des vorhandenen differentiellen Ausgangs am LMH6518. Es ist vorgesehen, dass der differentielle Ausgang des LMH6518 an den AD8131 angeschlossen wird, der eine feste Verstärkung von x2 besitzt. Die Werte von ~23dBm (~44,77mVpp, vgl. auch Abbildung 8) ergeben damit am differentiellen Ausgang des LMH6518 etwa 89,5mVpp und am AD8131 etwa 179.1mVpp. Dies entspricht etwa 2/13 des anvisierten Pegel von 1172mVpp am ADC. Weiterführende Messungen müssen daher durch Verringern des programmierbaren Ladder Attentuator im LMH6518 dem Pegel von 586mVpp angenähert werden. A.B. alias branadic,