Stand 26.
Januar 2015
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Abb.1 Si5351-Board von Adafruit
Integrierte
Schaltkreise zur Erzeugung nahezu beliebiger Frequenzen bis in den
VHF-Bereich sind ansich nicht neu. Schon seit mehreren Jahren gibt es
z.B. den beliebten "Si570" und für Anwendungen bis oberhalb des
KW-Bereiches wurden häufig auch schon DDS-Lösungen
gewählt. Alternativ kann jetzt auch der erst unlängst von
SILICON LABS herausgekommene Baustein "Si5351A" [1] eingesetzt werden. Im Vergleich zum "Si570" ist er deutlich
preiswerter und deckt dabei
den Bereich von 8KHz bis 160Mhz ab. Steuerbar ist er über einen
I2C-Bus. Seine drei Ausgänge stellen unabhängig voneinander
Rechtecksignale mit einem
Pegel von 3Vss bereit. Ausgehend
von einem externen,
üblicherweise 25Mhz-Quarz werden die Ausgangsfrequenzen des "Si5351" durch
Teilung aus
zwei in Bereich von 600 bis 900MHz arbeitenden PLL's generiert. Die
beiden möglichen Teilungsverfahren ( Integer-Mode und
Fractional-Mode ) führen dabei auch zu unterschiedlichen
Ergebnissen hinsichtlich des Jitter-Anteils der Ausgangssignale.
Im Integer-Mode kann nur gearbeitet werden, wenn sich die gewünschte Ausgangsfrequenz durch Multiplikation und folgender Teilung mit jeweils nur Integerwerten erreichen lässt. Für alle anderen Ausgangsfrequenzen ist der mit einem höheren Jitter-Anteil belastete Fractional-Mode zu wählen.
Angeregt durch Veröffentlichungen in [2],[3],[4],[9] wurden erste praktische Versuche mit dem "Si5351A" durchgeführt. Wesentlich vereinfacht wurde das durch Verwendung einer kleinen, von Fa. Adafruit stammenden Platine [7],[8]. Neben dem "Si5351A" sind auf ihr ( Abb.1 und 2 ) noch einige weitere Bauteile zu finden. Sie erlauben den Betrieb mit Versorgungsspannungen und I2C-Pegelwerten im Bereich von 3V bis 5V. In DL ist genanntes Board u.a. hier [5] erhältlich.
Abb.2 Schaltbild des ADAFRUIT-Boards
Abb.3 zeigt den ersten Versuchsaufbau. Zur Steuerung des "Si5351" wurde dabei ein Arduino-Board "Pro Mini 5V" verwendet. Stattdessen sind an dieser Stelle aber auch hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften ähnliche Arduino-Boards, wie z.B. "UNO" oder "NANO" einsetzbar.
Vereinfacht wird der Programmentwurf durch passende Libraries, wobei sich die Verwendung der dazu von Adafruit bereitgestellten Version aber als nicht besonders komfortabel erwiesen hat. Besser sieht es dagegen mit der Version von Jason, NT7S [6] aus, da diese eine direkte Eingabe der gewünschten Ausgangsfrequenz erlaubt. Dabei ist allerdings anzumerken, dass diese Library derzeit nur im Frequenzbereich von 1 bis 150 MHz nutzbar sein soll. Ein passendes einfaches Programmbeispiel, das die Generation von zwei Festfrequenzen erlaubt, ist über Jasons Github-Seite [6] verfügbar. Ich habe es erfolgreich ausprobiert, wobei ich mir bei nicht umsetzbaren Frequenzeingaben allerdings auch noch die Ausgabe einer Fehlermeldung wünschen würde.
Mit wenig Aufwand liess sich das Programmbeispiel auch zu einem über Incrementgeber ( angeschaltet an #2 und #3 ) abstimmbaren VFO erweitern. Dabei war ich von einer Startfrequenz von 14.100 Mhz und 100Hz-Schritten ausgegangen, aber diese Werte lassen sich natürlich im Programmcode auch leicht an eigene Erfordernisse anpassen.
Bei dem VFO handelt es sich um ein erstes Muster und wie erwartet war beim Abhören des überlagerten Ausgangsssignals auch ein leichtes Jittern zu hören.
Der für den VFO benutzte Programmcode und auch die eingebundenen, nicht standardmäßigen Libraries sind hier herunterladbar.
Im Integer-Mode kann nur gearbeitet werden, wenn sich die gewünschte Ausgangsfrequenz durch Multiplikation und folgender Teilung mit jeweils nur Integerwerten erreichen lässt. Für alle anderen Ausgangsfrequenzen ist der mit einem höheren Jitter-Anteil belastete Fractional-Mode zu wählen.
Erste praktische Versuche mit dem "Si5351A"
Angeregt durch Veröffentlichungen in [2],[3],[4],[9] wurden erste praktische Versuche mit dem "Si5351A" durchgeführt. Wesentlich vereinfacht wurde das durch Verwendung einer kleinen, von Fa. Adafruit stammenden Platine [7],[8]. Neben dem "Si5351A" sind auf ihr ( Abb.1 und 2 ) noch einige weitere Bauteile zu finden. Sie erlauben den Betrieb mit Versorgungsspannungen und I2C-Pegelwerten im Bereich von 3V bis 5V. In DL ist genanntes Board u.a. hier [5] erhältlich.
Abb.2 Schaltbild des ADAFRUIT-Boards
Abb.3 zeigt den ersten Versuchsaufbau. Zur Steuerung des "Si5351" wurde dabei ein Arduino-Board "Pro Mini 5V" verwendet. Stattdessen sind an dieser Stelle aber auch hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften ähnliche Arduino-Boards, wie z.B. "UNO" oder "NANO" einsetzbar.
Vereinfacht wird der Programmentwurf durch passende Libraries, wobei sich die Verwendung der dazu von Adafruit bereitgestellten Version aber als nicht besonders komfortabel erwiesen hat. Besser sieht es dagegen mit der Version von Jason, NT7S [6] aus, da diese eine direkte Eingabe der gewünschten Ausgangsfrequenz erlaubt. Dabei ist allerdings anzumerken, dass diese Library derzeit nur im Frequenzbereich von 1 bis 150 MHz nutzbar sein soll. Ein passendes einfaches Programmbeispiel, das die Generation von zwei Festfrequenzen erlaubt, ist über Jasons Github-Seite [6] verfügbar. Ich habe es erfolgreich ausprobiert, wobei ich mir bei nicht umsetzbaren Frequenzeingaben allerdings auch noch die Ausgabe einer Fehlermeldung wünschen würde.
Abb.3
Erster Versuchsaufbau
Mit wenig Aufwand liess sich das Programmbeispiel auch zu einem über Incrementgeber ( angeschaltet an #2 und #3 ) abstimmbaren VFO erweitern. Dabei war ich von einer Startfrequenz von 14.100 Mhz und 100Hz-Schritten ausgegangen, aber diese Werte lassen sich natürlich im Programmcode auch leicht an eigene Erfordernisse anpassen.
Bei dem VFO handelt es sich um ein erstes Muster und wie erwartet war beim Abhören des überlagerten Ausgangsssignals auch ein leichtes Jittern zu hören.
Der für den VFO benutzte Programmcode und auch die eingebundenen, nicht standardmäßigen Libraries sind hier herunterladbar.
NEU:
Angeregt durch Volker, SM5ZBS, habe ich mich mit dem Aufbau eines einfachen Frequenzgenerators unter Verwendung des Si5351 beschäftigt. Abb.4 zeigt das Blockschaltbild des vorläufigen Ergebnisses. Herzstück ist ein Prozessorboard ARDUINO "UNO" ( oder ähnliche ). Die gewünschte Ausgangsfrequenz wird über ein 4x4 Tastenfeld eingegeben und ein TFT-Display übernimmt die Frequenzanzeige.
Angeregt durch Volker, SM5ZBS, habe ich mich mit dem Aufbau eines einfachen Frequenzgenerators unter Verwendung des Si5351 beschäftigt. Abb.4 zeigt das Blockschaltbild des vorläufigen Ergebnisses. Herzstück ist ein Prozessorboard ARDUINO "UNO" ( oder ähnliche ). Die gewünschte Ausgangsfrequenz wird über ein 4x4 Tastenfeld eingegeben und ein TFT-Display übernimmt die Frequenzanzeige.
Abb.4
Blockschaltbild des realisierten Frequenzgenerators
Eingegeben wird die
gewünschte Ausgangsfrequenz in der Einheit "Hertz". Die Taste "*"
dient dem Löschen der Anzeige und die "#" der Aktivierung von
Frequenzausgaben. Die Tasten "A" bis "D" sind derzeit noch ohne
Funktion. Für später ist aber z.B. denkbar, dass sich
hierüber mehrere vorabgelegte Speicherfrequenzen abrufen lassen.
Abb.5 Erste
Versuchsanordnung der Si5351-Generatoreinheit.
Das ARDUINO-Steuerprogramm verwendet die
Library von Jason, NT7S [4],[6]. Im Gegensatz zu seinen Angaben (
Einsatzfrequenzbereich: 1-150 MHz ), konnte mein Exemplar allerdings
die von ihm genannte obere Grenzfrequenz nicht erreichen. Das
aufgebaute Exemplar arbeitete nur bis 125 MHz. An dieser Stelle wird
somit noch zu klären sein, ob es sich hierbei nur um einen
Einzelfall handelt.
Nicht tolerierbare Abweichungen zwischen gewünschter Soll- und tatsächlich ausgegebener Istfrequenz lassen sich mit einem zusätzlichen Programmbefehl korrigieren. Im vorliegenden Fall geschah das mithilfe der im Setup-Bereich des Programmcodes eingefügten Anweisung: "si5351.set_correction(+200);". Die Angabe "+200" ist dabei der Korrekturwert, der durch sukzessive Vergleichsmessungen mit den Anzeigen eines Frequenzzählers ermittelt wurde.
Die derzeitige ( vorläufige ) Programmversion ( incl. einiger zusätzlich benötigter Libraries ) ist hier herunterladbar.
Anmerkungen:
Wer das Neuste zum Amateurfunkeinsatz der Si5351 und auch zum Jitter-Aspekt lesen möchte, dem sei die Blogseite "RIPPLES IN THE ETHER" von Jason Milldrun, NT7S empfohlen: http://nt7s.com/tag/si5351/
Da die Library von Jason, NT7S eine direkte Eingabe gewünschter Si5351-Ausgangsfrequenzen erlaubt, vereinfacht sie die Programmerstellung zwar in hohem Maße, aber in manchen Fällen wird es dennoch erforderlich sein, die zur Ausgabe einer bestimmten Frequenz vorzunehmenden Befehlsschritte einzeln ermitteln zu können. Nützliche Dienste kann dabei das hierzu von Silabs bereitgestellte Windows-Programm "ClockBuilder" [10] leisten.
Nicht tolerierbare Abweichungen zwischen gewünschter Soll- und tatsächlich ausgegebener Istfrequenz lassen sich mit einem zusätzlichen Programmbefehl korrigieren. Im vorliegenden Fall geschah das mithilfe der im Setup-Bereich des Programmcodes eingefügten Anweisung: "si5351.set_correction(+200);". Die Angabe "+200" ist dabei der Korrekturwert, der durch sukzessive Vergleichsmessungen mit den Anzeigen eines Frequenzzählers ermittelt wurde.
Die derzeitige ( vorläufige ) Programmversion ( incl. einiger zusätzlich benötigter Libraries ) ist hier herunterladbar.
Anmerkungen:
Wer das Neuste zum Amateurfunkeinsatz der Si5351 und auch zum Jitter-Aspekt lesen möchte, dem sei die Blogseite "RIPPLES IN THE ETHER" von Jason Milldrun, NT7S empfohlen: http://nt7s.com/tag/si5351/
Da die Library von Jason, NT7S eine direkte Eingabe gewünschter Si5351-Ausgangsfrequenzen erlaubt, vereinfacht sie die Programmerstellung zwar in hohem Maße, aber in manchen Fällen wird es dennoch erforderlich sein, die zur Ausgabe einer bestimmten Frequenz vorzunehmenden Befehlsschritte einzeln ermitteln zu können. Nützliche Dienste kann dabei das hierzu von Silabs bereitgestellte Windows-Programm "ClockBuilder" [10] leisten.
NEU:
Si5351-KIT's von Hans Summers, G0UPL
Linkliste
Seit kurzer Zeit gibt
es auch von Hans Summers, G0UPL entwickelte und als kompletter Bausatz
vertriebene Si5351-Platinen [11]. Zur Vereinfachung ihres Einsatzes ist
der
winzige Synthesizer-Chip dabei bereits aufgelötet. Interessant ist
auch der geringe Bausatzpreis von nur US$ 7.50. Im Gegensatz zu den
meisten ansonsten bekannten, mit 25 MHz-Takt arbeitenden Applikationen,
wird hierbei mit einer Taktfrequenz von 27MHz gearbeitet. Anstelle des
hierfür benutzten Quarzes kann man nun entweder einen z.B.
für 17 Cents bei Fa. Reichelt [12] erhältlichen 25MHz-Quarz
verwenden, oder auch die Library von Jason, NT7S für die
abweichende Frequenz entsprechend modifizieren.
Die über die Homepage des Verfassers erreichbaren Library-Files und Anwendungsbeispiele sind zur Verwendung mit dem GCC Compiler im AVR Studio gedacht und müssten für ARDUINO-Anwendungen zuerst noch angepasst werden.
Die über die Homepage des Verfassers erreichbaren Library-Files und Anwendungsbeispiele sind zur Verwendung mit dem GCC Compiler im AVR Studio gedacht und müssten für ARDUINO-Anwendungen zuerst noch angepasst werden.
Linkliste
[1] http://www.silabs.com/Support%20Documents/TechnicalDocs/Si5351.pdf
[2] http://nt7s.com/2014/06/si5351-libraries-and-breakout-board/
[3] http://m0xpd.blogspot.co.uk/
[4] http://nt7s.com/tag/si5351/
[5] http://www.exp-tech.de/Shields/Sonstige/adafruit-si5351a-clock-generator-breakout-board-8khz-160mhz.html
[6] https://github.com/etherkit/Si5351Arduino
[7] https://learn.adafruit.com/adafruit-si5351-clock-generator-breakout/overview
[8] https://learn.adafruit.com/downloads/pdf/adafruit-si5351-clock-generator-breakout.pdf
[9] http://sp-hm.pl/thread-2019.html
[10] http://www.silabs.com/Support%20Documents/Software/ClockBuilderDesktopSwInstallSi5351.zip
[11] http://www.hanssummers.com/synth.html
[12 http://www.reichelt.de/index.html?ACTION=3;ARTICLE=58657;SEARCH=25,0000-HC49U-S
[2] http://nt7s.com/2014/06/si5351-libraries-and-breakout-board/
[3] http://m0xpd.blogspot.co.uk/
[4] http://nt7s.com/tag/si5351/
[5] http://www.exp-tech.de/Shields/Sonstige/adafruit-si5351a-clock-generator-breakout-board-8khz-160mhz.html
[6] https://github.com/etherkit/Si5351Arduino
[7] https://learn.adafruit.com/adafruit-si5351-clock-generator-breakout/overview
[8] https://learn.adafruit.com/downloads/pdf/adafruit-si5351-clock-generator-breakout.pdf
[9] http://sp-hm.pl/thread-2019.html
[10] http://www.silabs.com/Support%20Documents/Software/ClockBuilderDesktopSwInstallSi5351.zip
[11] http://www.hanssummers.com/synth.html
[12 http://www.reichelt.de/index.html?ACTION=3;ARTICLE=58657;SEARCH=25,0000-HC49U-S
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