用免費(fèi)的4層PCB，做了個(gè)很好用的儀器！實(shí)測(cè)一下！

作者：時(shí)間：2024-09-27 來(lái)源：嘉立創(chuàng)

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做了個(gè)便攜時(shí)鐘源，4層板。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/202409/463299.htm

主控采用STM32F411。

下文將分享——功能/亮點(diǎn)，實(shí)測(cè)說(shuō)明，硬件設(shè)計(jì)，軟件設(shè)計(jì)，成本說(shuō)明，開(kāi)源網(wǎng)址

一、功能/亮點(diǎn)

輸出20M-9800MHz射頻信號(hào)，兩個(gè)射頻信號(hào)，一個(gè)參考輸入，一個(gè)參考輸出
使用上位機(jī)、串口控制
頻率分辨率到1hz
單個(gè)TYPEC口供電+通信+上位機(jī)圖形化配置，無(wú)需單獨(dú)配置各種寄存器，即插即用
板載ocxo作為基準(zhǔn)或鎖定外部基準(zhǔn)，支持鎖定內(nèi)部/外部參考信號(hào)輸入
整機(jī)啟動(dòng)時(shí)（恒溫晶振預(yù)熱）功耗約為4W，運(yùn)行時(shí)穩(wěn)定功耗約為2W-3W。
硬件配置：1個(gè)type-c、6個(gè)狀態(tài)指示燈。含：電源正常指示、鎖定指示，實(shí)用內(nèi)部OCXO指示、使用外部參考源指示、兩個(gè)射頻信號(hào)是否輸出指示

二、實(shí)測(cè)一下

1.射頻信號(hào)相噪特性

6GHz測(cè)試相位噪聲：100hz處約 -70dBc

受限于儀器設(shè)備該檔位的底噪（實(shí)際相噪會(huì)更?。?，無(wú)法測(cè)到更遠(yuǎn)位置的相位噪聲情況。

測(cè)試儀器：Keysight N9000B
輸出功率：0dBm
RBW：5.1Hz

在RBW=1Hz條件下測(cè)試。

6GHz測(cè)試相位噪聲：100hz處約-80dBc

2.射頻信號(hào)輸出

下圖為SDS804測(cè)試的114.5141MHz，雙通道輸出。

下圖為Keysight測(cè)試的7.1GHz輸出波形與FFT譜。

由于該P(yáng)LL的VCO最大振蕩頻率為7100MHz，再往上需要使用片內(nèi)的倍頻器對(duì)VCO進(jìn)行倍頻，因此有較大的次諧波（懷疑是芯片沒(méi)做次諧波的抑制），測(cè)試結(jié)果如下圖所示。

可見(jiàn)FFT譜中9.8GHz輸出時(shí)，有較大的4.6GHz的次諧波成分。

3.參考信號(hào)輸出

測(cè)試儀器：Keysight

可正常輸出10MHz參考信號(hào)，輸出阻抗為50Ω，10MHz。峰值為1.72V，上升沿為330ps左右（甚至可以用來(lái)做TDR），如下圖：

那么問(wèn)題就來(lái)了，想做一個(gè)這樣的“儀器”，如何設(shè)計(jì)軟硬件呢？

三、硬件設(shè)計(jì)

原理圖1

原理圖2

原理圖3

PCB圖

1.說(shuō)明

4層板，疊層：7628；板厚：1.6mm；RF單端：13.75mil

鋁型材外殼尺寸23*54*80

內(nèi)尺寸卡槽：51；板寬：47；最大高度：16

OCX0高度：12mm

四、軟件設(shè)計(jì)

底層驅(qū)動(dòng)基于C語(yǔ)言，使用STM32HAL庫(kù)開(kāi)發(fā)，開(kāi)發(fā)軟件為Keil v5。

1.UART驅(qū)動(dòng)

串口發(fā)指令控制，有十余條指令，可覆蓋基本功能，所有命令及解釋如下圖所示：

2.上位機(jī)

玩了玩QT6，簡(jiǎn)單寫(xiě)了個(gè)圖形化上位機(jī)，該有的功能基本都有了，目前支持Win平臺(tái)，可控制輸出頻率，參考信號(hào)切換，N分頻模式，每個(gè)通道輸出使能與關(guān)閉，每個(gè)通道的輸出功率等。

3.實(shí)操說(shuō)明

最主要的控制函數(shù)為L(zhǎng)MX2592_WRITE_FREQ，用來(lái)配置PLL輸出頻率及基本寄存器。下面僅展示流程，詳細(xì)代碼見(jiàn)工程附件（參考第6章指引）。LMX2592寄存器部分代碼在LMX2592.c /.h文件中。

void LMX2592_WRITE_FREQ(double freq){  // Fvco = Fpd x PLL_N_PRE x (PLL_N + PLL_NUM / PLL_DEN)
  // The VCO core covers an octave from 3.55 to 7.1 GHz.
  // F_PFD=20Mhz Fout = pfd * (N) / channel_div;   input freq is in Mhz
  // denominator = 20M(0x0131 2D00 )    the resolution = 1Hz
    /****************** REF PART ********************/  
    /****************** OUTPUT PART ********************/
    /****************** NDIV SET ********************/  
    /****************** STRAT WORK ********************/  }

與上位機(jī)通信、接收命令，發(fā)送狀態(tài)函數(shù)在UART_CTRL.c /.h文件中，主要依賴strstr函數(shù)對(duì)命令進(jìn)行檢測(cè)。UART通信采用的中斷接收。

 void LMX2592_FREQ_CTRL(){
        temp_ret=strstr(CTRLBuffer, "FREQ=");    if(temp_ret){
      RX_freq=atof(temp_ret+5);      
    if(debug_outen) printf("freq=%fn",RX_freq);
      LMX2592_WRITE_FREQ(RX_freq);
    }  
        ...... 其余部分省略
        }

上位機(jī)基于QT6 Cmake，比較簡(jiǎn)單，但基本功能均已實(shí)現(xiàn)。