¿Cómo diseñar un generador de onda sinusoidal barato de hasta 200 MHz?

Quiero hacer un oscilador de banda ancha barato para un analizador de antena que estoy diseñando. Quiero una onda sinusoidal simple en un amplio rango de frecuencia. No quiero usar un IC DDS como el AD9851 porque es costoso y parece excesivo.

Estaba mirando el SI5351A , que generará un reloj de onda cuadrada de 50 ohmios hasta 200 MHz.

Me gustaría convertir esa salida de onda cuadrada en una onda sinusoidal en el rango de 1 MHz - 200 MHz. ¿Cuál es la forma más sencilla y económica de hacer esto?

Dos ideas que vienen a la mente son

1. Dos integradores de amplificador operacional en cascada, usando un OPA355 o algo
2. Una serie de filtros de paso bajo que filtran todo menos lo fundamental, abarcando todo el rango de frecuencia. Por ejemplo, ¿filtros con límites de 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128 y 256 MHz? El filtro correcto sería cambiado por un conmutador analógico de 8 puertos a medida que aumenta la frecuencia. Esto parece muchos filtros, pero todos estos componentes son puramente pasivos y tendrían tolerancias relativamente flojas.

¿Tiene sentido el enfoque de usar un IC generador de reloj? Si es así, ¿cuál de estos filtros tiene más sentido para convertir la salida a una onda sinusoidal? Gracias.

Si está preparado para usar bancos de filtros conmutados, podría considerar usar bancos de osciladores de onda sinusoidal colpitts. Un transistor le proporcionará una onda sinusoidal lo suficientemente decente y agregará un par de diodos varactores y obtendrá un control simple de voltaje de CC de frecuencia en un rango mayor que 2: 1, es decir, un circuito colpitts le da 100 MHz a 200 MHz (más superposición con el el siguiente abajo).

Por lo tanto, 8 osciladores de transistor harán el trabajo y la pureza de onda sinusoidal será mejor que alrededor del 5%, diría. Esta es mi configuración de oscilador de colpitts favorita:

http://www.radio-electronics.com/images/oscillator-voltage-controlled-circuit-01.gif

$\sqrt{22}$

Para agregar una porción de calidad, puede alimentar la salida a un bucle bloqueado de fase N fraccional HMC700 y obtener el control de la frecuencia y la estabilidad de esta manera (usando SPI); como solo tiene un oscilador seleccionado a la vez, un solo HMC700 debería hacer el trabajo para todo el rango.

Para seleccionar una de las 8 señales se puede hacer con diodos pin, pero probablemente se puede hacer con menos dolor de cerebro usando un interruptor analógico de RF como el HMC544A . Habrá otros, pero necesita encontrar unos con altas capacidades de aislamiento.

También puede usar interruptores analógicos para seleccionar un grupo de inductores que cubran todo el rango de frecuencia; esto sería un logro porque habrá problemas de capacitancia parásita y de fuga, pero, cuanto más lo pienso, creo que podría obtener al menos un rango de frecuencias 5: 1 de un oscilador colpitts y un par de inductores conectados o desconectados. Esto reduciría a la mitad el número de osciladores. Vale la pena considerarlo.

Su segunda idea de usar filtros de paso bajo conmutados para pasar lo fundamental de una onda cuadrada es la forma en que se hace en muchos generadores de señales de RF comerciales. Depende de cuán limpio quieras que sea tu onda sinusoidal. Es bastante difícil usar una versión económica de esta técnica para obtener una supresión de armónicos típica de 40dB típica, 30dB garantizada, pero ese tipo de nivel es adecuado para muchos casos de uso.

Hay varios trucos que puede emplear para reducir costos y simplificar el diseño.

El primero es usar filtros en pasos de media octava, al menos para las frecuencias más altas. Aunque una onda cuadrada nominalmente no tiene armónicos uniformes, esto se descompone para dispositivos prácticos con asimetrías y rupturas que dan como resultado un segundo armónico significativo. A una frecuencia baja adecuada puede ir a bandas de octava.

El siguiente es usar filtros de diseño elíptico de bajo orden, que mejoran la inclinación de la banda de transición, a expensas del "retorno" a frecuencias más altas.

Lo siguiente es organizar la casacada de modo que la frecuencia más alta (de modo que la que tenga la menor potencia y la menor ganancia) atraviese el camino más corto y con menos pérdidas, y que agregue más secciones a medida que la frecuencia disminuye. Un filtro fijo de 'techo' de 256MHz bien diseñado al comienzo de la cascada se ocupará de la devolución del filtro de 192MHz, esos dos manejan el filtro de 128MHz, y así sucesivamente.

El siguiente es cambiar los filtros pasando la corriente a través de diodos PIN, que es más barato y más fácil que usar otras tecnologías de conmutación. La corriente de polarización pasa a través de los inductores de la serie de filtros, por lo que la polarización en un punto específico de la cascada de filtros activa la parte correcta del filtro y el resto se desactiva.

Lo último es reducir los filtros a una frecuencia razonable y hacer el rango de frecuencia inferior de una vez con un DDS y un filtro de paso bajo único.