Ein unvierseller VFO mit dem DDS AD9951 für einen Mono- oder Multiband QRP-Transceiver

Einleitung

Dieser Artikel beschreibt einen vielseitig verwendbaren VFO mit einem Frequenzsynthesizer-IC (AD9951 von Analog Devices), der sich besonders für Multiband-Projekte eignet. Dies aufgrund der Tatsache, dass der AD9951 ein 14-Bit-Modul ist und für sehr hohe Frequenzen ausgelegt ist. Das hier beschriebene bzw. angebotene Modul ist für Ausgangsfrequenzen im Bereich zwischen 1 und 60 MHz ausgelegt. Es besitzt zur Steuerung einen ATMega168 (oder alternativ einenATMega8, ATMega88 oder ATMega328, je nach Komplexität der verwendeten Software). Die meisten Ports des Microcontrollers sind für den Anwender  zugänglich (mit Ausnahme von PD7 (AD9951 RESET) und PB0, PB1 und PB2, die als SPI-Leitungen dienen). So lassen sich  eine Vielzahl von Displays (z. B. OLED oder LCD DOT-Matrix) anbinden. Zusätzlich kann man auch analoge Sensoren anschließen oder die digitalen Eingänge verwenden bzw. Pins je nach Verfügbarkeit setzen. Standardmäßig ist ein Drehgeber zur Abstimmung vorgesehen, der an die Pins PB6 und PB7 angeschlossen wird. Aber auch diese Einstellung lässt sich per Softwareänderung anpassen.

Das Modul läuft mit 5V, so dass die meisten Displays verwendet werden können. Soll ein 3,3V Display (wie z. B. das Nokia 5110 LCD) verwendet werden, müssen Widerstände von ca. 10k in die Datenleitungen gelegt werden.

Eine (Basis-)Software  ebenso wie eine Platine sind verfügbar. Ebenfalls ein fertiges Modul. Weitere Details finden Sie in meinem QRP-Shop!

Die Schaltung

Das gesamte Modul besteht aus dem AD9951 DDS-Chip und einem ATMega328, -168 bzw. einem beliebigen anderen Mikrocontroller der PIN- und auch sonst kompatibel ist. Im Extremfall ist es sogar möglich, einen alten ATMega8 zu verwenden, wenn andere Controller derzeit nicht verfügbar sind.

Universal DDS VFO (f_max = 60 MHz) for use in homemade QRP transceiver
Schaltplan des universellen DDS-Modul (VFO mit f_max = 60 MHz) für einen Mono- oder Multiband-QRP-Ttransceiver

Der Mikrocontroller ist nur minimal beschaltet. Alle Pins, die nicht vom DDS-Chip belegt sind (i. e. die Pins PD7, PB0, PB1 und PB2) sind nach außen geführt und durch Anschlusstifte im 2,54mm-Raster zugänglich, so dass sich eigenen Designideen umsetzen lassen. Auf Anfrage ist Software für mehrere Displaytypen erhältlich:

  • OLED-132×64
  • Nokia 5110
  • DOT-Matrix 162
  • ST7735 (farbig)
  • ILI 9341 (farbig)

Wer ein entsprechendes Modul aus meinem QRP-Shop bestellt, erhält natürlich eine entsprechend auf eigene Wünsche angepasste Software kostenlos dazu (wenn sich der Aufwand, den Code an die Bedürfnisse anzupassen, in vertretbaren Grenzen hält…) Natürlich ist die Software auch als Quellcode verfügbar, so dass sie selbst geändert werden kann. Bei Fragen bitte eine Mail an peter(at)dk7ih.de!

Die Taktrate

Der AD9951 ist in der Lage, mit einem Quarzoszillator zu arbeiten, dessen Taktrate bis zu 400 MHz betragen kann. Wenn kein solcher Taktoszillator verfügbar ist, enthält die Software einen Codeteil, der einen “Clock-Multiplier” aktiviert. So wird z. B.  aus einem Takt von 75MHz durch Vervierfachung in der Software ein Takt von 300MHz. Dadurch sind theoretisch (Nyquist-Theorem) Ausgangssignale von max. 150MHz möglich. Aus Gründen der dann aber nicht mehr optimalen Signalqualität sollte mit dem Modul eine Ausgangsfrequenz von 60 bis 70 MHz nicht überschritten werden.

Aufbau

Die Größe der Platine beträgt 7 x 5 Zentimeter. Das TQFP64-Gehäuse wird auf ein Breakout-Board aufgelötet, um den Bau dieses Oszillators für Amateure, die keine SMD-Boards bestücken möchten, einfacher zu machen.

Universal DDS VFO (f_max = 60 MHz) for use in homemade QRP transceiver
Universal DDS VFO (f_max = 60 MHz) for use in homemade QRP transceiver

Der +12V DC-Eingang befindet sich in der Nähe des unten sichtbaren 5V-Reglers. Alle erforderlichen Spannungen werden intern aus dieser Eingangsspannung erzeugt. Der Signalausgang befindet sich in der linken unteren Ecke nach dem Tiefpassfilter.

Ein einfaches Anwendungsbeispiel

Eine sehr einfache Applikation für dieses Modul wäre beispielsweise die Verwendung als VFO für einen Monoband-Transceiver. Wer mehr Komfort möchte (Speicher für VFOs, Scanfunktionen etc.) kann diese entsprechend programmieren. Ein preiswerter Softwareservice ist ebenfalls verfügbar, da sich Änderungen und Anpassungen relativ leicht vornehmen lassen.

Der Grundaufbau ist unkompliziert: Ein Drehgeber wird an die Pins PB6 und PB7 angeschlossen und das OLED mit dem im Modul integrierten OLED-Port verdrahtet. (Die eigenartige Darstellung des OLED-Displays stammt von der OLED-Bildwiederholfrequenz die nicht mit der Belichtungszeit meiner Smartphone-Kamera harmoniert, oder es eben doch tut, aber nur antizyklisch). Ab hier ist das Modul für einen einfache Einsatzzwecke bereits startklar!

Test und praktische Ergebnisse

Das Modul produziert eine reine Sinusschwingung (wie bei DDS üblich), die von mir im Bereich von 5 bis 60 MHz ausgemessen wurde. Auf dem Spektrumanalyzer zeigt sich, dass der Verstärkungsverlust über die gesamte Bandbreite vernachlässigbar ist:

 

Danke für’s Lesen und 73! Peter (DK7IH)