Moltiplicatore di clock analogico

Per sincronizzare il LNB ed il Pluto+ è necessario partire da una frequenza campione dalla quale derivare i rispettivi clock a 25 MHz e 40 MHz; nel mio caso il riferimento è la 10 MHz del Rubidio.

Inizialmente ho progettato il modulo usando il moltiplicatore di clock NB3N502 della On Semiconductor che è un PLL programmabile a basso jitter (dichiarano 15 ps) in grado di effettuare le moltiplicazioni per 2.5 e 4 richieste. Una volta inserito nel sistema però questa soluzione ha mostrato un rumore di fase incompatibile con il Pluto+, sicuramente più alto di quanto dichiarato nel data sheet, che ne rende praticamente impossibile il corretto funzionamento.

Sono andato a rileggere una vecchia nota tecnica di Charles Wenzel, fondatore della Wenzel & Associates, in cui si tratta il tema della sintesi di frequenza tramite porte logiche CMOS, colgo l'occasione per consigliare il bel sito http://techlib.com/ da cui attingere spunti su vari campi (molto interessanti i lavori sulle camere a ionizzazione per la misurazione della radioattività) e nel quale si trovano probabilmente anche alcune soluzioni impiegate nella progettazione delle apparecchiature vendute dalla ditta Wenzel & A. Un secondo articolo che ho trovato sul web ha poi consolidato il mio orientamento a procedere in tal senso.

La sintesi per moltiplicazione diretta ha il vantaggio di preservare le caratteristiche di rumore di fase della sorgente senza introdurre il contributo dovuto al PLL, il degrado teorico è solo dovuto alla moltiplicazione per N e vale 20*log(N).

Il segnale a 40 MHz è ricavato direttamente da una moltiplicazione per 4 mentre il 25 MHz deriva da una divisione per 2 ed una successiva moltiplicazione per 5.

Il modulo è stato realizzato nella  scatola Teko che precedentemente ospitava la versione a PLL e sempre con la medesima tecnica Manhattan.

Le porte logiche impiegate sono della serie HCU che è adatta anche per le applicazioni lineari.

Il primo inverter eccita un circuito risonante con un segnale quadro ricco di armoniche, sintonizzando si estrae l'armonica desiderata ed il secondo è polarizzato come amplificatore lineare; le porte che seguono trasformano la sinusoide in onda quadra rendendone via via più ripidi i fronti ad ogni successivo attraversamento.

E' importante fissare rigidamente con del collante epossidico bicomponente sia i toroidi sia i trimmer i quali peraltro non hanno un terminale riferito a massa, ho usato due rettangoli di vetronite priva di rame per sostenere in modo affidabile i circuiti risonanti. 

La regolazione dei trimmer è molto dolce e può essere fatta sia nel dominio del tempo con un oscilloscopio sia in quello della frequenza con un analizzatore di spettro; consiglio l'oscilloscopio che consente una regolazione accurata della forma dell'onda. 

Per completezza allego la foto della prima versione con i PLL che ha rappresentato un clamoroso insuccesso.

Riferimenti: 

http://techlib.com/files/hcmos.pdf

https://gusbertianalog.com/frequency-multiplier-cmos/