用免费的4层PCB，做了个很好用的仪器！实测一下！

作者：时间：2024-09-27 来源：嘉立创

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做了个便携时钟源，4层板。

本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/202409/463299.htm

主控采用STM32F411。

下文将分享——功能/亮点，实测说明，硬件设计，软件设计，成本说明，开源网址

一、功能/亮点

输出20M-9800MHz射频信号，两个射频信号，一个参考输入，一个参考输出
使用上位机、串口控制
频率分辨率到1hz
单个TYPEC口供电+通信+上位机图形化配置，无需单独配置各种寄存器，即插即用
板载ocxo作为基准或锁定外部基准，支持锁定内部/外部参考信号输入
整机启动时（恒温晶振预热）功耗约为4W，运行时稳定功耗约为2W-3W。
硬件配置：1个type-c、6个状态指示灯。含：电源正常指示、锁定指示，实用内部OCXO指示、使用外部参考源指示、两个射频信号是否输出指示

二、实测一下

1.射频信号相噪特性

6GHz测试相位噪声：100hz处约 -70dBc

受限于仪器设备该档位的底噪（实际相噪会更小），无法测到更远位置的相位噪声情况。

测试仪器：Keysight N9000B
输出功率：0dBm
RBW：5.1Hz

在RBW=1Hz条件下测试。

6GHz测试相位噪声：100hz处约-80dBc

2.射频信号输出

下图为SDS804测试的114.5141MHz，双通道输出。

下图为Keysight测试的7.1GHz输出波形与FFT谱。

由于该PLL的VCO最大振荡频率为7100MHz，再往上需要使用片内的倍频器对VCO进行倍频，因此有较大的次谐波（怀疑是芯片没做次谐波的抑制），测试结果如下图所示。

可见FFT谱中9.8GHz输出时，有较大的4.6GHz的次谐波成分。

3.参考信号输出

测试仪器：Keysight

可正常输出10MHz参考信号，输出阻抗为50Ω，10MHz。峰值为1.72V，上升沿为330ps左右（甚至可以用来做TDR），如下图：

那么问题就来了，想做一个这样的“仪器”，如何设计软硬件呢？

三、硬件设计

原理图1

原理图2

原理图3

PCB图

1.说明

4层板，叠层：7628；板厚：1.6mm；RF单端：13.75mil

铝型材外壳尺寸23*54*80

内尺寸卡槽：51；板宽：47；最大高度：16

OCX0高度：12mm

四、软件设计

底层驱动基于C语言，使用STM32HAL库开发，开发软件为Keil v5。

1.UART驱动

串口发指令控制，有十余条指令，可覆盖基本功能，所有命令及解释如下图所示：

2.上位机

玩了玩QT6，简单写了个图形化上位机，该有的功能基本都有了，目前支持Win平台，可控制输出频率，参考信号切换，N分频模式，每个通道输出使能与关闭，每个通道的输出功率等。

3.实操说明

最主要的控制函数为LMX2592_WRITE_FREQ，用来配置PLL输出频率及基本寄存器。下面仅展示流程，详细代码见工程附件（参考第6章指引）。LMX2592寄存器部分代码在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 ********************/  }

与上位机通信、接收命令，发送状态函数在UART_CTRL.c /.h文件中，主要依赖strstr函数对命令进行检测。UART通信采用的中断接收。

 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
        }

上位机基于QT6 Cmake，比较简单，但基本功能均已实现。