Tragbarer Funktionsgenerator auf Basis des AD9833

Hallo,
Ich entwickle zur Zeit einen tragbaren ( Akku Betrieb ) Funktionsgenerator auf Basis einer AD9833 Breakout Platine.
Als Controller kommt ein AVR32DB32 Controller zum Einsatz.
Als IDE verwende Ich Microchip Studio ( Ehemals ATMEL Studio ).
Geplant ist ein 128x64 OLED Display.
Ein 128 x 64 LCD Matrix Display wäre zwar günstiger, ist aber langsam, stromhungrig ( Hintergrundbeleuchtung ) und vom Ablesewinkel her schlechter.
Als Eingabegerät soll ein kleiner Kreuzjoystick mit 2 Tasten zum Einsatz kommen ( Es könnten aber auch 6 Tasten werden ).
Die Kurvenformen Sinus, Dreieck und Rechteck + Rechteck TTL werden ausgegeben.
Ausgangsspannung wird etwa 7Vss mit einstellbarem gleichspannungs Offset sein ( Mal gucken, was der OP-AMP her gibt.
Als Modulationsarten sind FM mit einer Modulationsfrequenz bis 1kHz und AM bis 2kHz geplant.
Bei AM Modulation kommt evtl. noch ein Audio Eingang hinzu, der direkt auf den Modulator einwirkt.
Damit könnten dann Lanwellen und Mittelwellen Empfänger getestet werden.
Phasenmodulation wäre durch den Chip auch möglich, macht aber IMHO bei dem nutzbaren Frequenzband keinen Sinn.
Eine Sweepfunktion gibt es auch, die wird in 12Sekunden ein eingestelltes Band durchlaufen.
Als Sweepbänder hab Ich vorgefertigte vorgesehen, kann aber jederzeit erweitert und frei einstellbar gemacht werden.
Mehrere Audio Sweepbänder, ein oder mehrere Bänder für 400 bis 550 kHz ZF Filter sind vorgesehen.
Als Stromversorgung habe Ich 2 x 18650 LiIon Akkus vorgesehen.
Intern sind 2 x 5V Stromversorgungen geplant, an der ersten ( analog LowDrop ) soll der AD9833 und der AVR32DB32 hängen, an der zweiten wird ein DC/DC wandler mit +- 5V Ausgang für die Operationsverstärker nachgeschaltet. Dadurch könnte man dann problemlos die Versorgungsspannungen für die OP-Amp's vergrößern.
Als Ladeschaltung werd Ich eine fertige Platine mit USB Anschluss verwenden, die man bei Ebay günstig bekommt.

Wieso das Ganze:
Ich möchte ein tragbares autonomes Gerät, das ohne Stromanschluss oder Powerbank funktioniert.
Im Gerätemarkt hab Ich, ausser Einfachstgeräten, nichts passendes gefunden, deshalb hab Ich mich an eine Eigenentwicklung gemacht.

Wie weit bin Ich:
Auf einem Versuchsboard läuft der Frequenzgenerator, sowie FM Modulation und die Sweepfunktion.
Für AM warte Ich noch auf einen passenden Optokoppler mit FET Ausgang ( Ist bestellt ).
Frequenzen bis 4MHz schauen auch ohne Rekonstruktionsfilter gut aus, Ich werde aber die maximale Frequenz auf 3MHz festlegen.
Bei Frequenzen über 4 MHz wird das Ausgangssignal durch den AD9833 AM Moduliert. Das ist für ein Testgerät in meinen Augen inakzeptabel.
Deshalb die Beschränkung auf 3MHz - Das ist aber nur eine reine softwaremässige Beschränkung.
Für höhere Frequenzen seh Ich, bei einem tragbaren Gerät, auch keinen Nutzen, ausser evtl. ein 10,7MHz ZF Filter durch zu messen.
Auf ein anderes DDS Board mit höherer Ausgangsfrequenz ( die es durchaus gibt ) möchte Ich nicht gehen, da es hierbei wieder andere Probleme, z.B. bei der Modulation, gibt.

Wie geht es weiter:
Das Rekonstruktionsfilter ( LC T-Filter 4MHz ) wird getestet.
Als nächstes soll das Display eingebunden werden, dann die Eingabeelemente.
Läuft alles zur Zufriedenheit werde Ich eine Platine entwerfen und einen Prototyp bauen.
Wenn Ich erste Schaltpläne habe werde Ich die hier veröffentlichen.

Warum schreib Ich das alles?
Ich hab hier mal nur meine Ideen und den erreichten Fortschritt aufgeschrieben.
Eventuell hat ja jemand von euch noch Ideen für zusätzliche Features, oder Funktionen die so ein Funktionsgenerator unbedingt noch braucht.
Oder Ideen wie man z.B. die interne Stromversorgung verbessern könnte.
Vieleicht brauch Ich auch bei dem einen oder anderen Problem noch Euere Hilfe.
Z.B. Welche Op-Amps als "Endstufen" wären geeignet? Vorerst ist ein AD8038 geplant, den OPA892 hab Ich mir auch mal angesehen.
Oder es will sich jemand an der Entwicklung beteiligen?

Ich freue mich auf Euere Antworten...

Mein Display und der Eingabetaster wurden geliefert.
Die Frequenzeinstellung funktioniert schon so weit.
Die Features kommen nach und nach hinzu.
Anhang 36032
Ein Bild vom Versuchsaufbau, noch ohne Ausgangsfilter und Verstärker.
Oben Mitte das Display ( Ist in Wirklichkeit schärfer als auf dem Bild ).
Unten Mitte Rechts die Eingabetastatur.
Anhang 36033
Ein Oszillogramm, 2MHz direkt am Ausgang des AD9833 aufgenommen.
Sieht IMHO auch ohne Filter schon ziemlich gut aus.

Das ist ein interessantes Projekt.

Welche Ausgangsspannungen/Ausgangsströme möchtest du erreichen?

Ich will mir einen Takt-/PWM-Generator bauen, der bis in den kHz Bereich geht. Ich brauche aber Spannungen von bis zu 24V (Industrie). Beim Strom bin ich mir noch nicht sicher, sollte aber min. 500mA sein, eher höher.

MfG Hannes

Ich möchte 10V Spitze Spitze erreichen, am liebsten mit 5V Offset ( Der Offset wird aber vermutlich kleiner als 4V werden ).
Als Strom ( Kurzschlussstrom ) hätte ich so 200mA im Sinn - Der Abschlußwiderstand wird 50 Ohm haben.
Das ist aber nur eine Frage der Endstufe.
Als Endstufe habe Ich einen Operationsverstärker geplant.
Als Endstufentreiber würde Ich einen OPA892 einsetzen wollen ( Noch nicht getestet ).
Zum Messen der Ausgangsspannung wird wohl ein TL074 ( Rauscharm 13MHz G/BW ) zum Einsatz kommen.
1 inverter und jeweils einer als Spitzenwertgleichrichter für die negative, sowie die positive Halbwelle.
Daraus errechne Ich den Spitze Spitze Wert, sowie die Offsetspannung direkt am Ausgang ( nach dem Abschlusswiderstand ).
Der vierte soll als Stromquelle für den Optokoppler ( AM Modulation ) verwendet werden.
Als Stromversorgung für die 3 Operationsverstärker kommt ein DC/DC Wandler mit 2W rein.

Für die Stromversorgung hab Ich einen LOW Drop Spannungsregler mit 5V ( saubere Spannung ) für den Controller und den DDS Chip, Sowie einen 5V Schaltregler ( Leistung ohne Kühlkörper ) vorgesehen.
Der Schaltregler versorgt dann einen DC/DC Konverter 5V/+-5V ( könnte auch ein 5V/+-9V werden ), der nur die Operationsverstärker versorgt.
Somit kann Ich einen AGND und einen DGND schaffen die, wie von Analog Devices vorgegeben, am DDS Chip zusammen laufen.

Funktionsgeneratoren mit Stromanschluss hab Ich bereits zwei.
Mein Fokus liegt hier auf einem tragbaren Gerät mit Akkuversorgung.
Apropos Akku - Hier hätte Ich 2 18650 LiIon Zellen geplant = 7,4V nom.

Bei der von Dir gewünschten Leistung ( 12W, Bei 1A 24W ) wird wohl ein Netzbetrieb notwendig sein, sonst gibt das eine recht kurze Betriebsdauer.

Letztlich brauchst du dann einen Treiber, der dir deine gewünschte Leistung am Ausgang bringt und von 1Hz bis zur Maximalfrequenz linear verstärkt.
Deshalb hab Ich hier OP-Amps mit einem hohen G/BW Bandbreitenprodukt gewählt.
Wenn Dir ein erweiterter Audiobereich genügt könntest Du ja einen integrierten Audioverstärker nachschalten, der die von Dir gewünschte Leistung bringt.

Gestern hab Ich die AM und die FM Modulation getestet und die Frequenzen eingestellt ( Tabelle ).
Zuerst hatte Ich bei FM 64 Stützstellen für eine volle Sinusperiode vorgesehen.
Das musste Ich dann aber leider auf 32 Stützstellen reduzieren. Dafür konnte Ich dann die max. Modulationsfrequenz auf 1,5kHz erhöhen.
Bei AM sind mit 64 Stützstellen 2kHz möglich.
AM läuft über den integrierten DAC des AVR32DB32. Die dafür nötigen A/D Werte kann Ich erst nach Erhalt des Optokopplers einstellen 10%, 50% und 90% Modulationstiefe sind geplant. Über diesen Op. könnte man dann auch ein Audiosignal einspeisen und somit AM Modulierte Audiosignale bis zum Anfang des Kurzwellenbereichs zum Testen von Empfängern generieren - Mal gucken.

Alle Modulationsarten laufen jeweils in einem eingenen Timer Interrupt.
Die jeweiligen Interrupts werden bei Bedarf freigegeben oder gesperrt, es läuft immer nur ein Interupt - Der AVR32 hat ja genügend 16Bit Timer.

Das Gerät wird vermutlich im Nachbau nicht billig.
Die teuersten Bauteile sind die HF-OP's, das Display und die beiden DC/DC wandler - Der Rest ist absolut im Rahmen.

Ja, mal soviel zum Stand der Dinge.

Zitat:

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Ich will mir einen Takt-/PWM-Generator bauen, der bis in den kHz Bereich geht. Ich brauche aber Spannungen von bis zu 24V (Industrie). Beim Strom bin ich mir noch nicht sicher, sollte aber min. 500mA sein, eher höher.

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Wenn's nicht zu hoch in den KHz bereich geht, kannst Du diese Signale mit einem AVR32DBxx direkt erzeugen.
Der Controller kann bis 24MHz getaktet werden - Auch intern, ist aber ungenau.
Der TimerA (TCA0) hat ein TOP Register, mit dem kannst du Quasi die Periodendauer einstellen, sowie Output Compare Register eins kann dann die Pulsbreite festlegen.
Bei Prescaler 1 und 10 Takten pro Periode wären 2,4MHz bei min 10% impulsweite möglich - Das macht natürlich keine Audio Endstufe mit.
Der Rest ist Mathematik ( Periodendauer / Impulsbreite ).
Wenn Du mit 16Bit für den ganzen Bereich auskommst ( sollte gehen, weil Du ja auch den Prescaler umschalten kannst ) geht das sogar ohne Interrupts ( Wenn Du mit Glitches beim Umschalten leben kannst ) .
Ansonsten kannst Du auch mit Overflow und Comparematch Interrupts arbeiten, das wird dann flexibler.
Ein 0,96" OLED Display dahinter mit TWI oder SPI ( der AVR32 hat jeweils 2 davon ) als Anzeige macht das Ganze auch günstig.
Eine größeres Audio Endstufen IC dahinter ( 12V KFz Brückenendstufe ?! ), dann sollte alles soweit gut sein. - So wäre mein Lösungsansatz.
Ob eventuell ein Schrittmotor Treiber höhere Frequenzen schafft müsste man im Datenblatt gucken.

Wenn Du es wirklich tragbar haben willst könntest Du evtl. einen 4 zelligen LiPo ( nom.14,8V; 16,8V wenn voll ) aus dem Modellbaubereich nutzen.
Bei 5000 mAh ca. 500g hättest Du eine Betriebsdauer von ca. 6Stunden bei 12W.

Nur mal so ein paar Gedanken zu Deinen Anforderungen....

Ich hab gerade mal ein wenig an der Endstufe rum gemacht und die läuft so einigermassen.

Neue Oszillogramme:
Anhang 36034
Hier ein Screenshot nach dem Verstärker, kurz bevor er in die Begrenzung geht.
Anhang 36035
Hier noch mal ein Bild mit voll aufgedrehtem Offset, auch kurz vor der Begrenzung.

Die Ausgangsspannung ist mir noch ein wenig zu niedrig.
Ich werde wohl doch auf den OPA892 und einen +-9V Spannungswandler wechseln.

Die "Unsauberkeiten" schieb Ich mal eher auf meinen Aufbau auf einem Steckbrett, als auf Probleme mit der Schaltung.
Ein Handeffekt bei den Potis ist auch fest zu stellen.

Mein Tester soll nicht mobil sein, da ich an den Steuerungen/Geräten im Normalfall 24VDC zur Verfügung habe. Attiny und Atmega habe ich bereits hier. Ich werde den Attiny25 verwenden, der hat eine PLL auf 64Mhz. Mein Plan ist den PLL laufen zu lassen und danach den Prescaler einzustellen (beim Start des uC) und im Betrieb die Frequenz/PWM mittels Poti einzustellen.

Ich brauche den Taktgenerator nur zum Testen von digitalen Eingängen, Schrittmotorsteuerungen,....

Aktuell wird das aber weiter nach hinten geschoben. Habe noch einige Sachen zum Fertigmachen bzw. andere Projekte.

Die Idee habe ich aus einem Elektor Heft. Welche Ausgabe weiß ich aber aktuell nicht, müsste suchen, ist aus den letzten Jahren.

Aber bei dir geht es sehr gut vorwärts.

MfG Hannes

Guck Dir trotzdem mal das Datenblatt der AVRxxDBxx Serie an.
Da wären auch Operationsverstärker mit eingebaut, wenn Du die brauchst.
Ich könnte mir vorstellen, das Du die OP-AMP's als Dreieckgenerator benutzt und mit dem DA Wandler die Pulsweite einstellst.
Obwohl Ich das persönlich lieber mit nem Timer machen würde.

Beim Einstellen mit Poti musst Du im Nachgang halt die Frequenz und die Pulsweite messen.
Bei der Timer Methode könntest Du das berechnen - Dann würde Ich aber einen Quarz für den Controller verwenden.

Nachteil, Du brauchst für diese DB Chips einen UPDI Programmer - Aber das ist ja bei den neueren Tiny's genauso.

Die AVR DB Serie schaut sehr gut aus, ich habe aber noch einige Atmegas/Attinys, die ich verbrauchen muss. Debugger wäre kein Problem, habe den Atmel ICE zuhause.


Zum "Taktgeber":

Ich habe den Elektor-Artikel gefunden, ist in der Ausgabe 8/2022 zu finden => https://www.elektormagazine.de/magaz...ktor-262/60751
Die Schaltung ist aber sehr rudimentär, ohne Schutz bzw. Tauglichkeit für Industrie.


Ich möchte eine Versorgung 24V=>5V integrieren, PNP/NPN/PUSH-Pull Endstufe, Schutzfunktionen,...

Als Steuerung möchte ich Potis verwenden (wie im Artikel auch). Als uC möchte ich aber den Attiny 25/45/85 verwenden (weiß jetzt aktuell nicht welchen ich habe). Dieser hat eine PLL mit bis zu 64MHz und einen möglichen Prescaler von 1 bis 16384.

Die Genauigkeit ist nicht hoch, möchte hauptsächlich digitale Eingänge (z.B. SPS) und Aktoren testen. Eventuell noch Impulseingänge für z.B. Schrittmotoren,...
Also nichts wo man eine exakte Frequenz benötigt. Leider hat der Attiny nur 8bit Timer, 10bit oder mehr wären mir lieber.


Wie schaut es bei deinem Projekt aus? Schon weiter?

MfG Hannes

Zitat:

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Wie schaut es bei deinem Projekt aus? Schon weiter?

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Der geplante TL074 als Spitzenwertgleichrichter ist viel zu langsam, bei ca. 100kHz wird das Ausgangssignal immer kleiner ( von wegen GBW 13MHz ).
Ich werde an dieser Stelle einen LT1633 testen.

Bei höheren Frequenzen hab Ich leider nur 8Vpp.
Da möchte Ich dann den OPA892 als Endstufe und den OPA810 als Treiber einsetzen und die Spannung für die OP's auf +-9V erhöhen.
Sonst müsste der Gleichspannungsoffset ziemlich klein bleiben.
Die OP-Amps die Ich bis jetzt drin habe vertragen leider nur +-6V.
Als AM Modulationsquelle möchte Ich einen Optokoppler mit FET Ausgang H11F1M benutzen.
Die AM Modulation funktioniert im Prinzip, leider ist das Signal alles andere als linear ( siehe Bild ), zudem stimmte das Datenblatt des Optokopplers ( H11F1M ) nicht mit den Typen überein die Ich bekommen habe.
Laut Datenblatt ist der Ausgang auf 4 und 6. Bei meinen war er aber auf 4 und 5.
Ich möchte nun den Ausgang des Optokoppler's mit einer Gleichspannung vorspannen und das AM Signal über einen Kondensator einspeisen.
Am Optokoppler Ausgang müssen immer mindestens 0,1V anliegen, damit er linear arbeitet, wenn man dem Datenblatt glauben kann.
Anhang 36036

Die o.g. Bauteile hab Ich erst gestern bekommen.
Ich muss Die erst mal auf Adapterplatinen löten, damit Ich die auf mein Versuchsboard kriege.
Das sollte übers Wochenende klappen.

Das ist der aktuelle Stand - wenn Du eine gute Idee für die Amplitudenregelung ( AM ) hast, immer her damit.


Zu Deinem Projekt:
Also ein ATMEGA hat mindestens einen 16Bit Timer, Die A-Typen laufen auch mit 20MHz.
Der Nachteil ist, das die Timer immer bis zum Höchstwert laufen, OK CTC wäre auch möglich.
Der zweite Comparematch würde dann die Pulsweite bestimmen.
0,3Hz bis 2MHz sollten möglich sein.
Ob das geht hab Ich so noch nicht getestet.
Bei niedrigen Frequenzen müsstest du den Prescaler erhöhen, dann geht das auch für ganz niedrige Frequenzen.
Die Potis könntest Du über den A/D Wandler 10Bit abfragen ( Ich denk mal, das ELEKTOR das auch so gemacht hat ) und das Signal mit dem Timer generieren.
Als Anzeige würde Ich nach wie vor ein LCD oder OLED Display nehmen, das dann die aktuellen Werte anzeigt.
Das nur über die Potis und ne PLL zu machen wäre mir viel zu ungenau.
Wenn Du als Spannungsregler z.B. einen TSR 1-2450 ( max. Eingangsspannung 36V für die 5V Versorgung nimmst, sparst Du den Kühlkörper, der bei einem 7805 nötig wäre und auch Strom auf der 24V Schiene.
Als Absicherung wären evtl. Permafuses geeignet - Die müssen nicht bei jedem Auslösen ausgetauscht werden.
Günstige 2x16 Displays gibt's für unter 5,-€.
0,96" OLED für um 1,-€ bei eBay.
Librarys für beides sollten sich finden lassen.
SPI und TWI haben die Megas ja auch alle.

Das sind nur Vorschläge, realisier das bitte so wie es Dir am Besten passt!