Eliminando el zumbido de la red de los osciladores RF LC de frecuencia modulada

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Estoy tratando de construir un oscilador LC de frecuencia modulada pero todos los circuitos que he intentado tienen un zumbido terrible después de la demodultaion.

El oscilador está sintonizado por un sensor capacitivo, pero en su lugar estoy usando un condensador fijo hasta que resuelvo este problema. He probado diferentes topologías: Franklin, Clapp, Vackář, Hartley en diferentes frecuencias de 60 a 500 MHz, pero no hay diferencia entre ellas en términos de zumbido de red. Estoy usando un receptor SDR para la demodulación, funciona bien y no puede ser la fuente del zumbido. Usar la batería en lugar del suministro de CA no ayudó. Estoy usando condensadores de 10 µF y 10 nF para desacoplar. El uso de inductores físicamente más pequeños ayudó un poco, pero el ruido sigue siendo inaceptable.

Como se sugiere en los comentarios, he probado todos los nodos del circuito con y sin alimentación, y el componente de 50 Hz aparece solo en la salida de la antena.

Aquí hay algunos dibujos de PCB, ¿tal vez hay errores en el enrutamiento?

Fig. 1: topología Vackář, el transistor es BF545C

Fig.2:topologíadeFranklin,ambostransistoressonATF-38143

[UPD:]

Cargando mi configuración y esquemas según lo solicitado. La configuración es solo un receptor SDR y el oscilador con un trozo de cable en la salida como una antena improvisada. El sensor capacitivo C var está ausente, ya que estoy usando un condensador fijo C 4 en su lugar.

Fig. 3a:  

Fig.3b: 

Fig. 3c:  

[UPD2:]

SNRa50Hzesde4.3dB.LadesviaciónmáximadefrecuenciaparaelosciladorFranklinesde290kHz,lapotenciadesalidaesde7.8dBm,elniveldeseñalrecibidoesde–26dBFS.Poneratierraelportátilnohaceningunadiferencia.

[UPD3:]

HehechounanuevatablaconunplanodetierrayunescudoEMIdeníquelplateado.HeagregadounreguladorLD1117de1.8VycondensadoresdedesacoplamientoNPPde100pFy390pF,ytodavíanotengosuerte.Nohaycambiossignificativosenelrendimientodelruido.Desafortunadamente,nopudeencontrarunacajadehierroparacolocartodoelcircuito,peroestoycasisegurodequeexistenalgunastécnicasinteligentesdediseñodecircuitosyPCBquenorequierenprotecciónmagnética.Porejemplo,heprobadoelreceptorSDRenuntransmisordeFMbaratosinblindaje:nohayningúnzumbido,inclusoconelvolumenalmáximo,porloqueelculpableesdefinitivamenteeldiseñodelcircuitoylaPCB.

Aquíhayalgunasfotosdeltablero(perdónporelflujo,tratédeeliminarloperofallé)

Fig.4a:

Fig.4b:

Fig.4c:

También,comosesugiereenlarespuestaacontinuación,grabéunIFdemireceptorSDRygenerésuespectroabajasfrecuencias.

Fig.5a:SinelescudoEMI.

Fig.5b:ConelescudoEMI.

[UPD4:]

Ahoraesoesinteresante.

ElaumentodeC4(verFig.3c)reduceelruidosignificativamente.Mirelosespectrosdelaseñaldemodulada(elcomponentede440HzesunaseñaldepruebagrabadadesdeelsensorparalamedicióndeSNR):

Fig.6a:C4=1.5pF

Fig.6b:C4=2.7pF

Desafortunadamente,notengootroscondensadoresenelrangoentre1y10pFpararealizarmáspruebas(elosciladornocomenzaráconC4≥10pF).SupongoqueelruidodelalíneadeCAelegidoporlastrazasdePCByL2cambialacapacitanciadelapuertadeJ1yaumentaelvalordeC4Reducelainfluenciadeesoscambiosenlafrecuencia.Estotambiénseconfirmaagregandounafuentederuidofuerte,porejemplo,Unteléfonocelularhaciendounallamada.PuedevergrandespicosenlaFig.6cylafrecuenciaaumentacuandoagregounafuentederuido,loquesignificaquelacapacidaddelacompuertadeJ1esinversamenteproporcionalalvoltaje.Tienesentidoparami.ParecequenecesitoreducirelacoplamientoentreJ1yeltanqueLCoagregarunfiltrodepasoaltoentreellos,peronoestoysegurodecuáleslamejorformadehacerlo.

Fig.6c:

    
pregunta hidefromkgb

4 respuestas

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Gomunkul (en comentarios) & @ user287001 puede haber resuelto la mayor parte del problema del zumbido:

  

Probablemente sea su sonda o la antena que atrapa el zumbido del aire porque el condensador es un circuito abierto para 50Hz.

C6 puede ser un capacitor de baja calidad que varía la capacitancia con el voltaje:

  • Use un buen condensador C0G aquí (es probable que 100 pf sea demasiado) o uno clasificado para microondas.

  • Termine la antena con una resistencia a tierra, para reducir el campo eléctrico a través de C6 inducido por aparatos cercanos a 50 Hz, luces.

  • Agregue una etapa de búfer con un buen S12 bajo entre el oscilador y la antena.

Hay otro posible mecanismo de zumbido, algo menos probable ...
Este oscilador con antena puede considerarse un receptor de conversión directa en bruto: sus oscilaciones sirven como oscilador local del receptor. Con tales voltajes de polarización de CC de bajo voltaje, las uniones de dispositivo activo de este oscilador pueden tener variaciones significativas de capacitancia con cambios en el voltaje. Cuando una unión ve tanto la señal transmitida (fuerte) como la recibida (débil), su voltaje de polarización puede variar, dependiendo de la relación de fase entre las dos señales.

Muy lejos, algunas uniones de diodo pueden recibir alguna señal transmitida desde su oscilador. Donde estas uniones también están activadas & Apagados mientras se rectifican las redes de 50 Hz, retransmiten 50 Hz. Señal modulada de vuelta al oscilador a través de cables o trazas. En UHF, incluso un cable corto se convierte en un elemento de antena acoplada en este sistema de 2 elementos. El diodo modulado de 50 Hz puede inyectar un cambio de fase en el oscilador. Está característicamente lleno de armónicos, ya que los diodos modulados de 50 Hz cambian de encendido a apagado bastante rápido. Los armónicos de 50 Hz de su espectro parecen bastante fuertes.
Los diodos rectificadores de la fuente de alimentación de CC son a menudo la fuente.
Los circuitos de iluminación LED podrían ser otra fuente.
Su frecuencia de cambio de teléfono celular también apoya esta teoría.

Puede probar este fenómeno con el siguiente circuito (incompleto):

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab


El dipolo de media onda se corta para la frecuencia UHF del oscilador bajo prueba. Su diodo se conecta entre cada elemento de onda 1/4. Se podría utilizar un generador de funciones de 1 kHz para encender y apagar el diodo en lugar de un oscilador de 555 kHz. Cuando este circuito "mosquito" está acoplado a la antena del transmisor, un receptor de monitoreo (AM PM o FM) puede detectar la señal de 1kHz. Alejar este circuito "mosquito" del oscilador en prueba debería reducir la salida audible del receptor de monitoreo.

Un aparte: este mismo mecanismo de acoplamiento a veces está presente en el radar Doppler y en las alarmas antirrobo de detección de movimiento. En este caso, la fase cambia a medida que la distancia de la señal reflejada varía con respecto al oscilador de señal UHF. Puede obtener más información al buscar en Google "zumbidos que se pueden sintonizar" o zumbidos ajustables.

    
respondido por el glen_geek
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Su esquema es incorrecto en el modelo físico real, por lo que no funcionará como se esperaba en su esquema.

Por ejemplo, su tapa de desacoplamiento de 0.1uF es de aproximadamente 20nH en las 2 derivaciones de 2 cm y 1 mm de grosor (est) y 1 cm de longitud de la pista. Mientras tanto, su resonador usa 33nH, por lo que su suministro tiene poca impedancia y, como otros sugieren, tal vez se necesite 100pF en una pequeña tapa SMD. El diseño general es demasiado grande sin un plano de tierra y, por lo tanto, tiene un área de antena de bucle grande para irradiar y recibir campos eléctricos dispersos.

Estoy de acuerdo en que la mayor parte de su zumbido se debe a la gran distribución > 5% de una longitud de onda para el suministro, la conexión a tierra y el circuito. Esto hace que sea propenso al ruido radiado y al ruido de fondo conducido. Usar un balún RF CM o un estrangulador RF CM es esencial para que su suministro de CC lo desacople de las conexiones a tierra de CA además de una tapa de RF, preferiblemente una tapa NPO de 100pF para la ESR más baja.

Sin un analizador de espectro de banda IF super estrecho (< 100Hz) para examinar AM vs FM, es imposible saber cuánto ruido hay en su SDR y cuánto hay en la Tx. Pero de cualquier manera, el zumbido se encuentra principalmente en su diseño de LCO y en las rutas de alimentación / retorno de CC. Si tuvieras un laboratorio gen RF. , entonces puede validar su SDR y una buena RF SA para validar su fuente de ruido.

Cuando hicimos VCO a mediados de los 90 para la banda ISM de 928 MHz, creamos híbridos cerámicos personalizados con tapas de metal personalizadas soldadas sobre el híbrido soldado a un sustrato GETEK FR4 con otro plano de tierra > 60 dB CNR (relación portadora a ruido y ruido de fase bajo para un ancho de banda Tx de 6 kHz utilizado para la lectura automatizada de medidores bidireccionales.

  • La constante dieléctrica, la tangente de pérdida de sustrato y la capacitancia del escudo desempeñaron un papel en el diseño y recuerdo que en el momento en que 603 tamaño 47pF NPO con RCPF de 2 etapas se usó para reducir el ruido de suministro para llegar a 10 ohmios, luego se utilizó un diseño con baja sensibilidad de suministro con fuentes de corriente a diferencia de esta. Ahora Murata hace topes de ESL bajos de 100pF o más para cubrir este espectro que es más ancho que largo.

lecciones para aprender

  • Cómo calcular y medir la inductancia, ESL y ESR de cables y componentes pasivos.
  • Cómo validar RF con un SA para aislar las causas principales del ruido.
  • Cómo descubrir cómo el diseño crítico con opciones para planos de tierra, líneas de banda, microstrip y escudos de cobertura para minimizar la interferencia mediante la teoría de la guía de ondas, impedancias controladas, sensibilidad a la interferencia y la antena - Cómo medir técnicas de medición de pérdida de retorno y cómo mejorar la pureza espectral Los resonadores Q más altos y el suministro Q bajo se desacoplan con el rechazo de CM.
  • Esto es solo un comienzo y la experiencia es lo que hace que los ingenieros de diseño de RF valgan más que otros. (No me considero una, pero he aprendido de lo mejor para saber).

Palabras finales

Si domina la Ley de Ohmios para RF usando calculadoras para la impedancia de pistas, cables y capacidad de acoplamiento entre líneas de línea, puede comprender mejor cómo usar un balun para aumentar la impedancia de CM y luego atenuar con las cargas en derivación mientras controla la impedancia diferencial. Esto se aplica a las redes PHY de 1 GHz, así como a los diseños de su Oscilador, de modo que pueda observar diseños similares para ver estas características y aplicar relaciones de impedancia y Q del resonador para controlar la SNR resultante. Todo está en las complejas relaciones de impedancia, como una versión bidimensional de la ley de Ohm con impedancia reactiva, luego comienza a verse más simple con los efectos de apertura de la antena. (Antena de bucle direccional)

    
respondido por el Tony EE rocketscientist
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Si las bobinas más pequeñas ayudan, su circuito probablemente atrapa campos magnéticos. Pueden ser bastante fuertes cerca de transformadores o lámparas fluorescentes.

Su sensor no puede estar en otro lugar que no sea su placa de circuito a 500MHz. Supongo que percibe aceleración, humedad, algo de gas o presión. Probablemente pueda colocar su circuito en una caja de hierro blando y grueso que provoque un cortocircuito en los circuitos magnéticos externos, incluso cuando tenga algunos orificios para la conexión necesaria al aire externo. Necesita un regulador de voltaje local para mantener los campos de CA fuera del voltaje de operación de 2VDC.

Sincronice su alcance con la red de CA y vea, es el zumbido estable en la pantalla de alcance. Si no es así, su circuito oscila a unos 50 Hz.

Prueba también, es su circuito mecánicamente microfónico. He hecho un transmisor que (sin querer) recogió vibraciones bastante débiles.

Usted escribió "50Hz CA está presente solo en la salida de la antena" Probablemente sea su sonda o la antena que atrapa el zumbido del aire porque el capacitor es un circuito abierto a 50Hz.

Los armónicos hum + de la red también se pueden filtrar de la señal demodulada mediante el software de filtrado. El filtrado es esencial, por ejemplo, en las pruebas cerebrales o cardíacas y en la limpieza de las señales de audio.

Prueba tu receptor con otro transmisor. Es el receptor en sí mismo libre de zumbidos.

    
respondido por el user287001
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Entiendo que un osciloscopio es caro (a menos que usted viva en los EE. UU. He visto muchos telescopios baratos a 500 MHz o más en eBay). Debería obtener un generador de señal y un milivoltímetro para esas frecuencias (podría estar bien con un SDR para el milivolímetro, dependiendo de lo que tenga). Por las fotos que adjuntas sospecho que el oscilador no funciona en absoluto. Eso no es lo que parece una sinusoide (ya sea 400 MHz o 50 Hz, una sinusoide es una sinusoide). Cualquier forma que tengas allí es tan fea que ni siquiera puedes nombrarla. Intente analizarlo en dos pasos: primer paso, asegúrese de que puede amplificar una señal en ese rango. Segundo paso: verifique qué hace su retroalimentación ajustada en ese rango. Sí, necesitas un generador de señales para eso. Puede usar el SDR como milivoltmeter / scope, pero necesita un generador de señal. Si hubiera tenido zumbido, debería 1) haber desaparecido de la fuente de alimentación de la batería o 2) estar presente incluso después de retirar la batería.

    
respondido por el user114883

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