Diseño de transformador de RF para un sensor de variación de capacitancia

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Así que estoy tratando de diseñar un sensor de vibración de capacitancia variable y la mejor implementación que encontré es un convertidor de capacitancia a fase.

He usado:

  1. un periférico NCO PIC16F15323 para controlar la frecuencia de entrada para compensar grandes capacitancias parásitas
  2. un circuito RLC simple como en los detectores de cuadratura para medir la capacitancia
  3. una puerta XOR para medir el cambio de fase
  4. un filtro de paso bajo activo para amplificar la señal de audio

El delta de capacitancia máxima es de 1.5 pF, la frecuencia máxima del oscilador es de 11 MHz, pero planeo reducirlo a 7–8 MHz.

Los resultados son satisfactorios, pero recientemente me topé con circuitos de micrófonos de condensador que usan transformadores para la detección de fase. Creo que tienen un rendimiento mucho mejor en comparación con mi configuración ya que los transformadores, a diferencia de las compuertas XOR, no agregan fluctuaciones y son capaces de amplificar el voltaje sin ruido, lo que permite deshacerse de un amplificador de amplificador operacional ruidoso.

El problema es que nunca he trabajado con transformadores de RF y me gustaría saber cómo elegir los parámetros correctos para un transformador de destino. Aquí hay algunos circuitos que me gustaría usar; ver más abajo.

Mis preguntas son:

  1. ¿Cómo elijo un transformador adecuado?
  2. ¿Cómo conecto un oscilador CMOS a él?

( fuente )

    
pregunta hidefromkgb

1 respuesta

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Historia corta: en mi opinión, no cambies tu idea básica cubierta en tus puntos (1 a 4)

Ambos circuitos de "transformador" que ha ofrecido parecen usar tipos de mezcladores de doble balanceo que demodulan el audio del micrófono después de que el micrófono haya modificado el cambio de fase de un oscilador.

El micrófono se excita a la frecuencia XTAL mediante un devanado directo (esquema de Sennheiser) o mediante un condensador (1 pF, C5) en el segundo diagrama. La etapa del mezclador es como el mezclador balanceado tradicional que usa transformadores: -

Novoyaentrarendetallessobrecómocadacircuitodelapreguntautilizaunmezcladordobleequilibradosimilaraltradicionalenmifoto.Siquieresmásdetalles,tendrásqueestudiarunpocomás.

Bastacondecirqueunmezcladorequilibradodobletieneunapropiedadfundamentalquelohaceútilpara"mezclar" dos señales de RF y que es multiplicación de señales .

Y lo que se obtiene con la multiplicación de la señal es un nivel de salida que puede variar significativamente con las amplitudes, es decir, que puede se puede usar como detector de fase, pero es necesario que las amplitudes de señal y referencia se mantengan estables. obtenga un nivel de salida de CC de ángulo de fase que también se hace un tanto erróneo por las variaciones de amplitud en las señales de entrada.

Entonces, para usar DBM con precisión como detector de fase, debe tener un circuito limitador o saturar el mezclador.

Dado que está operando a (solo) 11 MHz, hay algunas puertas EXOR bastante rápidas que pueden hacer el trabajo. Después de todo, ya tiene un oscilador en los niveles CMOS y el circuito del tanque (alimentado a través de una resistencia) desde su oscilador puede tener un nivel de salida que se amplifica fácilmente a los niveles de CMOS a través de un rápido disparador schmitt (hay mucho para elegir), por lo que, en mi humilde opinión, esta es la mejor ruta a seguir.

  

a diferencia de las puertas XOR, no agregue jitter

Usted está operando a 11 MHz y su ancho de banda base podría ser (por ejemplo) 50 kHz, entonces, ¿cuál cree que será el problema del jitter? A (digamos) 50 kHz, habría 220 ciclos de vibraciones de reloj de esta manera y así, pero si promedia el efecto de la fluctuación de fase, ¿cuánto ruido de banda base realmente estará presente?

Puedes simular esto fácilmente y descubrir BTW.

Piense en todos los chips receptores de RF que utilizan las células de Gilbert para realizar la multiplicación de forma electrónica. ¿Cuánto ruido producen cuando demodulan (digamos) una transmisión de FM con detección de cuadratura? ¿Todos estos chips son tan ruidosos como el infierno? No, no lo son, pero se podría decir que están operando en frecuencias portadoras aproximadamente diez veces más altas que 11 MHz, por lo que el filtrado de la banda base será diez veces mejor.

Pero esos mezcladores de células gilbert están tratando con una señal de RF de bajo nivel, una señal que es mucho más pequeña que la que aparece en su tanque. Entonces, ¿qué es una célula de gilbert?

Su precursor fue un intento de diseñar una compuerta OR exclusiva que nos remite a mi afirmación original de que realmente no creo que vaya a mejorar utilizando una compuerta EXOR que actúa como detector de cuadratura.

He diseñado o diseñado sondas de capacitancia sensitivas y el nivel mínimo de señal delta fue inferior a 20 femto faradios; en otras palabras, este cambio en la capacitancia podría discernirse en la salida de demod cuando se conecta a un osciloscopio.

    
respondido por el Andy aka

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