Frekans modülasyonlu RF LC osilatörlerinden şebeke gerilimini ortadan kaldırma

Frekans modülasyonlu bir LC osilatör kurmaya çalışıyorum, ancak denediğim tüm devrelerin demodultayondan sonra korkunç şebeke uğultusu var.

Osilatör kapasitif sensör tarafından ayarlanır, ancak bu sorunu çözene kadar sabit bir kapasitör kullanıyorum. Farklı topolojiler denedim: Franklin, Clapp, Vackář, Hartley, 60 ila 500 MHz arasındaki farklı frekanslarda, ancak şebeke uğultusu açısından aralarında fark yok. Demodülasyon için bir SDR alıcısı kullanıyorum, iyi çalışıyor ve uğultu kaynağı olamaz. AC kaynağı yerine pil kullanmak yardımcı olmadı. Dekuplaj için 10 µF ve 10 nF kapasitörler kullanıyorum. Fiziksel olarak daha küçük indüktörler kullanmak biraz yardımcı oldu, ancak gürültü hala kabul edilemez.

Yorumlarda önerildiği gibi, tüm güç düğümlerini devreye güç vererek veya güçsüz olarak test ettim ve 50 Hz bileşen sadece anten çıkışında görünüyor.

İşte bazı PCB çizimleri, belki de yönlendirmede hatalar var?

1: Vackář topolojisi, transistör BF545C'dir

Şekil 2: Franklin topolojisi, her iki transistör de ATF-38143'tür

[UPD:]

Kurulum ve şemalarımı istendiği gibi yüklüyorum. Kurulum sadece bir SDR alıcısı ve çıkışta geçici bir anten olarak bir tel parçası olan osilatördür. Bunun yerine sabit bir kapasitör C ₄ kullandığım için kapasitif sensör C _var mevcut değil.

Şekil 3a:

Şekil 3b:

Şekil 3c:

[UPD2:]

50 Hz'deki SNR, 4.3 dB'dir. Franklin osilatörü için maksimum frekans sapması 290 kHz, çıkış gücü 7,8 dBm, alınan sinyal seviyesi –26 dBFS'dir. Dizüstü bilgisayarın topraklanması fark etmez.

[UPD3:]

Bir yer düzlemi ve nikel gümüş EMI kalkanı ile yeni bir tahta yaptım. Bir 1.8V LD1117 regülatörü ve 100pF ve 390pF NP0 ayırma kapasitörleri ekledim - ve hala şans yok. Gürültü performansında önemli bir değişiklik yoktur. Ne yazık ki, tüm devreyi koymak için bir demir kutu bulamadım, ancak manyetik koruma gerektirmeyen bazı akıllı devre ve PCB tasarım teknikleri olduğundan neredeyse eminim. Örneğin, SDR alıcısını ucuz korumasız bir FM vericisinde test ettim: maksimum ses seviyesi ile bile hiç uğultu yok, bu yüzden suçlu kesinlikle devre ve PCB tasarımı.

İşte tahta bazı fotoğraflar (akı için üzgünüm, kaldırmaya çalıştım ama başarısız oldu)

Şekil 4a:

Şekil 4b:

Şekil 4c:

Ayrıca, aşağıdaki cevapta önerildiği gibi, SDR alıcımdan bir IF kaydettim ve spektrumunu düşük frekanslarda ürettim.

Şekil 5a: EMI kalkanı olmadan

Şekil 5b: EMI kalkanı ile

[UPD4:]

Şimdi bu ilginç.

C Artan ₄ gürültüsü önemli ölçüde azaltır (Şek. 3C). Demodüle edilmiş sinyal spektrumlarına bakın (440 Hz bileşeni, SNR ölçümü için sensörden kaydedilmiş bir test sinyalidir):

. Şekil 6a: C ₄ = 1.5 pF

. Şekil 6b: C ₄ = 2.7 pF

Ne yazık ki, daha fazla test yapmak için 1 ile 10 pF arasında başka kapasitörlerim yok (osilatör C ₄ ≥ 10 pF ile başlamayacak ). Ac hattı gürültü PCB izleri ile toplanmış ve L tahmin ₂ J kapısı kapasitans değişikliği ₁ , ve C değerini artırmak ₄ frekansta bu değişikliklerin etkisini azaltır. Bu ayrıca güçlü bir gürültü kaynağı, örneğin arama yapan bir cep telefonu eklenerek de onaylanır. Sen Şek. 6c üzerinde büyük çiviler görebilirim ve J geçit kapasitansı, yani bir gürültü kaynağı eklerken frekans aslında artırmak gelmez ₁ gerilime ters orantılıdır. Bana mantıklı geldi. Ya J arasındaki bağlantıyı azaltmak gerekiyor gibi görünüyor ₁ ve LC tankına ekleyin veya aralarına yüksek geçirgen filtreler ekleyin, ancak bunu yapmanın en iyi yolunun ne olduğundan emin değilim.

Şekil 6c:

Gomunkul (yorumlarda) & @ user287001 uğultu sorununun çoğunu çivilemiş olabilir:

Muhtemelen probunuz veya anten havadaki uğultuyu yakalar, çünkü kapasitör 50Hz için açık bir devredir.

C6, kapasitansı voltajla değiştiren düşük kaliteli bir kapasitör olabilir:

• Burada iyi bir C0G kapasitör kullanın (100 pf muhtemelen çok fazla) veya bir mikrodalga için derecelendirilmiş.

• Yakındaki 50 Hz cihazlardan indüklenen C6 üzerindeki elektrik alanını azaltmak için anteni toprağa bir dirençle sonlandırın.

• Osilatör ve anten arasında hoş bir düşük S12 bulunan bir tampon aşaması ekleyin.

Orada ise biraz daha az olasıdır .... başka bir olası hum mekanizması
antenle Bu osilatör bir ham direkt dönüşüm alıcısı ele alınabilir: kendi salınımları alıcının yerel osilatör olarak hizmet vermektedir. Bu tür düşük voltajlı DC öngerilim voltajlarında, bu osilatörün aktif cihaz kavşaklarında, voltaj değişiklikleri ile önemli kapasitans varyasyonları olabilir. Bir kavşak, hem iletilen sinyali (güçlü) hem de alınan sinyali (zayıf) gördüğünde, sapma voltajı, iki sinyal arasındaki faz ilişkisine bağlı olarak değişebilir.

Uzakta, bazı diyot bağlantı (ları) osilatörünüzden bazı iletilmiş sinyaller alabilir. 50 Hz şebeke düzeltilirken bu kavşakların da açılması ve kapatılması durumunda 50 Hz yeniden iletilir. teller veya izler aracılığıyla osilatöre geri gönderilen modüle sinyal. UHF'de, kısa bir tel bile bu 2 elemanlı sistemde bağlı bir anten elemanı haline gelir. 50 Hz modülasyonlu diyot, osilatöre bir faz değişikliği enjekte edebilir. Karakteristik olarak harmoniklerle doludur, çünkü 50 Hz modülasyonlu bu diyotlar açma-kapamadan oldukça hızlı bir şekilde geçiş yapar. Spektrumunuzun 50 Hz harmonikleri oldukça güçlü görünüyor.
DC güç kaynağı düzeltme diyotları genellikle kaynaktır.
LED aydınlatma devreleri başka bir kaynak olabilir.
Cep telefonu kaydırma frekansınız da bu teoriyi desteklemektedir.

Bu fenomeni aşağıdaki (eksik) devre ile test edebilirsiniz:

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Yarım dalga dipol, test altındaki osilatörün UHF frekansı için kesilir. Diyodu her 1/4 dalga elemanı arasında bağlanır. Diyotu 555 1 kHz osilatör yerine açmak ve kapatmak için 1kHz fonksiyon jeneratörü kullanılabilir. Bu "sivrisinek" devresi vericinin antenine bağlandığında, bir izleme alıcısı (AM PM veya FM) 1kHz sinyalini algılayabilir. Bu "sivrisinek" devresini test altındaki osilatörden uzaklaştırmak, izleme alıcısının sesli çıkışını azaltmalıdır.

Bir yana: bu aynı bağlantı mekanizması bazen doppler radarında ve hareket algılayan hırsızlık alarmlarında bulunur. Bu durumda, yansıtıcı sinyal mesafesi UHF sinyal osilatöründen farklı olduğu için faz değişir.
"Ayarlanabilen uğultu" veya ayarlanabilir uğultu arayarak daha fazla bilgi edinebilirsiniz.

Şematik gerçek fiziksel modelde yanlış olduğundan şemanızda beklendiği gibi çalışmaz.

Örneğin, ayırma 0.1 uF kapağınız 2 cm ve 1 mm kalınlık (est) ve 1 cm palet uzunluğunun 2 ucunda yaklaşık 20 nH'dir. Bu arada rezonatörünüz 33nH kullanıyor, bu nedenle arzınızın zayıf empedansı var ve diğerleri küçük bir SMD kapağında 100pF'nin gerekli olduğunu gösteriyor. Genel düzen bir zemin düzlemi olmadan çok büyüktür ve bu nedenle başıboş elektrik alanlarını yaymak ve almak için geniş bir döngü anten alanına sahiptir.

Uğultularınızın çoğunun, besleme, toprak ve devre döngü yolu için bir dalga boyunun>% 5'inin büyük düzeninden kaynaklandığını kabul ediyorum. Bu, yayılan gürültüye ve iletilen yer gürültüsüne eğilimlidir. Bir RF CM balun veya RF CM bobini kullanmak, DC kaynağınızın bir RF kapağına ek olarak AC topraklarından ayrıştırması için tercihen en düşük ESR için 100pF NPO kapağının olması gerekir.

AM'ye karşı FM'yi incelemek için süper dar bir IF bandı Spektrum Analizörü (<100Hz) olmadan, SDR'nizde ne kadar gürültü olduğunu ve Tx'te ne kadar gürültü olduğunu söylemek mümkün değildir. Ancak her iki durumda da uğultu çoğunlukla LCO tasarımında ve DC güç / dönüş yollarındadır. Laboratuvar RF geniniz varsa. , parazit kaynağınızı doğrulamak için SDR'nizi ve iyi bir RF SA'yı doğrulayabilirsiniz.

928 MHz ISM bandı için 90'ların ortalarında VCO'ları yaptığımızda, başka bir zemin düzlemi> 60 dB CNR (taşıyıcı / gürültü oranı ve düşük faz) ile bir GETEK FR4 alt katmanına lehimlenmiş hibrit üzerine lehimlenmiş özel metal kapaklı özel seramik melezler yaptık. 2 yönlü sayaç okuma için kullanılan 6kHz Tx bant genişliği için gürültü.

• Dielektrik sabiti, substrat kaybı teğet ve kalkan kapasitansının hepsi tasarımda bir rol oynadı ve hatırlıyorum, 603 ebatta 47pF 2 aşamalı RC LPF'li NPO, 10 ohm'a kadar düşürmek için besleme gürültüsünü azaltmak için kullanıldı, sonra düşük kaynağı olan bir tasarım kullanıldı aksine akım kaynaklarına duyarlılık. Artık Murata, uzuntan daha geniş olan bu spektrumu karşılamak için 100pF veya daha düşük düşük ESL kapakları yapar.

öğrenilecek dersler

• Rayların ve pasif bileşenlerin endüktans, ESL ve ESR hesaplamaları ve ölçümleri.
• Gürültünün temel nedenlerini izole etmek için RF'yi bir SA ile nasıl doğrularsınız.
• Dalga kılavuzu teorisi, kontrollü empedanslar, karışma ve anten hassasiyeti kullanarak paraziti en aza indirmek için zemin düzlemleri, şerit çizgisi, mikroşerit ve kapak kalkanları için seçeneklerle kritik düzen nasıl keşfedilir - Geri dönüş kaybı ölçüm teknikleri nasıl ölçülür ve daha yüksek Q rezonatörleri ile spektral saflık nasıl geliştirilir ve CM reddi ile düşük Q arz ayrıştırması.
• Bu sadece bir başlangıç ​​ve uzmanlık iyi RF tasarım Mühendisleri diğerlerinden daha değerli kılan şeydir. (Kendimi bir tane olarak görmüyorum, ama bilmek için en iyisini öğrendim.)

Son sözler

Stripler arasındaki kabloların empedansı için hesap makinelerini kullanarak RF için Ohm Yasası'na hakim olursanız, şerit empedansı arasında bir Balun'un nasıl kullanılacağını daha iyi anlayabilirsiniz, daha sonra diferansiyel empedansı kontrol ederken şönt yükleriyle zayıflama. Bu, 1GHz PHY ağları ve Osilatör tasarımlarınız için geçerlidir, böylece bu özellikleri görmek için benzer tasarımları gözlemleyebilir ve ortaya çıkan SNR'yi kontrol etmek için empedans oranlarını ve Q rezonatörünü uygulayabilirsiniz. Her şey reaktif empedanslı Ohm yasasının 2 boyutlu bir versiyonu gibi karmaşık empedans oranlarında, anten açıklığı efektleriyle daha basit görünmeye başlar. (Yönlü döngü anteni)

Daha küçük bobinler yardımcı olursa, devreniz muhtemelen manyetik alanları yakalar. Transformatörlerin veya floresan lambaların yakınında oldukça güçlü olabilirler.

Sensörünüz, 500MHz'deki devre kartınızdan başka bir yerde olamaz. Sanırım hızlanma, nem, biraz gaz veya basınç hissediyor. Muhtemelen devinizi, ousid havaya gerekli bağlantı için bazı delikler olsa bile, dış manyetik alanlara kısa devre yapan kalın bir yumuşak demir kutuya koyabilirsiniz. AC alanlarını 2VDC çalışma voltajının dışında tutmak için yerel bir voltaj regülatörüne ihtiyacınız vardır.

Kapsamınızı şebeke AC ile senkronize edin ve bakın, kapsam ekranındaki uğultu kararlı. Değilse, devreniz yaklaşık 50Hz'de titreşir.

Ayrıca test, devren mekanik olarak mikrofonik. (İstenmeden) oldukça zayıf titreşimler alan bir verici yaptım.

"50Hz AC sadece anten çıkışında mevcut" yazdınız. Kondansatör 50Hz için açık bir devre olduğu için muhtemelen probunuz veya havadaki uğultuyu yakalayan anten.

Şebeke hum + harmonikleri ayrıca filtreleme yazılımı ile demodüle edilmiş sinyalden de filtrelenebilir. Filtreleme, örneğin beyin veya kalp testlerinde ve ses sinyallerinin temizlenmesinde önemlidir.

Alıcınızı başka bir verici ile test edin. Alıcının kendisi uğultusuz mu?

Bir osiloskopun pahalı olduğunu anlıyorum (ABD'de yaşamıyorsanız. Ebay'da 500 MHz'e kadar çok ucuz kapsamlar gördüm). Bu frekanslar için bir sinyal üreteci ve bir milivoltmetre almalısınız (sahip olduğunuza bağlı olarak milivolmetre için bir SDR ile tamam olabilirsiniz). Taktığınız resimlerden osilatörün hiç çalışmadığından şüpheleniyorum. Sinüzoid böyle görünmez (400MHz veya 50Hz olsun, sinüsoid bir sinüzoiddir). Orada hangi şekle sahip olursanız olun o kadar çirkin ki adını bile veremezsiniz. İki adımda analiz etmeye çalışın: ilk adım, o aralıktaki bir sinyali yükseltebildiğinizden emin olun. İkinci adım: ayarlanmış geri bildiriminizin bu aralıkta ne yaptığını kontrol edin. Evet, bunun için bir sinyal üretecine ihtiyacınız var. SDR'yi milivoltmetre / kapsam olarak kullanabilirsiniz, ancak bir sinyal oluşturucusuna ihtiyacınız vardır. Uğultu olsaydın,