주파수 변조 RF LC 발진기의 주 잡음 제거

주파수 변조 LC 발진기를 만들려고하는데 시도한 모든 회로는 복조 후 끔찍한 주 잡음이 있습니다.

오실레이터는 용량 성 센서로 조정되었지만이 문제를 해결할 때까지 고정 커패시터를 대신 사용하고 있습니다. 나는 60 ~ 500 MHz의 다른 주파수에서 Franklin, Clapp, Vackář, Hartley와 같은 다른 토폴로지를 시도했지만 메인 윙윙의 측면에서 차이점은 없습니다. 복조에 SDR 수신기를 사용하고 있는데 제대로 작동하며 험의 원인이 될 수 없습니다. AC 공급 대신 배터리를 사용하는 것이 도움이되지 않았습니다. 디커플링을 위해 10µF 및 10nF 커패시터를 사용하고 있습니다. 물리적으로 작은 인덕터를 사용하면 약간 도움이되었지만 잡음은 여전히 ​​용납 할 수 없습니다.

의견에서 제안했듯이 회로에 전원을 공급하거나 사용하지 않는 모든 회로 노드를 테스트했으며 50Hz 구성 요소는 안테나 출력에만 나타납니다.

다음은 일부 PCB 도면입니다. 라우팅에 실수가 있습니까?

그림 1 : Vackář 토폴로지, 트랜지스터는 BF545C

그림 2 : Franklin 토폴로지, 두 트랜지스터 모두 ATF-38143

[UPD :]

요청한대로 설정 및 회로도를 업로드합니다. 셋업은 단지 SDR 수신기와 발진기 안테나로서 출력에 와이어 조각이있는 발진기입니다. 고정 커패시터 C _4를 대신 사용하기 때문에 용량 성 센서 C _var 가 없습니다 .

그림 3a :

그림 3b :

그림 3c :

[UPD2 :]

50Hz에서의 SNR은 4.3dB입니다. 프랭클린 발진기의 최대 주파수 편차는 290kHz이고 출력 전력은 7.8dBm이며 수신 신호 레벨은 –26dBFS입니다. 노트북을 접지하면 아무런 차이가 없습니다.

[UPD3 :]

접지 판과 니켈은 EMI 차폐로 새로운 보드를 만들었습니다. 1.8V LD1117 레귤레이터와 100pF 및 390pF NP0 디커플링 커패시터를 추가했지만 여전히 운이 없다. 소음 성능에는 큰 변화가 없습니다. 불행히도 전체 회로를 넣을 철제 상자를 찾을 수 없었지만 자기 차폐가 필요없는 영리한 회로 및 PCB 설계 기술이 거의 확신합니다. 예를 들어, 저렴한 비 차폐 FM 송신기에서 SDR 수신기를 테스트했습니다. 볼륨이 최대로 올라도 아무 소리가 나지 않으므로 범인은 회로 및 PCB 설계입니다.

다음은 보드의 사진입니다 (플럭스에 대해 죄송합니다. 제거하려고했지만 실패했습니다)

그림 4a :

그림 4b :

그림 4c :

또한 아래 답변에서 제안한 것처럼 SDR 수신기에서 IF를 기록하고 저주파수에서 스펙트럼을 생성했습니다.

그림 5a : EMI 실드가없는 경우

그림 5b : EMI 차폐

[UPD4 :]

이제 흥미 롭습니다.

C _4를 높이면 (그림 3c 참조) 노이즈가 크게 줄어 듭니다. 복조 된 신호 스펙트럼을 살펴보십시오 (440Hz 구성 요소는 SNR 측정을 위해 센서에서 기록 된 테스트 신호입니다).

그림 6a : C ₄ = 1.5 pF

그림 6b : C ₄ = 2.7 pF

불행히도, 추가 테스트를 위해 1에서 10 pF 사이의 다른 커패시터가 없습니다 (오실레이터는 C ₄ ≥ 10 pF로 시작하지 않습니다 ). PCB 트레이스와 L _2에 의해 선택된 AC 라인 노이즈는 J ₁ 의 게이트 커패시턴스를 변경하고 C ₄ 값을 증가 시키면 이러한 변경이 주파수에 미치는 영향을 줄입니다. 이것은 또한 전화를 거는 휴대폰과 같은 강한 잡음원을 추가함으로써 확인된다. 넌.도 6C에서 큰 스파이크를 볼 수 있으며, I는 J의 게이트 용량 즉, 노이즈 소스를 추가 할 때의 주파수가 실제로 증가 않는 ₁ 전압에 반비례한다. 이해가 되네요 J ₁ 사이의 커플 링을 줄여야 할 것 같습니다 LC 탱크 또는 그들 사이에 고역 통과 필터링을 추가하지만 가장 좋은 방법은 무엇인지 모르겠습니다.

그림 6c :

고문 쿨 (코멘트) 및 @ user287001이 험 문제의 대부분을 해결했을 수 있습니다.

커패시터는 50Hz의 개방 회로이기 때문에 프로브 또는 안테나가 공중에서 윙윙 거리는 소리를 잡을 수 있습니다.

C6은 전압에 따라 커패시턴스를 변화시키는 불량한 커패시터 일 수 있습니다.

• 여기서 좋은 C0G 커패시터를 사용하십시오 (100pf가 너무 높을 수 있음).

• 저항 대 접지로 안테나를 종단하여 근처의 50Hz 기기, 조명에서 유도 된 C6의 전계를 줄입니다.

• 발진기와 안테나 사이에 S12가 낮은 버퍼 스테이지를 추가하십시오.

거기 이다 다소 덜 .... 다른 가능한 잡음 메커니즘
안테나와이 진동자 조 직접 변환 수신기로 간주 될 수있다 : 그 진동이 수신기의 국부 발진기의 역할을한다. 이러한 저전압 DC 바이어스 전압을 사용하면이 발진기의 능동 소자 접점은 전압 변화에 따라 상당한 정전 용량 변화를 가질 수 있습니다. 정션이 전송 된 신호 (강한)와 수신 된 신호 (약한)를 모두 볼 경우 두 신호 간의 위상 관계에 따라 바이어스 전압이 달라질 수 있습니다.

멀리있는 일부 다이오드 접합은 발진기로부터 전송 된 신호를 수신 할 수 있습니다. 50Hz 주전원을 정류하면서이 접점 도 켜고 끄는 경우 50Hz를 다시 전송합니다. 와이어 또는 트레이스를 통해 발진기로 변조 된 신호. UHF에서 단선조차도이 2 요소 시스템에서 결합 안테나 요소가됩니다. 50Hz 변조 다이오드는 발진기에서 위상 변화를 다시 주입 할 수있다. 50Hz 변조 다이오드가 온 / 오프에서 상당히 빠르게 전환되기 때문에 특성 적으로 고조파가 가득합니다. 스펙트럼의 50Hz 고조파는 상당히 강해 보입니다.
DC 전원 공급 장치 정류 다이오드가 종종 소스입니다.
LED 조명 회로는 다른 소스 일 수 있습니다.
휴대 전화 이동 주파수도이 ​​이론을 지원합니다.

다음 (불완전한) 회로로이 현상을 테스트 할 수 있습니다.

^{이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 작성된 회로도}

반 파장 다이폴은 테스트 대상 발진기의 UHF 주파수에 대해 차단됩니다. 다이오드는 각 1/4 파장 요소 사이를 연결합니다. 1kHz 함수 발생기를 사용하여 555 1kHz 발진기 대신 다이오드를 켜고 끌 수 있습니다. 이 "모기"회로가 송신기의 안테나에 연결될 때, 모니터링 수신기 (AM PM 또는 FM)는 1kHz 신호를 검출 할 수있다. 테스트중인 발진기에서이 "모기"회로를 멀리 이동하면 모니터링 수신기의 가청 출력이 감소합니다.

따로 : 도플러 레이더와 모션 감지 도난 경보에도 동일한 커플 링 메커니즘이 존재합니다. 이 경우, 반사 신호 거리가 UHF 신호 발진기에서 변화함에 따라 위상이 변합니다.
"조정 가능한 윙윙 거리기"또는 조정 가능한 윙윙 거리기를 통해 더 많은 통찰력을 얻을 수 있습니다.

실제 실제 모델에서는 회로도가 정확하지 않으므로 회로도에서 예상대로 작동하지 않습니다.

예를 들어, 디커플링 0.1uF 캡은 2cm 및 1mm 두께 (est)와 1cm 트랙 길이의 두 리드에서 약 20nH입니다. 한편 공진기는 33nH를 사용하므로 전원 공급 장치의 임피던스가 좋지 않으며 다른 SMD와 마찬가지로 작은 SMD 캡에 100pF가 필요할 수 있습니다. 전체적인 배치는 접지면이 없어서 너무 커서 따라서 스트레이 전계를 방사 및 수신하기위한 큰 루프 안테나 영역이 있습니다.

공급, 접지 및 회로 루프 경로에 대해 파장의> 5 %보다 큰 레이아웃으로 인해 윙윙 거림이 발생한다는 데 동의합니다. 이로 인해 방사 노이즈와 전도성 접지 노이즈가 발생하기 쉽습니다. DC 전원 공급 장치가 DC 접지를 분리하기 위해서는 RF CM 발룬 또는 RF CM 초크를 사용해야합니다. 가장 낮은 ESR을 위해서는 100pF NPO 캡이 있어야합니다.

AM vs FM을 검사하기위한 초 좁은 IF 대역 스펙트럼 분석기 (<100Hz)가 없으면 SDR에 얼마나 많은 잡음이 있고 Tx에 얼마나 많은지 알 수 없습니다. 그러나 어느 쪽이든 험은 대부분 LCO 설계 및 DC 전력 / 복귀 경로에 있습니다. 랩 RF 생성기가있는 경우 그런 다음 SDR 및 우수한 RF SA를 검증하여 노이즈 소스를 검증 할 수 있습니다.

90 년대 중반 928MHz ISM 대역을 위해 VCO를 만들 때, 60dB CNR (캐리어 대 잡음비 및 낮은 위상)을 갖는 GETEK FR4 기판에 납땜 된 하이브리드에 맞춤형 금속 뚜껑 이음새가있는 맞춤형 세라믹 하이브리드를 제작했습니다. 자동화 된 양방향 미터 판독에 사용되는 6kHz Tx 대역폭에 대한 잡음.

• 유전 상수, 기판 손실 탄젠트 및 쉴드 커패시턴스가 모두 설계에서 중요한 역할을했으며, 2 단계 RC LPF가있는 603 크기 47pF NPO를 사용하여 공급 노이즈를 줄여 10 Ohm까지 낮추고 공급이 낮은 설계를 사용하는 시점을 기억합니다. 이 소스와 달리 전류 소스의 감도. 이제 Murata는 긴보다 넓은이 스펙트럼을 커버하기 위해 100pF 이상의 낮은 ESL 캡을 만듭니다.

배울 교훈

• 트랙 와이어 및 수동 부품의 인덕턴스, ESL 및 ESR을 계산하고 측정하는 방법.
• 잡음의 근본 원인을 분리하기 위해 SA로 RF를 검증하는 방법
• 도파관 이론, 제어 임피던스, 누화 및 안테나 감도를 사용하여 간섭을 최소화하기 위해 접지면, 스트립 라인, 마이크로 스트립 및 커버 실드 옵션을 사용하여 중요한 레이아웃을 찾는 방법-반사 손실 측정 기술을 측정하는 방법 및 Q 공진기가 더 높은 스펙트럼 순도를 개선하는 방법 CM 거부와 낮은 Q 공급 디커플링.
• 이것은 시작에 불과하며 전문 지식은 우수한 RF 설계 엔지니어가 다른 사람보다 더 가치가있는 이유입니다. (나는 나 자신을 고려하지 않지만 가장 잘 아는 것을 배웠다.)

마지막 단어

스트립, 선로의 트랙, 와이어 및 커플 링 커패시턴스에 대한 계산기를 사용하여 RF에 대한 옴 법칙을 마스터하면 Balun을 사용하여 CM 임피던스를 높이고 차동 임피던스를 제어하면서 분로 부하로 감쇠시키는 방법을 더 잘 이해할 수 있습니다. 이는 1GHz PHY 네트워크와 오실레이터 설계에 적용되므로 유사한 설계를 관찰하여 이러한 기능을보고 임피던스 비율과 공진기의 Q를 적용하여 결과 SNR을 제어 할 수 있습니다. 반응성 임피던스를 갖는 옴의 법칙의 2 차원 버전과 같이 복잡한 임피던스 비율에 모두 해당되며, 안테나 조리개 효과로 더 단순 해지기 시작합니다. (방향 루프 안테나)

코일이 작 으면 회로가 자기장을 잡을 수 있습니다. 변압기 나 형광등 근처에서 아주 강할 수 있습니다.

센서는 500MHz의 회로 보드 이외의 다른 곳에있을 수 없습니다. 가속, 습도, 가스 또는 압력을 감지합니다. 회로를 두꺼운 연철 상자에 넣을 수 있습니다.이 철제 상자는 ouside 공기에 필요한 연결을 위해 약간의 구멍이 있어도 외부 자석을 단락시킵니다. AC 필드를 2VDC 작동 전압에서 유지하려면 로컬 전압 조정기가 필요합니다.

스코프를 주 AC와 동기화하면 스코프 화면에서 윙윙 거리는 소리가 안정적입니다. 그렇지 않은 경우 회로가 약 50Hz로 진동합니다.

또한 회로는 기계적으로 마이크로 포닉입니다. 나는 아주 약한 진동을 선택하는 송신기를 만들었습니다.

"50Hz AC는 안테나 출력에만 존재합니다."라고 적었습니다. 커패시터는 50Hz의 개방 회로이기 때문에 프로브 나 공중에서 윙윙 거리는 안테나 일 것입니다.

필터링 소프트웨어를 통해 복조 된 신호에서 메인 험 + 하모닉을 필터링 할 수도 있습니다. 필터링은 예를 들어 뇌 또는 심장 검사 및 오디오 신호 청소에 필수적입니다.

다른 송신기로 수신기를 테스트하십시오. 수신기 자체가 흠이 없습니다.

오실로스코프가 비싸다는 것을 알고 있습니다 (미국에 거주하지 않는 한 이베이에서 500MHz 정도의 저렴한 스코프를 많이 보았습니다). 해당 주파수에 대한 신호 발생기와 milivoltmeter를 가져와야합니다 (무엇이 있는지에 따라 milivolmeter에 대한 SDR을 사용하는 것이 좋습니다). 첨부 한 사진에서 발진기가 전혀 작동하지 않는 것 같습니다. 정현파 모양이 아닙니다 (400MHz 또는 50Hz, 정현파는 정현파 임). 당신이 가지고있는 모양이 너무 추악하면 이름을 지정할 수도 없습니다. 두 단계로 분석해보십시오. 첫 번째 단계는 해당 범위의 신호를 증폭 할 수 있는지 확인하십시오. 두 번째 단계 : 조정 된 피드백이 해당 범위에서 수행하는 작업을 확인하십시오. 예, 신호 발생기가 필요합니다. SDR을 milivoltmeter / scope로 사용할 수 있지만 신호 발생기가 필요합니다. 윙윙 거렸다면