Усунення мережевого гулу від частотно-модульованих РЧ-генераторів


14

Я намагаюся створити частотно-модульований осцилятор LC, але всі схеми, які я пробував, мали жахливий мережевий гул після демодуляції.

Осцилятор налаштований ємнісним датчиком, але я замість цього використовую фіксований конденсатор, поки не вирішу цю проблему. Я пробував різні топології: Франклін, Клапп, Вакарж, Хартлі на різних частотах від 60 до 500 МГц, але різниці між ними немає в плані гучності мережі. Я використовую приймач SDR для демодуляції, він працює чудово і не може бути джерелом гуду. Використання акумулятора замість джерела живлення змінного струму не допомогло. Я використовую 10 мкФ та 10 нФ конденсатори для роз'єднання. Використання фізично менших індукторів мало допомогло, але шум все ще неприйнятний.

Як запропоновано в коментарях, я протестував всі вузли ланцюга з і без живлення ланцюга, і 50 Гц компонент з'являється лише на виході антени.

Ось кілька малюнків на друкованій платі, можливо, є помилки в маршрутизації?

Рис. 1: Топологія Вакаража, транзистор BF545C

Рис. 2: Топологія Франкліна, обидва транзистора - ATF-38143

[UPD:]

Завантаження моїх налаштувань та схем за потребою. Налаштування - це лише приймач SDR та генератор із шматочком дроту на виході у вигляді імпровізованої антени. Ємнісний датчик C var відсутній, оскільки я використовую фіксований конденсатор C 4 замість цього.

Рис. 3а:

Рис. 3b:

Рис. 3в:

[UPD2:]

SNR при 50 Гц становить 4,3 дБ. Максимальне відхилення частоти для генератора Франкліна становить 290 кГц, вихідна потужність - 7,8 дБм, рівень прийнятого сигналу - 26 дБФС. Заземлення ноутбука не має значення.

[UPD3:]

Я зробив нову дошку із заземленням та щитом EMI з нікелевого срібла. Я додав 1,8В регулятор LD1117 і 100pF і 390pF NP0 конденсатори для роз'єднання - і все одно не пощастить. Значних змін у шумових характеристиках не спостерігається. На жаль, я не зміг знайти залізну коробку, щоб помістити всю схему, але я майже впевнений, що є якісь розумні схеми та методи проектування друкованої плати, які не потребують магнітного екранування. Наприклад, я протестував приймач SDR на дешевому незахищеному FM-передавачі: взагалі немає шуму, навіть із зміненою гучністю, тому винуватцем, безумовно, є схема та схема друкованої плати.

Ось кілька фото дошки (вибачте за флюс, я намагався її видалити, але не вдалося)

Рис. 4а: введіть тут опис зображення

Рис. 4б: введіть тут опис зображення

Рис. 4в: введіть тут опис зображення

Крім того, як пропонується у відповіді нижче, я записав ІФ із свого приймача SDR та генерував його спектр на низьких частотах.

Рис. 5а: Без щита ЕМІ введіть тут опис зображення

Рис. 5б: З щитом EMI введіть тут опис зображення

[UPD4:]

Тепер це цікаво.

Підвищення рівня C 4 (див. Рис. 3в) значно зменшує шум. Подивіться на демодульовані спектри сигналу (компонент 440 Гц - тестовий сигнал, записаний від датчика для вимірювання SNR):

Рис. 6а: C 4 = 1,5 пФ введіть тут опис зображення

Рис. 6b: C 4 = 2,7 пФ введіть тут опис зображення

На жаль, у мене немає інших конденсаторів в діапазоні від 1 до 10 пФ для проведення подальших випробувань (генератор не запуститься з C 4 ≥ 10 пФ). Я здогадуюсь, що шум лінії змінного струму, що піднімається слідами PCB та L 2, змінює ємність затвора J 1 , а збільшення значення C 4 зменшує вплив цих змін на частоту. Це також підтверджується додаванням джерела сильного шуму, наприклад, мобільного телефону, який здійснює дзвінок. На рис. 6в ви можете побачити великі шипи, і частота насправді збільшується, коли я додаю джерело шуму, це означає, що ємність затвора J 1 обернено пропорційна напрузі. Має сенс для мене. Здається, мені потрібно або зменшити зв’язок між J 1 і резервуар LC або додайте між ними фільтрування високої частоти, але я не впевнений, що це найкращий спосіб.

Рис. 6в: введіть тут опис зображення


1
" Використання акумулятора замість джерела змінного струму не допомогло [sic] ", це повинно вам щось сказати.
Гаррі Свенссон

2
І в майбутньому бачити, як "використовується як" - це як почути, як хтось називає "coolwhip" для coolHwip . Я не буду останнім, хто вам це розповість. - Якби я робив щось дивне у публічному надбанні, не знаючи про це, то буду вдячний, якби хтось сказав мені. Це я буду тим, хто для тебе.
Гаррі Свенссон

2
Я не теоретик антен, тому я зараз на глибоких водах, але я знаю, як відладжувати речі. - Читає від мережі, будучи инкапсулируются мережевими кабелями (ви перебуваєте в приміщенні), це не те, що супер дивно. Зважаючи на це, ви все ще читаєте мережевий сигнал, навіть якщо живлення лавки вимкнено (не надсилаючи жодних даних)? - Це, мабуть, буде моїм останнім коментарем, оскільки я досить непридатний для цього питання. Отримавши стільки інформації, скільки я можу, тоді, коли належні користувачі антен зійдуться, вони скажуть "А-а! Його флюсовий конденсатор зламаний. Подивіться на цього Марті, він не зможе повернутися в майбутнє!".
Гаррі Свенссон

1
Гуркіт напруги, якщо ланцюг працює від акумулятора, може надходити тільки з введених магнітних або електричних полів. Або схема коливається на деякій частоті, схожій на мережу 50/60 ГГц.
analogsystemsrf

2
Зі схемою такого типу, я не впевнений, що ви можете піти з одношарової компоновки, якщо ви відчуваєте індуктивний підхоплення з електромережі. У вашій схемі схеми є петлі, які можуть призвести до електричного струму. Я можу спробувати побачити, якщо обертання дошки викликає зміни у вашій амплітуді. Заземлення та, можливо, силова площина можуть допомогти при роз'єднанні кришок. Якщо ні, то вам знадобиться екранування.
Джон Біркхед

Відповіді:


4

Гомункул (у коментарях) та @ user287001, можливо, прибив більшість проблем із гумом:

Можливо, ваш зонд або антена ловить гул з повітря, тому що конденсатор є відкритим ланцюгом на 50 ГГц.

C6 може бути неякісним конденсатором, який варіює ємність з напругою:

  • Використовуйте тут хороший конденсатор C0G (100 пф, мабуть, занадто багато) або той, який оцінюється як мікрохвильова піч.

  • Закінчіть антену резистором-земля, щоб зменшити електричне поле через С6, спричинене ближчими приладами, 50 Гц поблизу.

  • Додайте буферну ступінь із гарним низьким S12 між генератором та антеною.


Існує ще один можливий механізм гуду, дещо менш вірогідний ....
Цей генератор з антеною можна вважати сирим приймачем прямого перетворення: його коливання служать місцевим генератором приймача. При таких низьковольтних напругах зміщення постійного струму активні з'єднання пристрою цього генератора можуть мати значні коливання ємності зі змінами напруги. Якщо перехід бачить як переданий сигнал (сильний), так і прийнятий сигнал (слабкий), його напруга зміщення може змінюватися в залежності від фазового співвідношення між двома сигналами.

Далеко, деякі діодні з'єднання (и) можуть приймати якийсь переданий сигнал від вашого генератора. Якщо ці з'єднання також включаються та вимикаються під час випрямлення мережі 50 Гц, вони повторно передають 50 Гц. модульований сигнал назад до генератора через дроти або сліди. У УВЧ навіть короткий провід стає з’єднаним антенним елементом у цій 2-елементній системі. Модульований діод потужністю 50 Гц може здійснювати зміну фази на коливанні. Він характеризується повною гармонікою, оскільки ці модульовані 50 Гц діоди перемикаються з "вимкнення" на "вимкнення" досить швидко. Гармоніка вашого спектра 50 Гц здається досить сильною.
Часто джерелом є випрямні діоди живлення постійного струму.
Схеми світлодіодного освітлення можуть стати ще одним джерелом.
Ваша теорія також підтримує частоту переключення мобільних телефонів.

Ви можете перевірити це явище за допомогою наступного (неповного) кола:

схематичний

імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab


Напівхвильовий диполь вирізається для частоти УВЧ-тестування, що знаходиться під тестом осцилятора. Його діод з'єднується між кожним 1/4 хвильовим елементом. Генератор функції 1 кГц міг би використовуватися для вмикання та вимкнення діода, а не осцилятора 555 1 кГц. Коли ця схема «комарів» з'єднана з антеною передавача, приймач моніторингу (AM PM або FM) може виявити сигнал 1 кГц. Переміщення цієї схеми «комарів» від опроміненого осцилятора повинно зменшити чутний вихід приймача моніторингу.

Зворотний бік: цей самий механізм з’єднання іноді присутній у доплерівських радарах та сигналізаторах крадіжок, що виявляють рух. У цьому випадку змінюються фази, оскільки відстань відбиваючого сигналу змінюється від генератора сигналу УВЧ.
Ви можете отримати більше розумінь, гуляючи "настроюючий гудок" або настроюючи гул.


1
Woohoo! Додавання вихідного буфера та зниження C₆ до 2,2 пФ повністю усунуло шум. Дуже дякую!
hidfromkgb

4

Ви схематично недостовірні у реальній фізичній моделі, тому вона не працюватиме так, як очікувалося у вашій схемі.

Наприклад, ваш роз'єднувальний ковпак 0,1uF становить приблизно 20nH в 2 каналах товщиною 2 см і 1 мм (est) і довжиною доріжки 1 см. Тим часом ваш резонатор використовує 33nH, тому ваш запас має слабкий опір, і, як говорять інші, можливо, потрібен 100pF в невеликому ковпачку SMD. Загальний макет занадто великий без площини заземлення і тому має велику площу антенної петлі для випромінювання та прийому бродячих електричних полів.

Я погоджуюсь, що більша частина вашого гуду пояснюється великим розміщенням> 5% довжини хвилі для подачі, заземлення та контуру контуру. Це робить схильним випромінюваний шум і шум, проведений наземним. Використання радіочастотного баламута РФ або дроселя РМ CM має важливе значення для постачання постійного струму для його від'єднання від джерел змінного струму на додаток до кришки радіочастотного випромінювання, переважно, 100-футової кришки NPO для найнижчої ШОЕ.

Без надзвичайно вузького спектрального спектроскопічного аналізатора (<100 Гц) для перевірки AM проти FM неможливо сказати, скільки шуму у SDR та скільки у Tx. Але в будь-якому випадку гул знаходиться в основному у вашій LCO-дизайні та постійному струмі / потужності повернення. Якби у вас був лабораторій РФ. , тоді ви можете перевірити свій SDR та хороший RF SA для перевірки джерела шуму.

Коли ми виготовляли VCO в середині 90-х для діапазону ISM 928 МГц, ми виготовляли керамічні гібриди на замовлення з накладними металевими кришками, припаяними по гібриду, припаяним до підкладки GETEK FR4 з іншою площиною заземлення> 60 дБ CNR (співвідношення несучої до шуму та низька фаза шум для пропускної здатності 6 кГц Tx, що використовується для автоматизованого зчитування двосторонніх лічильників.

  • Діелектрична константа, дотична втрата підкладки та ємність екрана все відігравали свою роль у дизайні, і я пам'ятаю, в той час NPO розміром 473 FF з 2-х ступінчастою RC-LPF використовувались для зменшення шуму подачі до 10 Ом, тоді використовували конструкцію з низьким запасом живлення чутливість до джерел струму на відміну від цього. Зараз Murata робить низькі кришки ESL, що досягають 100pF або більше, щоб покрити цей спектр, ширший, ніж довгий.

уроки, щоб засвоїти

  • Як обчислити та виміряти індуктивність, ESL та ESR колій проводів та пасивних компонентів.
  • Як перевірити РФ за допомогою SA, щоб виділити першопричини шуму.
  • Як дізнатись, як критичне розташування з варіантами наземних площин, смугової лінії, мікросмужкового та покривного екранів для мінімізації перешкод за допомогою теорії хвилеводів, керованих імпедансів, перехресних випромінювань та чутливості антен. і низький розрив постачання Q з відхиленням CM.
  • Це лише початок, і експертиза - це те, що робить хороший інженер з RF дизайну вартим більше, ніж інші. (Я не вважаю себе таким, але я навчився найкращим чином.)

Заключні слова

Якщо ви освоїте Закон Ома для РФ, використовуючи калькулятори для опору колій, проводів і ємності з’єднання між смуговою лінією, ви можете краще зрозуміти, як використовувати Балун для підняття імпедансу КМ, а потім послаблювати з навантажувальних шунтів під час керування диференціальним опором. Це стосується мереж PHY частотою 1 ГГц, а також ваших конструкцій осциляторів, тому ви можете спостерігати подібні конструкції, щоб побачити ці особливості та застосувати коефіцієнти опору та Q резонатора для управління отриманим SNR. Це все в складних співвідношеннях імпедансу, як двовимірна версія закону Ома з реактивним опором, тоді воно починає виглядати простіше з ефектами діафрагми антени. (Антена спрямованої петлі)


Я оновив пост і додав спектр, але не впевнений, чи правильно його зробив. На жаль, я зробив нову дошку, перш ніж ви опублікували відповідь, спробую знайти деякі задухи CM і побачити, чи допоможуть вони.
hidfromkgb

Я не можу повірити, що ви не розумієте ефект антенної діафрагми на співвідношення діафрагми сигнал / довжина хвилі. Чому ви шукаєте базовий діапазон 50 Гц на SDR, коли він знаходиться на модуляції. ви можете перевірити змінного струму постійного струму або 50 Гц, якщо пропускна здатність несучої
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75,

Наскільки тісний щит Фарадея? для опору і прорізи?
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

Повинно виникнути непорозуміння. Я фактично досліджував ІЧ 455 кГц на носії 480 МГц, а потім 514 МГц; частота змінювалася після того, як я додав щит EMI. Я опублікував результат у своєму третьому оновленому запитанні: є спектр ІЧ від постійного струму до 220 Гц, дивіться малюнки (№1: i.stack.imgur.com/188et.png , №2: i.stack.imgur.com /zlxKv.png ). Напишіть щит Фарадея, він має лише 2 прорізи, які ви можете побачити на малюнку, який я також додав до питання. Опір нижче мого мультиметрового діапазону (якщо бути точним 0,1 Ом).
hidfromkgb

Добре, дякую. На наведених вище фотографіях видно лише шум білого кольору на один дБ нижче, ніж на іншому. Тож 50 ГГц гул пішов із земляної площини "пончик"? Що зараз потрібно виправити?
Tony Stewart Sunnyskyguy EE75

2

Якщо менші котушки допомагають, ваша схема, ймовірно, ловить магнітні поля. Вони можуть бути досить сильними біля трансформаторів або люмінесцентних ламп.

Датчик не може бути в іншому місці, ніж на вашій платі на частоті 500 МГц. Я думаю, це відчуває прискорення, вологість, деякий газ або тиск. Ви, ймовірно, можете поставити свою схему в товсту коробку з м'якого заліза, яка коротко замикає зовнішні магнітні випромінювачі, навіть якщо має кілька отворів для необхідного підключення до зовнішнього повітря. Вам потрібен локальний регулятор напруги, щоб запобігти змінного поля від робочої напруги 2В постійного струму.

Синхронізуйте сферу роботи з мережевим зміном та перегляньте, чи стабільний гук на екрані області застосування. Якщо це не так, ваша схема коливається приблизно на 50 ГГц.

Перевірте також, чи є ваша схема механічно мікрофонічною. Я зробив передавач, який (небажано) сприймав досить слабкі коливання.

Ви писали: "Перемінний струм 50 Гц присутній лише на виході антени" Мабуть, ваш зонд або антена ловить гул з повітря, оскільки конденсатор є відкритим ланцюгом на 50 Гц.

Мережі гуму + гармонік також можна відфільтрувати з демодульованого сигналу, фільтруючи програмне забезпечення. Фільтрація необхідна, наприклад, при аналізі мозку або серця та очищенні звукових сигналів.

Перевірте свій приймач іншим передавачем. Сам приймач без гуму.


0

Я розумію, що осцилоскоп дорогий (якщо ви не живете в США. Я бачив безліч дешевих приладів, що йдуть на 500 МГц і так далі на ebay). Ви повинні отримати генератор сигналів і мілівольтметр для цих частот (можливо, у вас все в порядку з SDR для мілівольметра, залежно від того, що у вас є). Зі зображень, які ви додали, я підозрюю, що генератор взагалі не працює. Це не те, як виглядає синусоїда (будь то 400 МГц або 50 Гц, синусоїда - синусоїда). Яка б форма ви там не була така потворна, ви навіть не можете її назвати. Спробуйте проаналізувати його в два етапи: перший крок, переконайтеся, що ви можете посилити сигнал у цьому діапазоні. Другий крок: перевірте, що ваші налаштовані відгуки в цьому діапазоні. Так, для цього вам потрібен генератор сигналів. Ви можете використовувати SDR як мілівольтметр / область, але вам потрібен генератор сигналів. Якби у вас був гул,


2
Коли ви говорите, що генератор не працює, і "Яка б форма ви не була такою потворною, що навіть не можете її назвати", що ви маєте на увазі? На яку фігуру ви звертаєтесь? Зображення - це частотні доменні графіки, а не часові.
Даніель
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.