Menghilangkan hum listrik dari frekuensi RF osilator termodulasi

Saya mencoba untuk membangun osilator frekuensi LC termodulasi tetapi semua sirkuit saya sudah mencoba memiliki daya hantaman yang mengerikan setelah demodultaion.

Osilator disetel oleh sensor kapasitif tapi saya menggunakan kapasitor tetap sebagai gantinya sampai saya menyelesaikan masalah ini. Saya sudah mencoba topologi yang berbeda: Franklin, Clapp, Vackář, Hartley pada frekuensi yang berbeda dari 60 hingga 500 MHz tetapi tidak ada perbedaan di antara mereka dalam hal hum listrik. Saya menggunakan penerima SDR untuk demodulasi, berfungsi dengan baik dan tidak bisa menjadi sumber hum. Menggunakan baterai alih-alih pasokan AC tidak membantu. Saya menggunakan 10 µF dan 10 nF kapasitor untuk decoupling. Menggunakan induktor yang secara fisik lebih kecil sedikit membantu, tetapi kebisingannya masih tidak dapat diterima.

Seperti yang disarankan dalam komentar, saya sudah menguji semua node sirkuit dengan dan tanpa menyalakan sirkuit dan komponen 50 Hz hanya muncul di output antena.

Berikut ini beberapa gambar PCB, mungkin ada kesalahan dalam routing?

Gambar 1: Topologi Vackáack, transistornya adalah BF545C

2. Topologi Franklin, kedua transistor adalah ATF-38143

[UPD:]

Mengunggah pengaturan dan skema saya seperti yang diminta. Setup hanyalah penerima SDR dan osilator dengan sepotong kawat di output sebagai antena darurat. Sensor kapasitif C _var tidak ada, karena saya menggunakan kapasitor tetap C ₄ sebagai gantinya.

Gambar 3a:

Gambar 3b:

Fig. 3c:

[UPD2:]

SNR pada 50 Hz adalah 4,3 dB. Deviasi frekuensi maksimum untuk osilator Franklin adalah 290 kHz, daya output adalah 7,8 dBm, level sinyal yang diterima adalah –26 dBFS. Membumikan laptop tidak ada bedanya.

[UPD3:]

Saya telah membuat papan baru dengan bidang tanah dan perisai EMI perak nikel. Saya telah menambahkan regulator 1.811 LD1117 dan 100pF dan 390pF NP0 decoupling kapasitor - dan masih belum berhasil. Tidak ada perubahan signifikan dalam kinerja kebisingan. Sayangnya, saya tidak dapat menemukan kotak besi untuk meletakkan seluruh sirkuit, tapi saya hampir yakin ada beberapa sirkuit pintar dan teknik desain PCB yang tidak memerlukan pelindung magnetik. Sebagai contoh, saya telah menguji penerima SDR pada pemancar FM murah yang tidak terlindung: tidak ada dengung sama sekali, bahkan dengan volume maksimal, sehingga biang keladinya pasti adalah desain sirkuit dan PCB.

Berikut adalah beberapa foto board (maaf untuk fluksnya, saya memang mencoba untuk menghapusnya tetapi gagal)

Gambar 4a:

Gambar 4b:

Gambar. 4c:

Juga, seperti yang disarankan dalam jawaban di bawah ini, saya telah mencatat IF dari penerima SDR saya dan menghasilkan spektrum pada frekuensi rendah.

Gambar 5a: Tanpa pelindung EMI

Gambar 5b: Dengan pelindung EMI

[UPD4:]

Nah, itu menarik.

Meningkatkan C ₄ (lihat Gambar. 3c) mengurangi kebisingan secara signifikan. Lihatlah spektrum sinyal yang didemodulasi (komponen 440 Hz adalah sinyal uji yang direkam dari sensor untuk pengukuran SNR):

Gambar 6a: C ₄ = 1,5 pF

. Gambar 6b: C ₄ = 2,7 pF

Sayangnya, saya tidak punya kapasitor lain dalam kisaran antara 1 dan 10 pF untuk melakukan tes lebih lanjut (osilator tidak akan mulai dengan C ₄ ≥ 10 pF). Saya kira noise garis AC yang dipilih oleh jejak PCB dan L ₂ mengubah kapasitansi gerbang J ₁ , dan meningkatkan nilai C ₄ mengurangi pengaruh perubahan tersebut pada frekuensi. Ini juga dikonfirmasi dengan menambahkan sumber kebisingan yang kuat, misalnya ponsel yang melakukan panggilan. Anda dapat melihat lonjakan besar di Gambar. 6c dan frekuensi tidak benar-benar meningkatkan ketika saya menambahkan sumber kebisingan, yang berarti bahwa kapasitansi gerbang J ₁ berbanding terbalik dengan tegangan. Masuk akal bagi saya. Sepertinya saya perlu mengurangi kopling antara J ₁ dan tangki LC atau menambahkan beberapa penyaringan high-pass di antara mereka, tapi saya tidak yakin apa cara terbaik untuk melakukannya.

Fig. 6c:

Gomunkul (dalam komentar) & @ user287001 mungkin telah mengatasi sebagian besar masalah hum:

Ini mungkin probe Anda atau antena yang menangkap dengung dari udara karena kapasitor adalah sirkuit terbuka untuk 50Hz.

C6 mungkin merupakan kapasitor berkualitas rendah yang memvariasikan kapasitansi dengan tegangan:

• Gunakan kapasitor C0G yang baik di sini (100 pf kemungkinan terlalu banyak) atau satu untuk microwave.

• Akhiri antena dengan resistor-ke-ground, untuk mengurangi medan listrik di C6 yang diinduksi dari peralatan 50 Hz terdekat, lampu.

• Tambahkan tahap penyangga dengan S12 rendah yang bagus antara osilator dan antena.

Ada adalah mekanisme hum lain mungkin, agak kurang mungkin ....
osilator ini dengan antena dapat dianggap sebagai mentah penerima langsung konversi: osilasi yang berfungsi sebagai osilator lokal penerima. Dengan tegangan bias DC tegangan rendah seperti itu, sambungan perangkat aktif osilator ini mungkin memiliki variasi kapasitansi yang signifikan dengan perubahan tegangan. Di mana persimpangan melihat sinyal yang ditransmisikan (kuat) dan sinyal yang diterima (lemah), tegangan biasnya dapat bervariasi, tergantung pada hubungan fase antara kedua sinyal.

Jauh sekali, beberapa persimpangan dioda mungkin menerima beberapa sinyal yang ditransmisikan dari osilator Anda. Di mana persimpangan ini juga dinyalakan & dimatikan saat memperbaiki 50 Hz listrik, mereka mengirimkan kembali 50 Hz. sinyal termodulasi kembali ke osilator melalui kabel atau jejak. Di UHF, bahkan kawat pendek menjadi elemen antena berpasangan dalam sistem 2-elemen ini. Dioda termodulasi 50 Hz dapat menyuntikkan perubahan fase kembali pada osilator. Secara karakteristik penuh dengan harmonik, karena dioda termodulasi 50 Hz ini beralih dari on-to-off dengan cukup cepat. Harmoni 50 Hz spektrum Anda tampak cukup kuat.
Dioda penyearah catu daya DC sering menjadi sumbernya.
Sirkuit pencahayaan LED bisa menjadi sumber lain.
Frekuensi pemindahan ponsel Anda juga mendukung teori ini.

Anda dapat menguji untuk fenomena ini dengan rangkaian (tidak lengkap) berikut:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Dipol setengah gelombang dipotong untuk frekuensi UHF oscillator-under-test. Diode-nya menghubungkan antara setiap elemen gelombang 1/4. Generator fungsi 1kHz dapat digunakan untuk menghidupkan dan mematikan dioda daripada osilator 555 1 kHz. Ketika sirkuit "nyamuk" ini digabungkan ke antena pemancar, penerima pemantauan (AM PM atau FM) dapat mendeteksi sinyal 1kHz. Memindahkan sirkuit "nyamuk" ini dari oscillator-under-test akan mengurangi output penerima yang dapat didengar.

Selain itu: mekanisme kopling yang sama ini terkadang hadir di radar doppler, dan alarm pencurian pendeteksi gerakan. Dalam kasus ini, fasa berubah karena jarak sinyal pemantulan bervariasi dari osilator sinyal UHF.
Anda mungkin mendapatkan lebih banyak wawasan dengan googling "dengung tune-mampu" atau dengung merdu.

Skema Anda tidak akurat dalam model fisik nyata sehingga tidak akan berfungsi seperti yang diharapkan dalam skema Anda.

Misalnya tutup 0.1uF decoupling Anda adalah sekitar 20nH dalam 2 sadapan dengan tebal 2cm dan 1mm (est) dan panjang trek 1cm. Sementara itu resonator Anda menggunakan 33nH, sehingga suplai Anda memiliki impedansi buruk dan seperti yang lainnya mungkin menyarankan 100pF dalam tutup SMD kecil diperlukan. Tata letak keseluruhan terlalu besar tanpa bidang tanah dan oleh karena itu memiliki area antena loop besar untuk memancarkan dan menerima medan listrik liar.

Saya setuju sebagian besar dengungan Anda adalah karena tata letak besar> 5% dari panjang gelombang untuk jalur pasokan, tanah dan rangkaian loop. Hal ini membuat rentan terhadap kebisingan yang terpancar dan kebisingan yang dilakukan di tanah. Menggunakan balun RF CM atau RF CM choke sangat penting untuk suplai DC Anda untuk memisahkannya dari AC selain sebagai penutup RF, lebih disukai tutup NPO 100pF untuk ESR terendah.

Tanpa Spectrum Analyzer IF band super sempit (<100Hz) untuk memeriksa AM vs FM, tidak mungkin untuk mengetahui berapa banyak noise di SDR Anda dan berapa banyak yang ada di Tx. Tapi bagaimanapun dengungan itu sebagian besar dalam desain LCO Anda dan jalur daya / pengembalian DC. Jika Anda memiliki gen RF lab. , maka Anda dapat memvalidasi SDR dan RF SA yang baik untuk memvalidasi sumber kebisingan Anda.

Ketika kami membuat VCO di pertengahan 90-an untuk pita ISM 928 MHz untuk kami membuat hibrida keramik khusus dengan jahitan tutup logam kustom yang disolder di atas hibrida yang disolder ke substrat GETEK FR4 dengan bidang tanah lain> 60 dB CNR (rasio pembawa terhadap kebisingan dan fase rendah) noise untuk bandwidth Tx 6kHz yang digunakan untuk pembacaan 2 way meter otomatis.

• Konstanta dielektrik, tangen kerugian substrat, dan kapasitansi pelindung semua berperan dalam desain dan saya ingat pada saat itu 603 ukuran 47pF NPO dengan 2 tahap RC LPF digunakan untuk mengurangi kebisingan pasokan hingga 10 Ohm kemudian menggunakan desain dengan pasokan rendah sensitivitas dengan sumber saat ini tidak seperti yang ini. Sekarang Murata membuat tutup ESL rendah 100pF atau lebih untuk menutupi spektrum ini yang lebih lebar daripada panjang.

pelajaran untuk dipelajari

• Cara menghitung dan mengukur induktansi, ESL dan ESR dari kabel trek dan komponen pasif.
• Bagaimana memvalidasi RF dengan SA untuk mengisolasi akar penyebab kebisingan.
• Bagaimana menemukan bagaimana tata letak kritis dengan opsi untuk pesawat ground, stripline, microstrip, dan penutup untuk meminimalkan interferensi menggunakan teori pandu gelombang, impedansi terkontrol, crosstalk dan sensitivitas antena - Bagaimana mengukur teknik pengukuran kehilangan hilang dan bagaimana meningkatkan kemurnian spektral dengan resonator Q yang lebih tinggi dan decoupling pasokan Q rendah dengan penolakan CM.
• Ini hanya permulaan dan keahlian adalah apa yang membuat Insinyur desain RF yang baik bernilai lebih dari yang lain. (Saya tidak menganggap diri saya sendiri, tetapi saya telah belajar dari yang terbaik untuk mengetahui.)

Kata-kata terakhir

Jika Anda menguasai Hukum Ohm untuk RF menggunakan kalkulator untuk impedansi trek, kabel dan kapasitansi kopling antara stripline, Anda dapat memahami lebih baik bagaimana menggunakan Balun untuk meningkatkan impedansi CM kemudian melemahkan dengan beban shunt sambil mengendalikan impedansi diferensial. Ini berlaku untuk jaringan PHY 1GHz serta desain Oscillator Anda sehingga Anda dapat mengamati desain serupa untuk melihat fitur-fitur ini dan menerapkan rasio impedansi dan Q dari resonator untuk mengontrol SNR yang dihasilkan. Semuanya dalam rasio impedansi kompleks seperti versi 2 dimensi hukum Ohm dengan impedansi reaktif, kemudian mulai terlihat lebih sederhana dengan efek bukaan antena. (Antena loop arah)

Jika kumparan yang lebih kecil membantu, sirkuit Anda mungkin menangkap medan magnet. Mereka bisa sangat kuat di dekat transformator atau lampu neon.

Sensor Anda tidak dapat berada di tempat lain selain di papan sirkuit Anda di 500MHz. Saya rasa itu merasakan akselerasi, kelembaban, beberapa gas atau tekanan. Anda mungkin dapat menempatkan sirkuit Anda ke dalam kotak besi tebal yang pendek yang menghubungkan fied magnetik eksternal bahkan ketika memiliki beberapa lubang untuk koneksi yang diperlukan untuk udara ouside. Anda memerlukan pengatur tegangan lokal untuk menjaga medan AC dari tegangan operasi 2VDC.

Sinkronkan cakupan Anda ke AC utama dan lihat, apakah hum stabil di layar lingkup. Jika tidak, sirkuit Anda berosilasi sendiri di sekitar 50Hz.

Tes juga, apakah sirkuit Anda secara mekanis mikrofonik. Saya telah membuat pemancar yang (tidak diinginkan) mengambil getaran yang cukup lemah.

Anda menulis "AC 50Hz hanya ada pada keluaran antena" Ini mungkin probe Anda atau antena yang menangkap dengung dari udara karena kapasitor adalah sirkuit terbuka untuk 50Hz.

Harmonisa hum + utama juga dapat disaring dari sinyal yang didemodulasi oleh perangkat lunak penyaringan. Penyaringan sangat penting misalnya dalam tes otak atau jantung dan membersihkan sinyal audio.

Uji penerima Anda dengan pemancar lain. Apakah receiver itu sendiri bebas hum.

Saya mengerti bahwa osiloskop itu mahal (kecuali jika Anda tinggal di AS. Saya telah melihat banyak sekali lingkup murah hingga 500 MHz atau lebih di ebay). Anda harus mendapatkan generator sinyal dan milivoltmeter untuk frekuensi tersebut (Anda mungkin baik-baik saja dengan SDR untuk milivolmeter, tergantung pada apa yang Anda miliki). Dari gambar yang Anda lampirkan, saya curiga osilator tidak berfungsi sama sekali. Bukan seperti itu bentuk sinusoid (baik 400MHz atau 50Hz, sinusoid adalah sinusoid). Bentuk apa pun yang Anda miliki di sana sangat jelek sehingga Anda bahkan tidak dapat menyebutkannya. Cobalah untuk menganalisanya dalam dua langkah: langkah pertama, pastikan Anda dapat memperkuat sinyal dalam rentang itu. Langkah kedua: periksa apa yang dilakukan umpan balik yang disetel Anda dalam rentang itu. Ya, Anda memerlukan generator sinyal untuk itu. Anda mungkin menggunakan SDR sebagai milivoltmeter / lingkup, tetapi Anda memang membutuhkan generator sinyal. Apakah Anda pernah bersenandung,