消除频率调制RF LC振荡器的电源嗡嗡声

我正在尝试构建一个调频LC振荡器，但是我尝试过的所有电路在解调后的交流电源都嗡嗡作响。

振荡器通过电容传感器进行调谐，但在解决此问题之前，我使用的是固定电容器。我尝试了不同的拓扑：Franklin，Clapp，Vackář，Hartley，频率从60到500 MHz不等，但是就主电源嗡嗡声而言，它们之间没有区别。我正在使用SDR接收器进行解调，它工作正常，不能成为嗡嗡声的来源。使用电池代替交流电源无济于事。我使用10 µF和10 nF电容器去耦。使用物理上较小的电感器有一点帮助，但噪声仍然无法接受。

正如评论中所建议的那样，我已经测试了所有电路节点（带电和不带电），并且50 Hz分量仅出现在天线输出处。

这是一些PCB图纸，也许布线有误？

图1：Vackář拓扑，晶体管为BF545C

图2：富兰克林拓扑，两个晶体管均为ATF-38143

[UPD：]

根据要求上传我的设置和原理图。该设置只是一个SDR接收器，而振荡器在输出端带有一根电线作为临时天线。电容式传感器C _var不存在，因为我改用固定电容器C ₄。

图3a：

图3b：

图3c：

[UPD2：]

50 Hz时的SNR为4.3 dB。Franklin振荡器的最大频率偏差为290 kHz，输出功率为7.8 dBm，接收信号电平为–26 dBFS。笔记本电脑接地没有任何区别。

[UPD3：]

我制作了一块带有接地层和镍银EMI屏蔽的新板。我添加了一个1.8V LD1117稳压器以及100pF和390pF NP0去耦电容器-仍然没有运气。噪声性能没有明显变化。不幸的是，我找不到将整个电路放入其中的铁盒，但是我几乎可以肯定，有一些聪明的电路和PCB设计技术不需要磁屏蔽。例如，我已经在便宜的非屏蔽FM发射器上测试了SDR接收器：即使音量最大，也没有嗡嗡声，所以罪魁祸首肯定是电路和PCB设计。

这是板子的一些照片（很抱歉，助焊剂，我确实尝试将其卸下，但失败了）

图4a：

图4b：

图4c：

另外，如以下答案所示，我已经记录了我的SDR接收器的IF，并在低频下生成了它的频谱。

图5a：没有EMI屏蔽

图5b：带有EMI屏蔽

[UPD4：]

现在，这很有趣。

增加C ₄（见图3c）可显着降低噪声。查看解调后的信号频谱（440 Hz分量是从传感器记录下来的用于SNR测量的测试信号）：

图6a：C ₄ = 1.5 pF

图6b：C ₄ = 2.7 pF

不幸的是，我有在1和10 pF的之间的范围内做进一步的测试，没有其他电容（振荡器不会以C开始₄ ≥10 pF）的。我猜想PCB迹线和L ₂拾取的AC线噪声会改变J ₁的栅极电容，而增大C ₄的值会减小这些变化对频率的影响。通过添加强噪声源（例如，拨打电话的手机）也可以确认这一点。您可以在图6c上看到大的尖峰，并且当我添加噪声源时，频率实际上会增加，这意味着J ₁的栅极电容与电压成反比。我感觉合理。似乎我需要减少J ₁之间的耦合 LC储罐或在它们之间添加一些高通滤波，但是我不确定这样做的最佳方法是什么。

图6c：

Gomunkul（在评论中）和@ user287001可能解决了大多数嗡嗡声问题：

因为电容器是50Hz的开路，可能是您的探头或天线捕获了嗡嗡声。

C6可能是劣质电容器，其电容会随电压而变化：

• 在这里使用优质的C0G电容器（可能过多100 pf）或一个额定用于微波的电容器。

• 用接地电阻器端接天线，以减少附近的50 Hz器具（灯光）在C6上产生的电场。

• 在振荡器和天线之间增加一个低S12的缓冲级。

这里是另一种可能的嗡嗡声机制，有点不太可能....
这振荡器，天线可以被认为是原油直接转换接收器：它的振荡充当接收器的本地振荡器。有了这样的低压直流偏置电压，该振荡器的有源器件结可能会随电压的变化而具有明显的电容变化。当结点同时看到发射信号（强信号）和接收信号（弱信号）时，其偏置电压可能会变化，具体取决于两个信号之间的相位关系。

在很远的地方，某些二极管结可能会从振荡器接收一些传输的信号。在整流50 Hz电源的同时也打开和关闭这些结的位置，它们会重新传输50 Hz。调制信号通过导线或走线返回振荡器。在UHF中，即使短线也成为该2元素系统中的耦合天线元素。50 Hz调制二极管可以在振荡器处注入回相变。由于那些50 Hz调制二极管从开到关的转换相当快，因此它通常充满谐波。频谱的50 Hz谐波看起来很强。
直流电源整流二极管通常是电源。
LED照明电路可能是另一个来源。
您的手机移位频率也支持该理论。

您可以使用以下（不完整的）电路测试这种现象：

^{模拟该电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

将半波偶极子切成被测振荡器的UHF频率。它的二极管连接在每个1/4波形元件之间。可以使用1kHz函数发生器来打开和关闭二极管，而不是使用555 1kHz振荡器。当此“蚊子”电路耦合到发射器的天线时，监视接收器（AM PM或FM）可能会检测到1kHz信号。将“蚊子”电路移离被测振荡器，将降低监视接收机的可听输出。

顺便说一句：这种相同的耦合机制有时会出现在多普勒雷达和运动检测盗窃警报中。在这种情况下，相位会随着UHF信号振荡器的反射信号距离的变化而变化。
通过搜索“可调谐的嗡嗡声”或可调谐的嗡嗡声，您可能会获得更多的见解。

原理图在实际的物理模型中不准确，因此无法按预期在原理图中使用。

例如，在2cm和1mm厚度（est）和1cm轨道长度的2条引线中，您的0.1uF电容去耦电容约为20nH。同时，您的谐振器使用33nH，因此您的电源阻抗很差，并且正如其他人建议的那样，在一个小的SMD电容中可能需要100pF的电容。没有接地平面的总体布局太大，因此具有较大的环形天线区域，用于辐射和接收杂散电场。

我同意您的大多数嗡嗡声是由于电源，接地和电路环路路径的布局大于波长的5％。这使得容易产生辐射噪声和传导接地噪声。除了RF电容（最好是100pF NPO电容，以实现最低ESR）之外，使用RF CM平衡-不平衡变换器或RF CM扼流圈对于DC电源将其与AC接地去耦至关重要。

如果没有超窄的IF频带频谱分析仪（<100Hz）来检查AM与FM，就无法分辨SDR中的噪声和Tx中的噪声。但是，无论哪种方式，嗡嗡声都主要存在于您的LCO设计和直流电源/回路中。如果您有实验室RF发生器。，那么您可以验证您的SDR和良好的RF SA来验证您的噪声源。

当我们在90年代中期为928 MHz ISM频段制作VCO时，我们制作了带有定制金属盖的定制陶瓷混合材料，将其缝焊在混合材料上，焊接到GETEK FR4基板上，另一个接地层> 60 dB CNR（载噪比和低相位） 6kHz Tx带宽的噪声用于自动2路电表读数。

• 介电常数，衬底损耗角正切和屏蔽电容都在设计中发挥了作用，我记得当时603尺寸为47pF的NPO和2级RC LPF被用来降低电源噪声降至10欧姆，然后使用低电源设计电流源的灵敏度与此不同。现在，村田制作了100pF或更高的低ESL电容，以覆盖比长更宽的频谱。

要学习的课程

• 如何计算和测量走线和无源元件的电感，ESL和ESR。
• 如何使用SA验证RF以隔离噪声的根本原因。
• 如何使用波导理论，受控阻抗，串扰和天线灵敏度来发现接地层，带状线，微带线和覆盖层屏蔽的关键布局如何最大程度地减少干扰-如何测量回波损耗测量技术以及如何使用更高Q值的谐振器提高频谱纯度低Q电源去耦和CM抑制。
• 这只是一个开始，专业知识才是使好的RF设计工程师比其他人更有价值的原因。（我不认为自己是一个，但我已从最好的知识中学到了。）

最后的话

如果您使用计算器掌握带线之间的走线，导线和耦合电容的阻抗来掌握RF的欧姆定律，则可以更好地了解如何使用Balun来提高CM阻抗，然后在控制差分阻抗的同时利用分流负载进行衰减。这适用于1GHz PHY网络以及您的振荡器设计，因此您可以观察类似的设计以查看这些功能，并应用阻抗比和谐振器Q来控制最终的SNR。都是复杂的阻抗比，例如带有无功阻抗的二维欧姆定律，然后天线孔径效应使其看起来更简单。（定向环形天线）

如果较小的线圈有帮助，则您的电路可能会捕获磁场。在变压器或日光灯附近，它们可能非常结实。

在500MHz频率下，传感器不能放在电路板上的任何地方。我猜它感觉到加速度，湿度，一些气体或压力。您可能会将电路放入一个厚的软铁箱中，该铁箱即使有一些孔可以连接外部空气，也可以使外部电磁场短路。您需要一个本地稳压器，以使交流场保持在2VDC工作电压范围之外。

将示波器同步到交流电源，然后在示波器屏幕中看到嗡嗡声稳定。如果不是，则您的电路会以约50Hz的频率振荡。

还可以测试一下，您的电路是否具有机械声学特性。我制作了一个发射器，该发射器（不希望地）拾取了非常微弱的振动。

您写了“仅在天线输出端存在50Hz交流电”，这可能是因为您的探头或天线从空中捕获了嗡嗡声，因为电容器是50Hz的开路电路。

还可以通过滤波软件从交流声中滤除交流声和谐波。过滤是必不可少的，例如在大脑或心脏测试以及清洁音频信号中。

用另一个发射器测试接收器。接收器本身是否没有嗡嗡声。

我知道示波器很昂贵（除非您居住在美国。我已经看到很多便宜的示波器在ebay上达到500 MHz左右）。您应该为这些频率配备一个信号发生器和一个毫伏计（对于毫伏计，您可以使用SDR，这取决于您所拥有的）。从您随附的图片中，我怀疑振荡器根本无法工作。这不是正弦波的样子（无论是400MHz还是50Hz，正弦波都是正弦波）。无论您到达那里的形状多么丑陋，甚至都无法命名。尝试分两个步骤进行分析：第一步，确保可以在该范围内放大信号。第二步：检查调整后的反馈在该范围内的作用。是的，您需要一个信号发生器。您可以将SDR用作毫伏表/示波器，但是您确实需要信号发生器。你有嗡嗡声吗