Reducción de ruido de fase en oscilador LC con un condensador de alta pérdida

Tengo una sonda de vibración capacitiva cuya capacitancia base puede variar de 4 a 10 pF debido a las tolerancias de fabricación/instalación, mientras que las vibraciones que detecta solo pueden alterar su capacitancia en un rango inferior a pF.

Para traducir la capacitancia en voltaje, estoy usando un oscilador LC, ya que la sonda está construida de tal manera que uno de sus lados debe estar conectado a tierra y también el circuito debe ser insensible a EMI. Como consecuencia, los osciladores RC y los convertidores de capacitancia a digital no se pueden usar.

El problema es que quiero obtener el menor ruido de fase posible con una sonda con pérdidas. Obtuve resultados decentes con las topologías de Vackář y Lampkin, pero quiero ir más allá. Encontré una técnica activa de mejora de Q para inductores ( ver aquí ), pero necesito mejorar la Q del capacitor, no la del inductor.

También descubrí que los resonadores acoplados pueden reducir el ruido de fase ( ver aquí ), pero parece que no puedo encontrar ningún ejemplo de osciladores prácticos con resonadores LC acoplados, excepto los de microstrip. Intenté diseñar un oscilador con resonadores LC acoplados utilizando esta técnica , pero resultó que requería condensadores de valor relativamente alto, mientras que necesitaba mantener la relación Δf/ΔC lo más alta posible, por lo que tampoco funcionó.

Por favor ayuda.

Respuestas (2)

El sintetizador HP3033 usó un VCO algo como esto

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Observe cómo los dos condensadores de derivación VDD tienen sus nodos de RETORNO conectados al RETORNO del resonador, para un funcionamiento silencioso. Además, C5 es parte de la ruta resonante, por lo que su corriente alterna afecta el ruido de fase.

Puede instalar diodos Schottky en R2, si desea una amplitud Vout fija de 0.3v PP.

Debe hacer que C3 sea bastante pequeño, de modo que solo una parte de la energía resonante se disipe en esa resistencia base.

¿Puede explicar por qué se supone que este circuito tiene menos ruido de fase que los otros osciladores LC? Lo simulé y Q1 se satura en cada ciclo de oscilación; ¿Eso no aumenta el ruido de fase? ¿O no estoy entendiendo completamente el circuito y, por lo tanto, estoy haciendo algo mal?
la oscilación de voltaje a través de la resistencia del colector de Q1 será de 15 voltios * 100/1000 o 1,5 voltios, como máximo, si el par diferencial tiene suficiente impulso base para girar completamente hacia la izquierda y luego hacia la derecha. Y reduzca C3 a 100pF o 1nF.
Finalmente llegué a la conclusión de que la respuesta que acepté originalmente no es adecuada para mí, ya que la sensibilidad se modula por la pérdida de la sonda, por lo que opté por el circuito propuesto en esta respuesta. Nunca antes había visto tales topologías de oscilador, así que comencé a buscar y me topé con el boletín HP8662 donde se describía este osc. Modifiqué un poco el circuito porque necesito una salida más alta y la oscilación fue estable a pesar de todos mis intentos de desestabilizarlo con pérdida adicional. Gracias por tu orientación. imgur.com/a/qjMCsZY
Estoy encantado de que puedas usar este circuito. Ha estado en mi bolsa de trucos durante décadas, pero nunca lo he necesitado. Con base en R1 y R3, ¿puede predecir la corriente y los voltajes del tanque en estado estable?

Problema XY, tiene lo que es efectivamente un elemento de micrófono de capacitor, con un lado conectado a tierra y desea construir un micrófono RF.

Si fuera yo, no lo haría parte del oscilador sino que usaría un osciloscopio de cristal y colocaría el transductor en un circuito de puente. Use un par de inductores fijos y un recortador de pistón o similar (desvíelo con un diodo de capacitancia variable para que pueda servo el punto de operación para compensar la deriva de temperatura), luego realice la detección de fase en el voltaje de salida del puente.

Un par de inductores, un recortador de pistón, un diodo varicap, un osc de cristal y algún tipo de detector de fase (¿tal vez un mezclador de anillo de diodo?) seguido de un filtro de paso bajo y algunas tonterías opamp, trabajo hecho.

No entiendo muy bien a qué tipo de puente te refieres. Estás sugiriendo un detector de cuadratura con mi sonda en su circuito de cambio de fase, ¿verdad? AFAIK, el ruido del detector de cuadratura es recíproco a la Q de la red RLC. ¿Ese enfoque todavía da menos ruido que un oscilador LC?
Bien, se me ocurrió un nuevo método basado en lo que propones. Habiendo agregado un circuito AFC, ahora puedo usar una red RLC de alto Q.
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