Kondensatoren, Masseverbindung, Colpitts-Oszillator

In Bezug auf die Oszillationsfrequenzanalyse können Sie sich einfach auf den oszillierenden Wechselstrom konzentrieren, der von einem Kondensator in die Erde eintritt und die Erde verlässt und in den anderen Kondensator eintritt. Die Tatsache, dass es Boden verwendet, ist ohne Bedeutung. Zum Beispiel könnte dieses gemeinsame Netz über einen Kondensator mit großem Wert mit Masse verbunden werden, und das würde das Ergebnis nicht verändern; der Wechselstrom von einem Kondensator wird immer noch größtenteils der Wechselstrom des anderen Kondensators sein.

Die Oszillationsfrequenz wird immer noch diese sein: -

Und wenn Sie die Formel analysieren, werden Sie sehen, dass die effektive Kapazität die Reihenschaltung von C1 und C2 ist. Ich glaube jedoch, dass viele Autoren den Kern der Funktionsweise des Colpitts-Oszillators übersehen und zu schnell behaupten, dass die beiden Kondensatoren in Reihe geschaltet sind (basierend auf der Formel für die Schwingungsfrequenz). Es ist subtiler als das.

Meine persönliche Entscheidung (sollte ich einen Artikel über den Colpitts-Oszillator geschrieben haben) besteht darin, das Problem nicht zu verwirren, sondern nur die Schwingungsfrequenz auf der Grundlage abzuleiten, dass zwei Phasenverschiebungsnetzwerke in Reihe geschaltet sind.

Die erste Phasenverschiebung kommt von R1 und C1 und die 2. Phasenverschiebung kommt von L1 und C2. Hier ist ein Auszug der Ableitung und beachten Sie, dass diese Ableitung nur Boden als Boden betrachtet: -

Und letzten Endes hat die Oszillationsfrequenz zufällig eine Formel, die umgeschrieben werden kann, um zu implizieren, dass C1 mit C2 in Reihe geschaltet ist (aber das geht etwas daneben, weil es auf die Phasenverschiebung ankommt und es sich um eine 0-Grad-Phase handelt Verschiebung, die die Oszillationsfrequenz vorgibt).

Diese endgültige Schwingungsfrequenzformel verschleiert auch die Tatsache, dass R1 eine bedeutende Rolle bei der Bestimmung der Phasenverschiebung spielt, ABER sein Wert wird in der Algebra aufgehoben. Das bedeutet nicht, dass ein Colpitts-Oszillator mit R1 = 0 arbeiten kann, es bedeutet, dass R1 ein Wertebereich sein kann.

Es wird C1-Erdungsstrom (V+/90=I) geben, daher muss ein Konstrukteur die Erdungsimpedanz zur nächsten zirkulierenden Shunt-Kappe berücksichtigen, die diesen Strom von der Erzeugung von Rauschen außerhalb der Schleife entkoppelt. Die Masseinduktivität beträgt etwa 1 nH/mm für eine dünne Spur, sodass bei dieser niedrigen Frequenz die Impedanz des Tanks, der Entkopplungskappe und Vdd + Vss mit externem Rauschen Phasenjitter hinzufügen kann, der durch diese Impedanzteilerverhältnisse multipliziert mit der externen Rauschspannung bestimmt wird. Dies ist möglicherweise auf einem Oszilloskop nicht zu sehen, aber auf einem Spektrumanalysator möglich. In HF-Fällen kann eine Reihe R verwendet werden, um das Versorgungsrauschen weiter mit einer Masseebene zu entkoppeln, um die Induktivität auf <1 nH zu begrenzen. Normalerweise wird ein LC-Tank nicht für extrem niedriges Phasenrauschen verwendet, sodass Versorgungs- / Masserauschen leicht mit einer 0,01 bis 0,1 uF-Kappe in der Nähe des IC auf beiden hier verwendeten Schienen unterdrückt werden kann.

p.s

Sie können Phasenrauschen und Erdstrom reduzieren, indem Sie das Serien-R viel höher anheben, wenn sich die BW von -3 dB verringert$BW=X(f)/R * \omega$während gleichzeitig die Verstärkung des Operationsverstärkers erhöht wird, um eine Sinuswelle beizubehalten. Es gibt eine Grenze, die durch das GBW-Produkt des Verstärkers bestimmt wird. und der Induktorgütefaktor . Diese höhere Impedanz macht es jedoch anfälliger für Schleifenstrahlungsrauschen.

ps

Ich habe vergessen zu erwähnen, dass, da der zweite Kondensator, C2 und L in Reihe geschaltet sind, die Phase bei Resonanz um 180 ° verschoben wird, der Erdstrom von C1 zurückgeführt wird, wodurch der austretende Erdpfadstrom aufgehoben wird.