Raidissement Super Duper Vdd requis sur la minuterie 555, quelle est la meilleure façon?

J'utilise une minuterie 555 pour un capteur / compteur de fréquence (16 bits).

Il fonctionne en comptant le nombre d'impulsions lues dans le temps d'échantillonnage de 125 ms défini par une minuterie 555; réinitialise et répète ...

J'utilise la minuterie en fonctionnement astable.

• TH (impulsion de temps élevée) est le signal d'échantillonnage activé.

  Ce temps est réglé et ajusté (plage de réglage de +/- 5%) avec un POT de haute qualité.

• Le front descendant TL (impulsion de temps faible) lance une lecture de verrouillage de données -> puis une opération de réinitialisation du compteur

En ce moment, je l'ai sur une planche à pain. Je fais un PCB pour la conception finale et je veux résoudre le problème suivant pour la conception du PCB.

Voici le problème:

La fréquence mesurée n'est pas super stable (+/- ~ 3Hz @ 25kHz) et il faut du temps pour s'installer.

Je pense que c'est parce que le temps d'échantillonnage est affecté par le bruit sur le rail Vdd. J'ai des bouchons de découplage sur tous les circuits intégrés, mais c'est sur une planche à pain, donc cela peut être prévu. Pour la configuration PCB, je veux m'assurer que la minuterie 555 est sur un 5v solide et que la sortie du convertisseur DCDC est stable.

Voici quelques idées que j'ai sur la façon de procéder.

1. Utilisez un opamp rail-rail et une référence 4v7 pour réguler le Timer Vdd @ 4v7
2. Utilisez des billes de ferrite pour découpler davantage le minuteur et tous les autres circuits intégrés les uns des autres.
3. Utilisez un convertisseur DCDC séparé pour la minuterie.
4. Utilisez un régulateur linéaire IC pour le Timer Vdd.

Laquelle de celles-ci serait la meilleure pratique pour assurer une valeur Vdd de temporisation constante?

Votre stabilité à court terme mesurée est d'environ +/- 0,01%, ce qui n'est pas mauvais pour une minuterie RC non compensée.

Vous pouvez l'améliorer en utilisant des résistances à faible coefficient de température et des condensateurs dans le circuit de synchronisation, peut-être en contournant la broche 5 à la terre, en isolant le circuit thermiquement et électriquement, à l'extrême en contrôlant la température dans un four, en l'alimentant à partir d'une batterie avec un régulateur linéaire ultra-faible bruit et étage multiplicateur de capacité, et utilisant l'opto-isolation sur les sorties.

Mais c'est idiot. Utilisez un cristal, ils sont bon marché et mieux l'ordre de grandeur. Par exemple, un cristal à 100 kHz , un oscillateur ( 74HCU04 + quelques résistances + plafonds de charge) et un diviseur par quatre (par exemple un 74HC74). La tolérance (précision absolue) de ce cristal lié particulier est de +/- 30 ppm ou environ 0,75 Hz à 25 kHz. La stabilité à court terme sera de nouveau bien meilleure.

Il existe également des produits d'oscillateurs programmables que vous pouvez commander, il pourrait y en avoir un dans une gamme utile pour vous.

Je ne pense pas que vous obtiendrez jamais la précision et la stabilité que vous attendez d'une minuterie 555. La largeur d'impulsion est déterminée par les valeurs des résistances et d'un condensateur, et les valeurs de ces éléments changeront avec la température et au fil du temps.

Pour une durée d'impulsion précise, vous devriez regarder un oscillateur à cristal avec un compteur numérique pour générer l'impulsion souhaitée.

Bien que j'aie beaucoup de bons souvenirs d'utiliser une minuterie 555, malheureusement, les microcontrôleurs incroyablement bon marché avec un cristal sont presque toujours un meilleur choix pour les temporisateurs de nos jours.

La série PIC16 a certains membres qui ont une très large plage de tension (3,3-18 V +) et sont disponibles pour un dollar et un changement.

Il s'agit plus d'une conclusion que d'une solution ...

Je n'ai pas eu assez de temps pour concevoir un nouveau circuit en utilisant un cristal, j'ai donc fait le PCB avec les changements suivants pour essayer de le rendre meilleur:

1. plus haute précision, capuchons de film stables à la température. J'ai mis 2 en parallèle pour tenter de rendre la capacité plus stable. Quand un condensateur coule / source plus de courant, il chauffe, ce qui fait baisser sa capacité ... rendant l'autre condensateur coule / source plus de courant. Vous obtenez donc une réglementation. Ce n'est PAS toujours le cas avec les condensateurs en céramique, ce que j'utilisais auparavant.

2. résistances de plus haute précision pour le circuit RC. J'ai utilisé une tolérance de 0,1% plutôt que 1%. Ils avaient également 4x la stabilité de la température.

3. Régulateur de tension 4v pour la minuterie 555. Cela isole le rail de tension 555 du reste du matériel numérique par un facteur de 100 (régulation de ligne de 1%).

4. Utilisez un pot de 5k au lieu de 20k pour réduire le temps d'impulsion. Réduit l'erreur causée par l'instabilité du pot.

5. Sortie tamponnée pour le signal d'impulsion de la minuterie 555. J'ai utilisé un LT1630 pour piloter l'impulsion de synchronisation vers toutes les portes afin que le Timer IC ne pilote aucun courant. Les entrées de grille peuvent interagir si le variateur d'entrée n'est pas d'une impédance suffisamment faible. J'ai eu ~ 7 entrées de porte connectées à l'impulsion de synchronisation, donc je voulais garantir un signal fort.

Résultat: j'ai obtenu une précision d' environ 0,04% (bascule de 1 bit @ ~ 2500dec sur le bus). Pour le premier circuit, j'obtenais une précision de 0,5% (la précision que j'avais publiée à l'origine était erronée) et la valeur dérivait constamment. Le nouveau circuit n'a pas de dérive notable. En conclusion, en utilisant des composants de meilleure qualité, j'ai augmenté la précision de ~ 10x et l'ai rendue stable et utilisable.

Je sais que ce n'est pas la méthode la meilleure ou même la plus simple pour fabriquer un compteur de fréquence mais son bon marché et efficace. Je vais probablement l'utiliser à nouveau lorsque je dois prendre une mesure de fréquence brute.

La valeur est lue par le port DB25 avec 8bits Hi / Lo select. Les LED sont juste pour le débogage. J'ajoute toujours des LED partout où cela peut me faciliter la vie.