Cosa può ridurre il superamento e lo squillo su un semplice generatore di impulsi ad onda quadra?

Ho costruito un semplice generatore di impulsi ad onda quadra basato su trigger RC e Schmitt. Sulla breadboard ha alcune ovvie qualità indesiderate dovute alla lunghezza del jumper, alla breadboard stessa, ecc.

Versione schematica e breadboard:

E l'uscita della forma d'onda:

In particolare, il fronte di salita dell'onda quadra presenta una notevole quantità di overshoot (circa 200mV su 500mV di picco) e squilli. È facile peggiorare le cose toccando fisicamente R1. Vedi le modifiche per informazioni corrette.

Nella ricerca di soluzioni mi sono imbattuto in termini come snubbers e smorzamento per circuiti RF e cose al di là del mio grado di paga per hobbisti .

Anindo suggerisce in una risposta a una domanda correlata che si dovrebbe usare una resistenza da 50 Ω per un carico. Sto misurando l'uscita dal primo trigger di Schmitt (IC1D, al pin 2). I trigger rimanenti vengono utilizzati con resistori da 220Ω per creare un'impedenza di circa 50Ω, ma ottengo risultati quasi identici misurando sul nodo di uscita.

Questo generatore di impulsi fast-edge è puramente per la mia sperimentazione / educazione, quindi non c'è nulla di critico al riguardo. Se decido di farne una scheda saldata, che tipo di cose posso fare per assicurarmi che sia migliore del suo cugino breadboard?

Ho erroneamente utilizzato la modalità accoppiata CA per gli screenshot e le misurazioni precedenti. Ecco alcune altre schermate che mostrano il segnale ai pin 1 e 2 dell'IC (input triangolo wave su 1, output square su 2). Ora sono accoppiati DC. Le sonde erano sempre in X10 ma l'ambito stesso era in X1 (ambito nuovo di zecca, oops!). Il superamento è comunque significativo: sull'uscita che è 0-5 V, il superamento (mostrato dalle linee bianche tratteggiate del cursore) è di 2,36 V. Si noti che il superamento dell'ingresso è solo di circa 500 mV. L'increspatura dell'input è dovuta alla vicinanza dei pin 1 e 2 sulla breadboard?

Ingresso (ch. 2 / blu) sul pin 1 e uscita (ch. 1 / giallo) sul pin 2:

Superamento misurato con accoppiamento CC:

La rimozione del resistore R2 e la misurazione sul pin 4 (uscita IC1E) non hanno prodotto alcuna differenza evidente dal segnale sul pin 2.

Dovrei menzionare che il tutorial / video originale di W2AEW da cui ho ottenuto le informazioni per questo circuito ha anche qualche superamento, ma non nella misura in cui ho. Il suo circuito è saldato su una scheda che probabilmente aiuta molto.

Forma d'onda dell'autore originale (W2AEW) (sul nodo OUT) con forse 500mV su 5V:

Versione saldata dell'autore originale:

Modifica 2:

Ecco un'immagine della configurazione generale, comprese le lunghezze dei conduttori per l'alimentatore e l'ambito:

Modifica 3:

E infine, VCC (giallo) e il nodo OUT (blu) sull'oscilloscopio per mostrare l'ondulazione coincidente:

Dagli sguardi delle nuove tracce dell'ambito aggiunte alla domanda, in particolare la traccia Vcc, sembra che la suoneria abbia origine da una scarsa regolamentazione della fornitura nel punto di utilizzo , molto probabilmente non in uscita dalla fornitura da banco. Mentre i cavi più corti dall'alimentatore da banco aiuteranno sicuramente riducendo l'induttanza dei cavi, ciò non sarà sufficiente quando la transizione è forte come stai cercando.

• Aggiungi un grosso condensatore sulla breadboard attraverso le guide di alimentazione, il più vicino all'IC: inizia con 100 uF.
• Parallelamente al condensatore di disaccoppiamento 0.1 uF mostrato nello schema e toccando i pin di alimentazione del trigger Schmitt, aggiungere un condensatore elettrolitico da 10 uF.
• Tagliare i cavi di tutti e 3 i condensatori sopra al minimo indispensabile, il che farà comunque un contatto positivo con i contatti della breadboard. Questi contatti stanno aggiungendo l'induttanza che non vuoi.
• Aggiungi un carico dall'uscita che stai leggendo al pin di terra, il più vicino possibile al pin di uscita - 220 Ohm dovrebbe andare bene, e di nuovo vuoi che i cavi siano tagliati al minimo.

• Se è assolutamente necessario evitare overshoot / undershoot oltre alcune centinaia di milliVolt, aggiungere diodi Schottky di piccolo segnale dal pin di uscita a entrambi i pin di alimentazione e di terra, quindi:
  

  

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

• Ciò assicurerà che il picco sul fronte di salita e la depressione sul bordo di discesa della suoneria siano smorzati - ci sarà qualche effetto sul rispettivo canale / punta della suoneria anche a causa dell'energia in eccesso dei picchi che vengono dissipati attraverso il diodi.
• Infine, la breadboard, a causa della natura della sua costruzione, introduce capacità, induttanza e tutti i tipi di accoppiamento parassitario. Anche un semplice perf board farà di meglio. I conduttori lunghi esacerbano questo problema, specialmente ad alte frequenze / transizioni taglienti, dove anche un semplice conduttore è una fonte di accoppiamento e squillo induttivo.

Sto scrivendo questo come una risposta perché non pensavo che ci sarebbe stato abbastanza spazio nei commenti. Detto questo, è probabile che molti dei punti che sto sollevando possano essere la causa dei tuoi problemi:

Stai usando una sonda per scope x10? Che aspetto ha l'output dal pin 2 - i trigger di schmitt non si attivano tutti nello stesso punto su un'onda quadra di forma errata dal pin 2 - Riesco a vedere questo nella traccia dell'oscilloscopio - inizia a stabilizzarsi e poi si spegne di nuovo. Il disaccoppiamento del chip dall'immagine è un po 'traballante.

Stai effettivamente utilizzando 7414s - consiglierei 74AC14 per la migliore velocità - controlla anche due volte la corrente di uscita che questi dispositivi sono in grado di fornire - in particolare, alcuni dispositivi potrebbero non produrre un buon decoro dalla sezione dell'oscillatore dato il carico 6k8 e altri 5 ingressi.

Se hai scollegato uno dei resistori 220R e hai appeso l'oscilloscopio direttamente sull'uscita (ad esempio pin 4), che aspetto ha?

Quale Vcc stai usando - dici che il superamento è di 200mV in cima al picco di 500mV - questo sembra strano - sei sicuro che tutti gli inverter stiano cambiando. Da una fornitura a 5 V, mi aspetto di vedere un picco a 5 V con qualsiasi superamento al di sopra di questo.

Cibo per la mente.

Per altre risposte e commenti, mi sono concentrato sul ridurre il superamento con alcuni dei suggerimenti forniti.

Ho fatto quanto segue:

• accorciato i cavi che vanno da e verso la breadboard,
• compensazione adattata sulle sonde (una era leggermente sotto compensazione)

Questo ha ridotto il superamento misurato da ~ 2,4 V a 1,8 V (oltre 5 V).

Tuttavia, il suggerimento di AndrejaKo ha avuto il massimo effetto. Ho messo la molla a terra della punta sulla sonda e ho misurato di nuovo, questa volta vedendo solo un superamento di 680mV.

Fino a quando questo circuito non sarà saldato a un PCB, non mi aspetto di certo molto meglio. Ma questo è un miglioramento significativo rispetto all'originale.

Misurazione dell'onda quadra in uscita sul pin 2:

Percorso a terra corto con molla a punta:

La foto sembra che la resistenza stia toccando la molla a terra, ma non lo è.

Non sono convinto che il superamento sia mai stato tanto alto quanto misurato (o addirittura a 680mV), ma che la colpa è stata attribuita a metodi di misurazione impropri. Se non altro, ciò ha dimostrato definitivamente che provare a misurare eventi ad alta velocità richiede davvero attenzione a cose come la lunghezza del cavo (impedenza), la capacità parassita e un'attenta analisi.

Nota: ho rimosso i resistori per gli altri cinque trigger di Schmitt per la foto; i risultati erano sostanzialmente gli stessi con / senza di loro.

Hai un problema di alimentazione. Modifica 3, mostrando VCC (giallo) e il nodo OUT (blu) è la pistola fumante. Aggiungi capacità tra VCC e guida di alimentazione, il più vicino possibile ai pin IC. I cavi del condensatore sono attualmente troppo lunghi. Userei circa 100 elettrolitici in microfarad, bypassati con un cappuccio in pellicola microfarad .01 e una piccola ceramica, diciamo 600 pF. Allineali il più vicino possibile ai pin e atterra il più piccolo proprio sui pin, se puoi. A proposito, molti amplificatori audio mostrano questo stesso problema. Puoi testarli collegando un altoparlante tra VCC e terra, in serie con un cappuccio di piccolo valore per bloccare DC. Sentirai musica sui binari di alimentazione. Il tuo obiettivo è ridurre o eliminare questa musica.

Nel tutorial / video originale di W2AEW da cui proviene questo circuito, Alan menziona che il circuito raggiunge un'impedenza "Uscita **" abbastanza vicina a 50 ohm.

Il tuo post precedente in realtà ha risposto alla tua domanda, ma sospetto che tu non ti sia reso conto di avere già la risposta.

Dal tuo post precedente: "Anindo suggerisce in una risposta a una domanda correlata che si dovrebbe usare una resistenza da 50 Ω per un carico. Sto misurando l'uscita dal primo trigger Schmitt (IC1D, al pin 2). I restanti trigger vengono utilizzati con Resistori da 220 Ω per creare un'impedenza di circa 50 Ω, ma ottengo risultati quasi identici misurando sul nodo di uscita "

Le resistenze da 220 ohm stanno formando l'impedenza di uscita per l'energia lanciata, non sono l'impedenza di carico. È quindi necessario alimentare quel segnale di uscita finale in un'impedenza caratteristica corrispondente per esaurire / consumare completamente l'energia lanciata e prevenire i riflessi. Soluzione: basta aggiungere il carico da 50 ohm come resistenza di carico o, se l'oscilloscopio lo supporta, utilizzare semplicemente la selezione dell'impedenza di ingresso da 50 ohm di Scope. Ci saranno anche effetti parassitari di capacità / induttanza, ma il disadattamento di impedenza sarà attualmente l'elemento dominante.