Zaloguj się
Wszystkie
27 lipca 2026
53
- podział częstotliwości wejściowej (znamionowo 10 MHz) przez 10 (1 MHz) i 10⁷ (1 Hz)
- wyjście 1 Hz: współczynnik wypełnienia 10% lub 50%, napięcie wyjściowe 5 Vpp (bez obciążenia)
- poziom sygnału wejściowego:
- dopuszczalny: 10 mVsk...3,2 Vsk (28 mVpp...9 Vpp)
- zalecany: 35 mVsk...2 Vsk (100 mVpp...5,6 Vpp)
- jitter: szacunkowo 0,1 ns przy czystym sygnale wejściowym
- opóźnienie propagacji: około 100 ns
- wysoka odporność na zakłócenia dzięki histerezie wejściowej 23,5 mV
- sygnały wyjściowe są zgodne w fazie z sygnałem wejściowym
- na wyjściach nie ma sygnału, jeśli wejście nie jest wysterowane
- złącza SMA na wejściu i wyjściach
- możliwość wyboru impedancji wejściowej i wyjściowej: 50 Ω lub 75 Ω
- zasilanie: 5 V...12 V napięcia stałego, pobór prądu około 10 mA
- złącza zasilania: USB typu C, gniazdo zasilania DC 2,1 mm/2,5 mm, złącze pinowe (polaryzowane)
- cztery otwory montażowe o średnicy 3 mm (płytkę można zmniejszyć, odcinając je)
Jest to prosty układ, który z sygnału o częstotliwości 10 MHz wytwarza precyzyjny sygnał 1 Hz, cechujący się wyjątkowo małym jitterem (wahaniami fazy). Znajdzie wiele zastosowań, na przykład podczas testowania zegarów i innych urządzeń synchronizowanych sygnałem GPS. Można go również wykorzystać do taktowania kilku układów z jednego dokładnego źródła sygnału wzorcowego lub do uzyskania bardzo dokładnego sygnału 1 Hz z niedrogiego generatora kwarcowego z kompensacją temperaturową (TCXO) o częstotliwości 10 MHz.
W dzielniku zastosowano jedynie cztery scalone układy logiczne, w tym nieco nietypowy układ 74HC4059, a ponadto ultraszybki komparator oraz bufor wyjściowy. Układ może być zasilany napięciem 5 V z portu USB lub napięciem 6,6 V...12 V z zasilacza napięcia stałego. Pobiera jedynie około 10 mA. Zawiera zabezpieczenia przed odwróceniem polaryzacji zasilania oraz przed przeciążeniem wejścia. Sygnał wyjściowy nie jest generowany, jeśli na wejściu nie ma sygnału.
Współczynnik wypełnienia sygnału wyjściowego o częstotliwości 1 Hz – 10% lub 50% – można wybrać zworką. Jitter tego sygnału jest wyjątkowo mały, o ile sygnał wejściowy jest dostatecznie czysty. Wyjściem 10 MHz dysponuje wiele przyrządów pomiarowych. Można też użyć jednego z generatorów synchronizowanych sygnałem GPS, prezentowanych na łamach „Silicon Chip”:
- „Generator synchronizowany sygnałem GPS”; Silicon Chip, maj 2023 r.; www.siliconchip.au/Article/15781
- „Źródło częstotliwości odniesienia synchronizowane z GPS”; Silicon Chip, październik i listopad 2021 r.; www.siliconchip.au/Series/326
- „Źródło częstotliwości odniesienia oparte na GPS”; Silicon Chip, marzec...maj 2007 r. i wrzesień 2011 r.; www.siliconchip.au/Series/57
Szczegóły układu
Staraliśmy się, aby układ był prosty i tani, a jednocześnie zapewniał dobre parametry. Sygnał 10 MHz jest doprowadzany do złącza SMA (CON1), skąd trafia do stopnia wejściowego opartego na ultraszybkim komparatorze IC6 (TLV3501).
TLV3501 to interesujący układ. Pracuje przy napięciu zasilania 2,7 V...5,5 V, pobierając zaledwie 3,2 mA prądu, a mimo to charakteryzuje się wyjątkowo małym prądem polaryzacji wejść (typowo ±2 pA), niewielkim napięciem niezrównoważenia wejść (typowo ±1 mV) oraz bardzo dużą szybkością działania – jego maksymalna częstotliwość przełączania wynosi 80 MHz. Dzięki tym właściwościom nadaje się do wielu zastosowań.
W naszym układzie zadaniem tego komparatora jest przekształcenie sygnału wejściowego (np. sinusoidalnego) o stosunkowo małej amplitudzie w sygnał prostokątny o amplitudzie 5 V. Układ dzielnika nie jest zatem zbyt wrażliwy na kształt sygnału wejściowego. Musi to być sygnał o częstotliwości 10 MHz i wartości skutecznej co najmniej 10 mV (35 mV międzyszczytowej). Najczęściej będzie to przebieg sinusoidalny lub prostokątny.
Układ został zaprojektowany dla źródła i odbiornika o impedancji 75 Ω, choć w razie potrzeby można to zmienić (np. stosując zamiast rezystorów 75 Ω rezystory 49,9 Ω lub 51 Ω). Na wejściu zastosowano rezystor dopasowujący 75 Ω. Sygnał jest następnie doprowadzany do komparatora IC6 przez kondensator 1 nF blokujący składową stałą oraz rezystor szeregowy 220 Ω.
Podwójna dioda Schottky’ego D1 ogranicza sygnał wejściowy do zakresu ±0,3 V względem napięć zasilających, chroniąc układ scalony IC6 przed zbyt wysokim napięciem wejściowym oraz przed skutkami podania sygnału przy wyłączonym zasilaniu. Rezystor 220 Ω służy przede wszystkim do ograniczenia prądu płynącego przez diodę D1, chroniąc ją oraz pozostałą część układu przed nadmiernym „wpompowywaniem” prądu do linii zasilania 5 V.
Ponieważ sygnał wejściowy jest sprzężony z układem IC6 przez kondensator, wejście tego układu jest polaryzowane napięciem stałym równym połowie napięcia zasilania 5 V. Realizuje to dzielnik złożony z dwóch rezystorów 10 kΩ oraz rezystora polaryzującego 47 kΩ. Kondensator 100 nF w tym dzielniku zapobiega przedostawaniu się tętnień zasilania do sygnału wejściowego, co mogłoby spowodować wzrost jitteru.
Rezystor o wartości 10 MΩ, połączony między wyjściem 6 układu IC6 a jego wejściem nieodwracającym (pin 3), zapewnia histerezę o wartości około 23,5 mV, co zwiększa odporność układu na zakłócenia. Wraz z rezystorem polaryzującym 47 kΩ tworzy on dzielnik napięcia. Na rezystorze histerezy występuje spadek napięcia około 2,5 V (niezależnie od tego, czy na wyjściu komparatora IC6 jest 5 V, czy 0 V), dlatego płynie przez niego prąd o natężeniu około 0,25 µA. Prąd ten, przepływając następnie przez rezystor 47 kΩ, powoduje spadek napięcia przesuwający potencjał wejścia o około 11,75 mV.
Przesunięcie to zmienia znak przy każdej zmianie stanu wyjścia układu IC6. Oznacza to, że zakłócenie nałożone na sygnał wejściowy musiałoby przekroczyć 23,5 mVpp, aby spowodować niepożądaną zmianę stanu wyjścia komparatora.
Jednocześnie do układu musi być doprowadzony sygnał o wartości międzyszczytowej co najmniej 23,5 mVpp, w przeciwnym razie wyjście komparatora nie będzie się przełączać. Dzięki temu przy braku sygnału na złączu CON1 układ dzielnika nie będzie pasożytniczo oscylował.
Za sprawą filtru dolnoprzepustowego utworzonego przez rezystor 220 Ω, pojemność wejściową układu IC6 oraz pojemność obu diod układu D1 minimalny sygnał na wejściu CON1, przy którym układ zacznie reagować, wynosi około 30 mVpp.
Aby zapewnić pracę bez dodatkowego jitteru, zaleca się jednak stosowanie sygnału o większej amplitudzie. Osiągnięcie wartości 30 mVpp na złączu CON1 oznacza, że napięcie źródła sygnału musi być większe i przy impedancji wyjściowej 75 Ω wynosić około 60 mVpp.
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
