Sử dụng bộ biến tần kích hoạt CMOS Schmitt trong mạch dao động tinh thể thạch anh

Trong tất cả các nguồn tôi đã thấy về bộ dao động tinh thể thạch anh sử dụng bộ biến tần CMOS có một lưu ý như sau:

Nhưng tại sao biến tần Schmitt lại cần thiết? 74HC04 cổ điển có hoạt động không?

Một biến tần kích hoạt Schmitt là một ý tưởng tồi cho biến tần đầu tiên đang lái trực tiếp tinh thể. Nó thậm chí có thể không dao động như hiển thị, hoặc dao động ở một số tần số không mong muốn. Lưu ý điện trở R1. Điều đó được cho là thiên vị biến tần như một bộ khuếch đại tuyến tính gần giữa phạm vi đầu ra của nó. Một chút tiếng ồn do biến tần tạo ra sẽ được lọc bởi tinh thể để phần nhiễu ở tần số tinh thể làm cho nó trở lại đầu vào của biến tần với sự dịch pha. Nó được khuếch đại bởi biến tần, được lọc qua tinh thể một lần nữa, v.v ... Cuối cùng dao động xây dựng đến mức ổn định, có thể mất 100 giây chu kỳ trở lên.

Giả định biến tần đầu tiên này là một bộ khuếch đại tuyến tính. Một kích hoạt Schmitt làm cho nó phi tuyến tính cao. Nó sẽ giới thiệu tần số của riêng nó, và có thể vượt quá tinh thể. Các tinh thể là các bộ lọc được điều chỉnh cao, nhưng việc đưa chúng vào bộ lọc sẽ không mang lại độ chính xác tần số tốt và có thể cho phép các dao động ổn định ở tần số khác với tần số mong muốn.

Biến tần thứ hai là một bộ kích hoạt Schmitt có ý nghĩa gì đó. Biến tần đầu tiên thực sự tạo ra tín hiệu tương tự. Nó sẽ giống như một sóng hình sin hơn là một sóng vuông, và có lẽ không phải là toàn bộ biên độ từ đường ray đến đường ray. Thông thường, khuếch đại và cắt cái này bằng cách chạy qua một biến tần khác là đủ tốt. Bộ kích hoạt Schmitt sẽ làm cho tín hiệu đầu ra kỹ thuật số sạch hơn một chút.

Thông thường kích hoạt Schmitt không được sử dụng trong trình điều khiển pha lê. Điều này là do chúng không thể được sử dụng cho biến tần đầu tiên và việc sử dụng nhiều bộ biến tần trên cùng một chip sẽ dễ dàng hơn. Ví dụ, 74HC04 mà bạn đề cập có 6 trong số chúng trên một con chip.

Một lần nữa, hầu hết thời gian sau giai đoạn đầu tiên chỉ với một biến tần khác sẽ mang lại cho bạn một sóng vuông đủ tốt. Nếu bạn thực sự cần các cạnh nhanh và tần số tinh thể thấp, thì kích hoạt Schmitt có thể giúp ích. Bạn vẫn có thể làm điều đó với 74HC04. Tôi sẽ sử dụng một biến tần để chạy tinh thể, một giây chỉ là một bộ đệm, sau đó hai với một chút phản hồi DC xung quanh chúng để tạo ra bộ kích hoạt Schmitt. Lý do cần hai biến tần là bạn cần tăng tích cực.

Đây là những gì tôi đang nói về:

Một lần nữa, đối với nhiều ứng dụng, đầu ra từ IC1B sẽ đủ tốt.

Cũng lưu ý rằng mạch này đòi hỏi một tinh thể cộng hưởng song song . Điều này có nghĩa là tần số của nó được chỉ định trong đó độ dịch pha phù hợp với phản hồi xung quanh bộ khuếch đại có mức tăng âm. Một loạt tinh thể cộng hưởng sẽ hoạt động nhưng tần số sẽ tắt một chút.

Coi chừng rằng "Hành động kích hoạt Schmitt" (đầu vào dựa trên so sánh chéo sắc nét) thường bị nhầm lẫn với "Trình kích hoạt Schmitt" (bộ khuếch đại có độ trễ phản hồi tích cực).

Ví dụ: 74HCU04 là một bộ phận có bộ biến tần không đệm hex được thiết kế đặc biệt để tạo bộ dao động. Nó có các đầu vào "Hành động kích hoạt Schmitt", do đó biểu tượng biến tần không có biểu tượng trễ.

Các nhà thiết kế nghiệp dư có thể khóa từ "Schmitt" và cho rằng đầu vào có độ trễ và thêm biểu tượng sai.

KHÔNG sử dụng các bộ phận đệm để xây dựng bộ dao động, vì mức tăng cực cao của chúng (theo thứ tự từ một nghìn trở lên, so với 100 hoặc ít hơn đối với bộ đệm) làm cho chúng rất nhạy cảm với bất kỳ biến đổi tham số nào, ví dụ như điện áp cung cấp, nhiệt độ thay đổi, dung sai một phần, biến thể wafer-to-wafer & gate-to-gate, v.v.

Dao động tinh thể thạch anh tạo ra sóng hình sin, không phù hợp với tín hiệu đồng hồ vì chúng ta muốn các cạnh tăng và giảm càng sạch càng tốt.

Bộ kích hoạt Schmitt được sử dụng để tạo ra một sóng vuông từ sóng hình sin này. Thuộc tính trễ của nó làm cho nó mạnh mẽ chống lại kích hoạt sai.

Tín hiệu đầu ra sẽ sạch hơn và bộ tạo xung nhịp có thể ngay lập tức điều khiển đầu vào Z cao kỹ thuật số.