Измерение стабильности генератора на основе логического элемента

Журнал РАДИОЛОЦМАН, февраль 2018

Shyam Sunder Tiwari

Electronic Design

Когда разработчикам требуется быстро собрать простой источник импульсов, нередко они используют релаксационный генератор на базе цифровых логических элементов, таких, например, как инвертор 74HC14 с триггером Шмита на входах (Рисунок 1). Подобный генератор может оказаться полезным, например, для оцифровки сигналов датчиков, основанных на изменениях сопротивления или емкости измерительного элемента. Частота генерации будет отслеживать вариации сопротивления или емкости датчика, обеспечивая возможность измерения соответствующих физических параметров.

Рисунок 1.	Релаксационные генераторы такого типа популярны и полезны, но ставят вопрос о стабильности их частоты во времени и при изменении температуры.

Такое использование генераторов на логических элементах ставит вопрос о том, насколько надежно способен генератор поддерживать стабильность частоты во времени и при изменениях температуры. Для минимизации влияния дрейфа параметров пассивных компонентов в схеме генератора я использовал металлопленочные резисторы и конденсаторы с температурным коэффициентом NPO. Емкость конденсатора C1 равнялась 0.01 мкФ, а резистор R1 состоял из соединенных параллельно резисторов с сопротивлениями 1100 Ом и 1 МОм, что давало частоту генерации между 11 кГц и 12 кГц.

Для измерения температуры я использовал регистратор барометрического давления и температуры компании Intersema. Атмосферное давление во время измерений оставалось постоянным и равнялось 999.95 мбар, а относительная влажность составляла 75%. Представленные на Рисунке 2 результаты показывают, что частота увеличивалась с ростом температуры, и температурная стабильность не превосходила 1%/°C.

Рисунок 2.	Испытания схемы выявили температурный дрейф частоты порядка 1%/°C.

Какой-либо заметный временной дрейф зафиксирован не был. Видные на графиках изменения частоты во времени, по видимому, являются следствием небольших флуктуаций температуры. Наиболее вероятной причиной низкой стабильности генератора может быть смещение пороговых уровней схемы гистерезиса.

Таким образом, генераторы подобного типа не способны обеспечить стабильность частоты лучше, чем 1%/°C. Зависимость от времени не наблюдалась, и находилась в пределах флуктуаций, обусловленных колебаниями температуры. Этот дрейф я связываю с изменениями порога гистерезиса внутренней входной схемы логического элемента.

Материалы по теме