Реализация недорогого изолированного источника тактового сигнала на основе быстродействующего оптрона с низкой проходной емкостью вход-выход.
Схемы, такие как синтезаторы ФАПЧ, АЦП с широким динамическим диапазоном сигнала и цифровые схемы, формирующие временные интервалы, требуют для своей работы стабильную и неискаженную тактовую частоту.
Отладка таких схем с помощью осциллографа является трудной задачей, даже если тактовый сигнал теоретически соответствует требованиям схемы по отсутствию искажений и фазовому шуму. Различная величина нагрузки на линии тактового сигнала является типичным случаем в схеме при ее функциональном тестировании, и наводки с источника питания, которые так же всегда присутствуют при отладке платы на лабораторном столе, могут ухудшить чистоту сигнала внесением дрожания фронтов и случайных изменений фазы.
Вы можете изолировать осциллограф от нагрузки с помощью специального буферного каскада с высоким ослаблением обратного сигнала, но для сигнала в частотном диапазоне выше 10 МГц создание такого буфера вызывает значительные затруднения. В этой дизайн идее описывается недорогая реализация изолированного источника тактового сигнала на основе быстродействующего оптрона с низкой проходной емкостью вход-выход.
В схеме используется каскад кварцевого генератора на двух NPN транзисторах включенных по обычной схеме (рис. 1). В зависимости от частоты вы выбираете компоненты C3 и C4 ; для частот от 15 МГц до 30 МГц их номиналы будут 220 пФ и 100 пФ соответственно. Для получения более низких частот необходимо соответственно увеличить данные номиналы. Возможна так же замена данного каскад на другую эквивалентную ему схему.
Повторитель со сдвигом уровня реализован на PNP транзисторе Q3; на его выходе получаем сигнал совместимый с TTL уровнями. Резистор R7 выбирается из условия наилучшей импульсной характеристики; номинал 220 Ом подходит в большинстве случае; в то же время, если это необходимо вы можете не использовать его вовсе.
Теперь подадим сигнал с логическим уровнем на вход быстродействующего КМОП оптрона, IC2. В этой схеме используется оптрон типа HCPL-7101, который работает на частотах вплоть до 40 МГц, но так же подойдут и новые микросхемы, такие как HCPL-77xx в SMD корпусе. Эти оптроны имеют величину емкости вход-выход менее 1 пФ, и имеют отдельные выводы питания. Если у вас в схеме нет общей земли, как в случае, приведенном на рис. 1, вы обеспечиваете оптимизированную очень малую величину связи, что обеспечивает эффективную изоляцию от изменений в нагрузке и EMI (электромагнитных помех) которые в противном случае могли модулировать поступающий сигнал.
Обратите внимание, что левая часть схемы, состоящая из генератора и входной цепи оптрона, получает питание от отдельной батареи напряжением 5 В. В правой части схемы, состоящей из выходного каскада оптрона, все линии подключены к тестируемой плате довольно длинными проводами; тем не менее, они не могут оказать дестабилизирующего влияния на схему генератора. Вы можете использовать любой оптрон с подходящей полосой пропускания, обращая при этом внимание на допустимое напряжение источника питания и совместимость с логическими уровнями микросхемы IC2.
