555 Comprobador/filtro PWM

No es un duplicado exacto, pero esta pregunta debería darle muchas pistas: encontrar la frecuencia de una serie de pulsos (3 - 60 Hz) sin usar un microcontrolador o un convertidor de frecuencia a voltaje

Para sus requisitos, necesitará un total de cuatro temporizadores; dos para establecer los límites de la frecuencia que aceptará y dos para establecer los límites del ciclo de trabajo.

También necesitará algo de lógica para combinar los resultados de todas estas pruebas y crear su señal de salida final.

Detalles adicionales: Los cuatro temporizadores se activan con el flanco descendente de la señal de entrada. A medida que se agota el tiempo de cada temporizador, muestrea la señal de entrada mediante un DFF. Si todos los DFF contienen el valor correcto, entonces el pulso de entrada está dentro de las especificaciones.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Corriente de pensamiento:

• La detección del ciclo de trabajo es probablemente la parte más fácil aquí: un filtro de paso bajo RC le dará un voltaje proporcional al ciclo de trabajo (suponiendo que la señal esté impulsada por una impedancia lo suficientemente baja, de lo cual puede asegurarse usando una resistencia grande en su CR). El corte debe ser bastante bajo, lo suficientemente alto como para que, si cambia el ciclo de trabajo, pueda seguir ese cambio.
• Puede convertir una señal PWM de "alrededor de la frecuencia objetivo" en una onda sinusoidal pura mediante el filtrado de todos sus armónicos, dejándolo con el fundamental. Entonces, otro filtro de paso bajo, corte por encima del 105% de la frecuencia nominal y por debajo del 200%.
• Bien, digamos que ahora tenemos una onda sinusoidal pura que queremos saber si está dentro del 5% de una frecuencia nominal, es decir. ya sea por$f_{actual} = x\cdot f_{nominal}$, la desviación es$0.95 < x < 1.05$. Problema: un filtro analógico de 5% de ancho de banda necesita múltiples etapas y, por lo tanto, es a) difícil de construir y, lo que es peor, b) depende mucho de las tolerancias de los componentes
• Podríamos aliviar ese problema mezclándolo (es decir, multiplicándolo) con otra oscilación (¡para esto puede usar una salida filtrada de su 555!), que, digamos, ponemos a una frecuencia 20% por encima de la frecuencia nominal. El producto contendrá un componente de frecuencia en la suma de la frecuencia de referencia y desconocida, y en la diferencia.
• Podemos filtrar la frecuencia de suma en $$\begin{align} 1.2\cdot f_{nominal}+f_{actual} &= 1.2f_{nominal} + x\cdot f_{nominal}\\ &=f_{nominal}(1.2+x) \end{align}$$ fácilmente (otro paso bajo RC, el resultado es más del doble de nuestra frecuencia nominal), y quédese con la frecuencia de diferencia $$\begin{align} 1.2\cdot f_{nominal}-f_{actual} &= 1.2f_{nominal} - x\cdot f_{nominal}\\ &=f_{nominal}(1.2-x), \end{align}$$ porque eso terminará en un rango de 0.15 a 0.25 de la frecuencia nominal. Si alcanzamos la frecuencia nominal a la perfección, terminamos en$0.2 f_{nominal}$, entonces ahora el$0.05f_{nominal}$tienen un ancho de banda del 25% alrededor de su centro; eso es mucho, mucho más fácil de hacer con un filtro analógico.
• Por lo tanto, construya un filtro de paso de banda analógico que pase$0.15 f_{nominal}$a$0.25 f_{nominal}$. Los dispositivos analógicos tienen una buena herramienta .
• rectificar la salida y promediarla (otro RC de paso bajo)

Para este enfoque, la lista de materiales sería:

• Un par de opamps, creo que necesitarás 4 (lo que significa que puedes trabajar con un quad-opamp:
  • 1 rectificador de precisión en la salida
  • 3 para el paso de banda final (me suena como un Chebyshev de sexto orden, vea la herramienta de filtro arriba)
• una fuente de oscilación de referencia (recomiendo dividir un oscilador de cuarzo, porque el 555 tiene una precisión de alrededor del 3 % solamente, lo que hace que una detección con una precisión del 5 % sea cuestionable; pero para un prototipo, use el 555)
• 4 filtros RC adecuadamente diseñados:
  • Promedio de CC para la detección del ciclo de trabajo
  • Eliminación de armónicos para convertir PWM a seno
  • filtrado de salida del mezclador
  • Promedio de CC de salida del rectificador
• tres condensadores de acoplamiento de CA
• un mezclador (SA612, ¿tal vez?)