¿Cómo eliminar el ruido no cuadrado del oscilador Pierce?

Debido a que estoy trabajando en algunos proyectos de microcontroladores AVR que tendrán múltiples procesadores compartiendo relojes, quería crear un circuito sólido y confiable para proporcionar un reloj después de cambiar los fusibles AVR, por si acaso. ;)

Creé un oscilador Pierce a 4.096 MHz y da una señal decente y una frecuencia casi perfecta con una pendiente vertical muy buena hacia los bordes, pero tiene muchas sacudidas no cuadradas:

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Aquí está mi circuito:

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Y su realización en Veroboard genuino:ingrese la descripción de la imagen aquí

La pregunta es: ¿Qué puedo hacer para eliminar la mayoría o todos los componentes de la señal "con puntas" cuando la señal es alta? ¿Hay componentes adicionales que podría agregar para condicionar eso y aún tener una onda cuadrada utilizable para cronometrar un AVR que depende de un reloj externo?

Te falta un desacoplamiento decente en el Vcc justo al lado del chip
¿Qué tipo de desacoplamiento sugeriría usted? ¿Un condensador de qué tamaño y tipo (si eso es lo que quiere decir)?
Alcance Vcc. ¿Es una línea plana?
100nF y una cerámica de 10nF justo en el pin Vcc. También un 1uF cerca de donde entra Vcc
@JonRB Eso ayudó bastante. Lo aceptaré como respuesta o lo responderé yo mismo si no le importa y actualice con una mejor imagen.
Que demonios ? 4.096 MHz con 7.37...MHz Xtal? IC incorrecto es TTL y tiene histéresis, ambas banderas rojas para este diseño.
@TonyStewart.EEsince'75 Sí, lo siento, cambié el valor del cristal, pero el pasar por alto como se mencionó anteriormente resolvió el problema. Gracias por notar sin embargo, agradezco toda la ayuda. Bonita onda cuadrada fuerte ahora.
¿Por qué está utilizando el disparador TTL Schmitt en la aplicación incorrecta?
Gracias a quienes ofrecieron excelentes consejos sobre el desacoplamiento y el alcance de Vcc para ver su efecto. Lección aprendida, está funcionando muy bien ahora.
Me alegro de que funcione, pero entonces algo anda mal con el esquema.

Respuestas (2)

Un oscilador Pierce XTAL es una retroalimentación negativa lineal con un cambio de fase de 180 grados y una inversión de 180 grados que da como resultado una oscilación saturada de CA estable.

La retroalimentación de CC negativa R actúa como un filtro de paso bajo, de modo que polariza automáticamente la entrada para una salida del 50% del ciclo de trabajo.

Un oscilador de relajación de disparador Schmitt es lo que ha mostrado, que se basa en la histéresis entre dos umbrales para hacer un oscilador de relajación Astable. Excepto que tiene un número de pieza TTL en lugar de CMOS. Mmm.

Entonces, el problema es que no puede usar la histéresis en un oscilador Pierce.
Debe ser un inversor lineal.

A menudo, se sugiere preferir los inversores UB o sin búfer para evitar la resonancia en los armónicos de la alta ganancia, aunque esto se puede atenuar con una serie R en la salida para que actúe como un LPF.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Lamentablemente existen algunos sitios con información falsa sobre este circuito y su teoría de funcionamiento. Este sitio es un ejemplo que muestra el disparador Schmitt. Esto es completamente incorrecto y ningún uC usa un disparador Schmitt internamente para resonadores externos.

  1. ¡No estás alimentando los inversores!
  2. Oh, espera, eso es un error en el esquema. Aunque sigue siendo malo. Este error conduce directamente a:
  3. Debido a que no está mostrando cómo se alimentan los inversores en el esquema, hace que sea menos obvio que olvidó la tapa de derivación.

Hazlo bien. Muestre todo en el esquema, incluido cómo se alimentan TODOS los chips. Los chips digitales como este necesitan una tapa de derivación entre sus pines de alimentación y tierra lo más cerca posible del chip. Una cerámica de 1 µF funcionaría bien.

El hecho de que la parte superior de las formas de onda esté desordenada, pero la parte inferior limpia, es una pista inmediata de que el desorden en realidad proviene de la alimentación.

Piénsalo. Cuando la salida digital es alta, básicamente está conectada a Vdd a través de un FET de unos 100 Ω como máximo. Si hay basura en la salida sin nada que la cargue, entonces esa basura proviene de Vdd. Mmm. ¿Cómo pasó eso de pasar por alto en esa frecuencia? Oh, mira, ¡no hay tapa de derivación! Esto realmente debería haber sido un proceso de pensamiento bastante obvio.

Un problema adicional es que está utilizando piezas 74LS para impulsar el cristal. Una resistencia de retroalimentación de 1 MΩ no hará mucho en un inversor 74LS. Los bordes duros resultantes están causando un contenido armónico significativo fuera del cristal, que está sonando tan fuerte que está contaminando la fuente de alimentación, lo que se ve favorecido por la decisión de quitar la tapa de derivación. Parece que su ruido es el cuarto armónico, casi con seguridad causado por el cristal.

Use un inversor CMOS con niveles de entrada equilibrados (no TTL), agregue la tapa de derivación y todo debería estar significativamente más limpio.

Moví las conexiones de energía a otra hoja esquemática. Gracias por la regla general, eso tiene mucho sentido y cuando agregué el capacitor de 1uF, la mayoría de los artefactos de CA desaparecieron.
@Tom: Está bien aprender y preguntar sobre cosas nuevas para usted. Pero no preguntes sobre conceptos más avanzados cuando te saltaste o todavía estás confundido por cosas básicas como pasar por alto. Si no está seguro de qué es eso, entonces pregunte sobre eso. Es como preguntar cómo cambiar los anillos del pistón cuando no está seguro de cómo usar una llave. Está bien no saber cómo usar una llave inglesa, pero luego pregunte sobre eso antes de entrar en cosas que supongan que sabe cómo usar la llave inglesa.
+1 por llegar al punto de forma indirecta. Sus últimos 2 párrafos llegan a la esencia de los problemas. Ausencia de tapones de derivación y un diseño que suena como una campana. Alguien más te dio un -1. No estoy seguro de por qué...
Hay enchufes DIP con condensadores de derivación incorporados, que podrían valer la pena investigar.
Nadie más puede ver los errores de fallas fundamentales con este diseño. La señal es claramente TTL con resonancia de alta impedancia por encima de 2V y debe usar este LS14 con este diseño. Debe ser CMOS lineal. La impedancia de salida TTL no es lineal. Bajo a 0V medio a 2V y alto por encima de 2V.
@Tony: Sí, vea el penúltimo párrafo de la respuesta.
@OlinLathrop No afecta el suministro, es solo la señal de un astable en f inferior y suena> 2V en Xtal f. Tecnología incorrecta.
@Tony: Creo que ambas cosas están sucediendo. El cristal definitivamente está sonando a 4x la fundamental, en gran parte debido a la mala elección del controlador. Sin embargo, la fuente de alimentación también parece verse afectada. Ver comentario de OP arriba. Puso una tapa de derivación en la línea eléctrica y la mayoría de los artefactos desaparecieron. El cristal todavía funciona mal y suena, pero eso ya no aparece en la salida debido a la tensión de alimentación estable.
@Olin No creo que sea posible obtener 7.3728MHz, pero ciertamente 4.xxxMHz limpio pero inestable, algo es inconsistente en la pregunta.
¿Cómo eliminar el ruido no cuadrado del oscilador Pierce?
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