¿Qué puede causar que el voltaje de salida de un oscilador sea más alto de lo esperado?

Actualmente estoy probando un oscilador CMOS de 50 MHz y 3,3 V en mi circuito, que está conectado a dos pines/cargas: pin MCU y pin Ethernet PHY. El oscilador está clasificado para una carga de salida de 15 pF, que quizás podría estar excediendo en unos pocos pF. Las cosas funcionan bien en mi circuito y también lo es la comunicación Ethernet.

Ahora, el oscilador Vcc es alimentado por 3.3V. Cuando observo la forma de onda en el pin de salida del oscilador, obtengo una forma de onda sinusoidal de 4 V de alto, 0,8 V de bajo y 50 MHz. Me pregunto qué está causando que el voltaje suba a 4V cuando mi voltaje de suministro es de 3.3V. Tengo una resistencia 10R en la salida del oscilador que se proporciona para el ajuste de la terminación.

Nota: Estoy probando la forma de onda con un osciloscopio de 100 MHz de ancho de banda, porque no tengo ningún otro osciloscopio a mano. Pero creo que en realidad debería resultar en una menor amplitud.

Diagrama:

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

¿Alguien podría ayudarme a identificar las razones de este voltaje de salida más alto?

Avíseme si no brindé información importante requerida para el análisis.

Gracias.

EDITAR: el voltaje más alto es independiente de la conexión del cable Ethernet.

Hay un editor de diagramas de circuitos que puede usar para insertar un esquema. Edite su pregunta y presione CTRL M para abrir el editor de esquemas.
¡Compruebe la calibración de la sonda de su alcance! Use la salida de calibración y ajuste la sonda para obtener la máxima planitud, luego vuelva a medir...
Cuando algo no está a la altura de las expectativas, a menudo es necesario ajustar las expectativas. Si la pregunta real es "¿Por qué espero algo incorrecto?", entonces un esquema junto con sus cálculos y una explicación sobre por qué espera que sea la única forma de señalar errores en su razonamiento.
¿La referencia de tierra de su 'osciloscopio está conectada cerca del oscilador o lejos?
He incluido el esquema; lo siento por el no tan bueno.
@brhans: Buen punto. El terreno del alcance fue referenciado un poco lejos. Lo acerqué, lo que reduce el alto voltaje a 3.65V.
¿Está utilizando una sonda pasiva con un clip de tierra largo? Cambie a un clip de tierra para reducir el área del bucle y, si tiene uno, una sonda activa.
Gracias por la sugerencia. Sí, estoy usando una sonda pasiva con un clip de tierra estándar/largo. Intentaré hacer un clip de tierra y volver a ver la forma de onda. No tengo una sonda activa disponible.

Respuestas (3)

Una onda cuadrada pura de amplitud 3,3 voltios pp cuando se filtra perfectamente para eliminar sus armónicos dará como resultado una onda sinusoidal cuya amplitud es un 27% mayor a 4,2 voltios pp: -

ingrese la descripción de la imagen aquí

Observe que la fundamental es de mayor amplitud que la onda cuadrada perfecta. Si haces los cálculos encontrarás que lo fundamental es 4 π veces mayor que la onda cuadrada.

En algún lugar entre el filtrado perfecto y el filtrado proporcionado por su o-scopio, obtiene lo que obtiene.

Gracias por la respuesta, realmente útil. Entonces, ¿significa que la única razón de este voltaje más alto es el ancho de banda limitado de mi osciloscopio (100 MHz)? Si es así, la forma de onda debería parecerse más a una onda cuadrada si mido con un osciloscopio de gran ancho de banda, ¿verdad? Una pregunta más: cuando reduzco la longitud del cable de tierra, la amplitud de la forma de onda sinusoidal se reduce a ~3,6 V, lo cual es comprensible, pero me pregunto si la longitud del cable de tierra y el reflejo de la señal también contribuyen a la medición de ~4 V. ? ¿Algún comentario sobre esto? Gracias.
Alcance de ancho de banda más amplio = onda cuadrada de mejor aspecto. 50 MHz tiene una longitud de onda de unos 4,5 metros. El tercer armónico será de 1,5 my el quinto armónico de 0,9 m, por lo que puede esperar algunos matices que afecten a los armónicos de orden superior, pero recuerde que estos contribuyen menos a la forma que el fundamental y el tercero.
Gracias. Así es, pero acabo de medir la forma de onda nuevamente con la punta de tierra de la punta de la sonda sugerida anteriormente y pude obtener una forma de onda realmente buena de 3.3V. Por supuesto, no era una onda cuadrada perfecta, ya que está limitada por mi osciloscopio BW. Como el alcance es de 100MHz BW, en su mayoría solo veo lo fundamental, que es decente. Lo principal a tener en cuenta fue que el voltaje ahora era justo lo que esperaba; 3.3V y no 4V. Para concluir: ¿Significa esto que el problema de 4 V solo se debió a una conexión a tierra incorrecta de la sonda Y la forma no tan cuadrada solo debido a un menor ancho de banda del osciloscopio?
Desde un millón de millas de distancia es una conjetura.
Jaja, está bien. Gracias de nuevo por su ayuda desde un millón de millas. :)

Su osciloscopio tiene un ancho de banda insuficiente para tales mediciones. La onda cuadrada o casi cuadrada (que produce su oscilador CMOS) tiene una amplitud del primer armónico más alta que la amplitud de la señal cuadrada. Su osciloscopio filtra el siguiente (tercer) armónico y todos los superiores. Entonces ves más voltios de los que esperas.

Supongo que tu circuito funciona bien, no es necesario cambiarlo :)

Gracias por la respuesta. Sí, eso es correcto. Intentaré ver si puedo medir con un osciloscopio de mayor ancho de banda. Sí, lo dejaré como el circuito funciona bien, pero solo quiero analizar esto un poco para una mejor comprensión. :)

Si los cables de conexión son largos, cuando el tiempo de subida del pulso es rápido, más de unas pocas pulgadas, se comportan como líneas de transmisión y podrían reflejar algo de energía aumentando, debido al efecto de resonancia, el voltaje en el extremo de transmisión. Esto también podría dañar el dispositivo del controlador de línea, por lo que es importante terminar con la impedancia correcta de los cables, generalmente alrededor de 50 a 75 ohmios son buenos. Obviamente, la forma de onda reflejada es generalmente sinusoidal cerca de la frecuencia resonante de la línea.

Gracias por la respuesta. Sí, es lógico que la reflexión también pueda ser una de las razones, pero la razón por la que solo tenía 10R cuando diseñé es porque estoy manejando dos cargas con la misma salida del oscilador y estaba preocupado por la caída de voltaje en la salida del oscilador con una terminación más alta. resistencia de ~50R. No puedo hacer el diseño en la etapa en la que estoy ahora, pero cambiaré la resistencia y volveré a ver la forma de onda. Hay tres cosas en juego aquí: el ancho de banda del osciloscopio, la longitud del cable de tierra y la reflexión de la señal. Se intentará verificar cada uno de ellos individualmente y en conjunto.
¿Qué puede causar que el voltaje de salida de un oscilador sea más alto de lo esperado?
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