Reforço Super Duper Vdd necessário no temporizador 555, qual é a melhor maneira?

Estou usando um timer 555 para um sensor / contador de frequência (16 bits).

Ele funciona contando o número de pulsos lidos no tempo de amostragem de 125 ms definido por um temporizador 555; redefine e repete ...

Estou usando o cronômetro em uma operação estável.

• TH (pulso de tempo alto) é o sinal ON de amostragem.

  Este tempo é ajustado e aparado (+/- 5% da faixa de ajuste) com um POT de alta qualidade.

• A borda descendente TL (pulso de tempo baixo) inicia uma leitura de trava de dados -> depois uma operação de redefinição do contador

Agora eu tenho em uma placa de pão. Estou fazendo uma PCB para o design final e quero resolver o seguinte problema para o design da PCB.

Aqui está o problema:

A frequência medida não é super estável (+/- ~ 3Hz a 25kHz) e demora um pouco para resolver.

Eu acho que é porque o tempo de amostragem está sendo afetado pelo ruído no trilho Vdd. Eu tenho capas de desacoplamento em todos os ICs, mas ele está em uma placa de pão, então isso pode ser esperado. Para o layout da placa de circuito impresso, quero garantir que o temporizador 555 esteja em um sólido 5v e a saída do conversor DCDC esteja estável.

Aqui estão algumas idéias que tenho sobre como fazer isso.

1. Use um opamp trilho-trilho e uma referência 4v7 para regular o Timer Vdd @ 4v7
2. Use esferas de ferrite para desacoplar ainda mais o Timer e todos os outros CIs.
3. Use um conversor DCDC separado para o temporizador.
4. Use um IC de regulador linear para o Timer Vdd.

Qual dessas seria a melhor prática para garantir um valor Vdd de timer constante?

Sua estabilidade de curto prazo medida é de cerca de +/- 0,01%, o que não é ruim para um cronômetro RC não compensado.

Você pode aprimorá-lo usando resistores e capacitores de coeficiente de baixa temperatura no circuito de temporização, talvez ignorando o pino 5 até o terra, isolando o circuito termicamente e eletricamente, controlando a temperatura de um forno ao extremo, alimentando-o de uma bateria com um regulador linear de ruído ultra baixo e estágio multiplicador de capacitância, e usando opto-isolamento nas saídas.

Mas isso é bobo. Use um cristal, eles são baratos e têm ordens de magnitude melhores. Por exemplo, um cristal de 100kHz , oscilador ( 74HCU04 + alguns resistores + tampas de carga) e uma divisão por quatro (por exemplo, um 74HC74). A tolerância (precisão absoluta) desse cristal vinculado em particular é de +/- 30ppm ou cerca de 0,75Hz em 25kHz. A estabilidade a curto prazo será muito melhor novamente.

Existem também produtos de osciladores programáveis ​​que você pode solicitar; pode haver um em um intervalo útil para você.

Eu acho que você nunca obterá a precisão e a estabilidade que deseja em um timer 555. A largura do pulso é determinada pelos valores dos resistores e de um capacitor, e os valores desses elementos mudarão com a temperatura e com o tempo.

Para uma duração precisa do pulso, observe um oscilador de cristal com um contador digital para gerar o pulso desejado.

Embora eu tenha muitas boas lembranças do uso de um timer 555, infelizmente, microcontroladores incrivelmente baratos com cristal são quase sempre a melhor opção para os temporizadores atualmente.

A série PIC16 possui alguns membros que possuem uma faixa de tensão muito ampla (3,3-18V +) e estão disponíveis por um dólar e troco.

Esta é mais uma conclusão do que uma solução ...

Como não tive tempo suficiente para projetar um novo circuito usando um cristal, fiz o PCB com as seguintes alterações para tentar melhorá-lo:

1. alta precisão, tampas de filme estáveis ​​em temperatura. Coloquei 2 em paralelo na tentativa de tornar a capacitância mais estável. Quando um capacitor afunda / alimenta mais corrente, ele aquece, fazendo com que a capacitância diminua ... tornando o outro capacitor afundando / alimentando mais corrente. Então você obtém alguma regulamentação acontecendo. Esse nem sempre é o caso dos capacitores de cerâmica, o que eu estava usando antes.

2. resistores de maior precisão para o circuito RC. Eu usei 0,1% de tolerância em vez de 1%. Eles também tinham 4x a estabilidade da temperatura.

3. Regulador de tensão de 4V para o temporizador 555. Isso isola o barramento de 555 volts do restante do material digital por um fator de 100 (1% de regulação de linha).

4. Utilizou pote de 5k em vez de pote de 20k para reduzir o tempo de pulso. Reduz o erro causado pela instabilidade do pote.

5. Saída em buffer para o sinal de pulso do temporizador 555. Usei um LT1630 para direcionar o pulso de tempo para todos os portões, para que o IC do temporizador não estivesse dirigindo corrente. As entradas do portão podem interagir entre si se o inversor de entrada não tiver impedância baixa o suficiente. Eu tenho ~ 7 entradas gate conectadas ao pulso de temporização, então eu queria garantir um sinal forte.

Resultado: obtive cerca de ~ 0,04% de precisão (alternância de 1 bit a ~ ~ 2500dec no barramento). No primeiro circuito, obtive precisão de 0,5% (a precisão que publiquei originalmente estava errada) e o valor estava constantemente à deriva. O novo circuito não tem desvios perceptíveis. Concluindo, usando componentes de melhor qualidade, aumentei a precisão em ~ 10x e a tornei estável e realmente utilizável.

Sei que esse não é o melhor ou até o mais simples método para fazer um contador de frequência, mas é barato e eficaz. Provavelmente vou usá-lo novamente quando precisar fazer uma medição de frequência bruta.

O valor é lido pela porta DB25 com a seleção Hi / Lo de 8 bits. Os LEDs são apenas para depuração. Eu sempre adiciono LEDs sempre que isso pode facilitar minha vida.