Diseños de osciladores sencillos

Question

Quiero ser capaz de crear circuitos osciladores sencillos para la sincronización en circuitos digitales y me pregunto cuál es el diseño más sencillo que la gente conoce.

Podría utilizar un simple oscilador de anillo que es bastante simple

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

pero esto se ejecutaría mucho más rápido de lo que quiero - idealmente buscando golpear alrededor de 0,1Hz a 10Hz.

Por el momento he estado utilizando un oscilador biestable como este:

simular este circuito

Esto funciona bien y puedo controlar la frecuencia variando los valores de los condensadores y las resistencias, pero me pregunto si hay esquemas mejores o más sencillos. Específicamente me gustaría unos sin los pasivos, pero sin usar nada más complicado que la lógica básica (NOT, NAND, NOR etc).

Cualquier aportación/idea sería genial, ¡gracias!

Answer 1

Si no quieres utilizar componentes pasivos, aquí tienes una solución totalmente digital. Me doy cuenta de que el uso de los chips contadores va más allá de su deseo de utilizar sólo puertas lógicas básicas (NAND, NOR, etc.), y de hecho uno puede construir los contadores utilizados a continuación a partir de estos elementos, pero la complejidad lo haría poco práctico.

Toma tu primer oscilador y añade dos inversores más. El retardo de propagación típico t _tpd de un Inversor 74HCT04 es de 14 ns. Esto dará como resultado una frecuencia de salida de aproximadamente 70 MHz (que he simulado en CircuitLab). La razón para usar la frecuencia más baja es doble: permite una mayor elección de piezas para dividir hacia abajo (por ejemplo la pieza 74HC4024 de abajo tiene una frecuencia máxima de 90 MHz), y 70 MHz divide hacia abajo más cerca de 1 Hz que 120 MHz usando contadores binarios.

Utilizando un 74HC4024 Contador de rizado de 7 etapas Utiliza la toma Q4 para dividir los 70 MHz entre 32, lo que da una frecuencia de aproximadamente 2,19 MHz.

A continuación, utilizando un CD4521 Contador de 24 etapas Utilizando la toma Q18, dividiendo 2,19 MHz entre 262144, se obtiene una frecuencia de 8,34 Hz. Utilizando la toma Q21, dividiendo 2,19 MHz por 2097152 se obtiene 1,04 Hz. Utilizando la última toma Q24, dividiendo 2,19 MHz entre 16777216 se obtienen 0,13 Hz.

Por lo tanto, no es el rango completo que pediste (de 0,1 a 10 Hz), pero está cerca (de 0,13 a 8,34 Hz, incluyendo 1 Hz casi exactamente), y hay cuatro tomas adicionales en el medio que se pueden utilizar.

Para ello se necesitarían tres CI: los cinco inversores en un 74HCT04, y los dos contadores.

Answer 2

Me gustaría fuertemente sugieren utilizar un CPLD para esta tarea. El chip CPLD por sí solo se encargará de todo lo que necesitas en 1 IC, por un precio muy barato.

Como mencionó tcrosley, utilizando 5 puertas NOT en serie obtendrás unos 70 MHz, y a partir de ahí tendrás que dividirlo hacia abajo. Sin embargo, es casi seguro que no serán 70 MHz y dependerá del CPLD que elijas si lo haces y, por supuesto, tendrías que calcular en base a su respectivo retardo de propagación.

Si se utilizan 23 flip-flops como divisores en serie, se dividirá a 8,34 Hz, y si se utilizan 29 se obtendrán 0,13 Hz.

Por lo que he oído, los CPLD suelen contener 1 flip-flop por macrocelda, por lo que necesitas al menos 29 macroceldas.

De hecho una de las opciones más baratas de Lattice Semi que cuesta 1,20 dólares por chip tiene 32 macrocélulas.

Y por último, pero no menos importante, puede fácilmente cambiar el diseño y por lo tanto la frecuencia de su oscilador simplemente cargando un nuevo código, sin necesidad de recablear nada.

Editar

Y en realidad, en este caso ni siquiera necesitarías utilizar elementos lógicos para crear los inversores, ya que muchos CPLD ya tienen elementos de reloj en ellos. Solo tienes que codificar el reloj para conectarlo a tu cadena de divisores y enviar la salida a tu E/S.