Svenska ElektronikForumet

Jag labbar just nu med oscillator-kretsen.
För att hjälpa oscillationen att starta och för att reducera frekvens-jitter tänkte jag använda en PLL.
Det fungerar nästan bra så jag kanske måste skippa hela ide'n.

Ett litet roligt fenomen.
PLL'en är en separat oscillator som försöker synka sig med stämgaffel-oscillatorn.
Nu när jag skulle analysera PLL'en så kopplade jag bort logiken från styrningen av oscillatorn och upptäckte att PLL'en fungerar iaf, men bara en bråkdel av frekvens-styrningen.
Logiken stryr alltså frekvensen(åt rätt håll dessutom) fast det inte finns någon koppling mellan logik och oscillator.

Jag fick ett liknande fenomen för ett tag sen med 2st spännings-styrda precisions-oscillatorer.
Jag skulle testa hur stabila dessa var i förhållade till varandra.
Med en vridpot justerade jag frekvensen på den ena tills båda kurvorna låg i synk.
Och sen satt jag där 30minuter och var djupt imponerad över att kurvorna var som klistrade mot varandra.
Det visade sig att dom stör varandra så att dom synkas.

En bild på dagens trasselsudd.

Jag hittade ett ganska otippat fel så nu är jag väldigt hoppfull med att få PLL'en att fungera klockrent.
Den OP(TL062) som styr frekvensen matas med enkel +5V för signalen ut behöver inte gå så lågt som 0V och ingångarna ska under normal funktion ligga inom lämpligt område.
Problemet är att spänningen ligger på 0V på +ingången vid start och utgången kopplas direkt till -ingången.
Man tycker ju att spänningen på utgången borde bli låg i det fallet men den blir av någon anledning 4.35V(slår i taket) så PLL'en fastnar i det läget.
Så jag får väl använda en OP som är specad "rail to rail".
Man lär sig något nytt varje dag.

Nu fungerar PLL'en riktigt bra, och frekvens-jittret är bara några få µsekunder/period.

Jag gjorde så att styrningen av oscillatorn har 2 mode.
1 Frekvens-sökning, den sveper genom hela frekvens området för att se när stämgaffeln reagerar.
Det här modet behövs för att PLL'en inte funkar så bra när signalen från gaffeln är för svag och oregelbunden.
2 PLL'en låser frekvensen mot stämgaffeln.
Det som bestämmer mode är hur ren signalen är ut från PLL'en.
Jag ska väl förklara ytterligare när jag har gjort ett schema.

Ni kan se hur det ser ut när PLL'en hamnar ur sync och den går över till mode1 för att sen gå över till mode2 igen när den hittar bra sync.

Film när gaffeln får en smäll

Jag tycker själv att hela konstruktionen är FUBAR men då är ju allt som det ska.

Nu har jag gjort ett schema på oscillatorn men jag har inte verifierat att allt är korrekt ännu.
Jag ska förklara lite senare hur den fungerar.
För att göra det enklare att förklara har jag delat in schemat i funktionsblock.

Schema

Schema med funktionsblock

Jag undrar vad ni anser är lämpligt ang avkoppling.
Ska alla opampar och logik-kretsar ha en egen konding på 100nF?
Vad kan bli problem om man skippar det?

Jag har verifierat hela schemat och hittat några fel så här är ett nytt schema.
Schemat med funktionsblocken inringade är inte uppdaterat och jag kommer inte göra det heller, men det duger ändå för att snegla på när ni läser beskrivningen (för den kommer ju alla läsa ).
Schema 1600X990
Schema för utskrift 300dpi A4


I Orginal-kretsen fanns bara steg 1-10.
Steg 11-19 är pll'en, med switchen S1 kan man i debug-syfte koppla förbi steg 11-19.

------
1: Signalen från mottagar-spolen går genom ett högpass och ett lågpass-filter och förstärks(justerbar upp till 100gr) med en op.

2: Ett aktivt filter och förstärkning(justerbar upp till typ 10gr) med en op.

3: Ett till filter och förstärkning, samma som steg2.

4: En komparator-kopplad op så att sinus-signalen blir en fyrkantvåg.
Triggnivån är justerbar så att man kan undvika skräp-signal ut när oscillationen är svag.
Signalen blir inte perfekt symetrisk när man har högre triggnivå än 0V men det fungerar bra ändå.

5: Gör en kort låg puls när signalen in blir hög.

6: En 555'a som gör en ställbar fördröjning.

7: gör en kort låg puls när signalen blir låg.

8: En 555'a som bestämmer längden på pulsen som ska aktivera elektromagneten.

9: Elektromagneten ska aktiveras med inverterad polaritet varje gång, flip-flop'en fixar det.

10: En enkel H-brygga som driver elektromagneten.

11: Signalen in är en fyrkantvåg som växlar mellan +5V OCH -5v, dioden gör så att -5V blir 0V.

12: Det här är logiken till pll'en, signalen från stämgaffeln går till en flip-flop och signalen från en oscillator(steg18) går till en annan flip-flop.
resultatet är att man får 2 pulser ut som är konstant låga om frekvenserna är i perfekt fas.
Den ena ger pulser vars duty-cycle mosvarar fasfelet i positiv riktning och den andra för negativ riktning.
Dessa 2 signaler ska styra frekvensen på oscillatorn(steg18) så att frekvensen går i fas med stämgaffeln.

13: Signalerna PLL+ och PLL- laddar upp en kondensator så att spänningen blir högre ju sämre i fas signalerna in till pll'en är.

14: Det finns 2 mode, det ena är frekvens-sökning och det andra är att pll'en styr oscillatorn.
Den här op'en är komparator-kopplad med ställbar nivå och en ganska stor hysteres.
Om spänningen från steg13 är hög så är signalerna väldigt mycket i ofas och komparatorn(låg utgång) bestämmer att kretsen ska in i frekvens-söknings-mode.

15: Kretsen är en "Quad 3-state buffer", Om signalen från steg14 är låg så stängs signalen från steg12(PLL- och PLL+) och
signalen från steg16 öppnas.

16: Kanske lite konstigt kopplad op, utgången är antingen hög eller låg och den växlar när signalen ut från steg17 kommer till en viss nivå.
Detta gör att kondensatorn C24 i steg17 laddas upp och laddas ur långsamt växelvis.

17: När signalen ut från steg14 är hög så går signalerna från steg12 fram till steg17 och pll'en ska styra frekvensen.
Den ena signalen laddar upp kondensator C24 och den andra signalen laddar ur C24.
Spänningen i C24 styr frekvensen på oscillatorn i steg18.
Det fiffiga med steg17 är R31, utan den blir det i princip en I-kontroller vilket resulterar i att frekvensen vaggar fram och tillbaka många gånger innan den till slut kommer i fas.
Med R31 blir det i princip en PI-kontroller som reglerar frekvensen mycket snabbt utan självsvängning.

18: En spännings-styrd oscillator(880Hz), signalen från steg17 kan bara ändra frekvensen lite, grov-justering görs manuellt med poten.
Det intressanta med den här oscillatorn är att frekvensen är väldigt ostabil vilket ger ett kraftigt lågfrekvent frekvens-jitter.
Men eftersom pll'en är så snabb på att justera frekvensen så försvinner detta jitter nästan helt.
pll'en ska alltså reglera snabbt för att få bort jittret från oscillatorn men inte för snabbt så att jittret från stämgaffeln tar sig igenom.

19: En flip-flop som halverar frekvensen till 440Hz och gör så att signalen blir symetrisk, signalen går vidare till steg5.
------


Då ska jag bara ta ställning till om jag ska ha avkopplings-kondingar eller ej och sen ska det routas.
Att µprocessorer behöver avkoppling råder det inget tvivel om men hur är det med logik-kretsar och några opampar?

Trots att det är måndag så hängde jag med på genomgången.

Kul att se ett sånt här stort projekt som inte innehåller någon mikrokontroller.


Avkoppling ja..
555'or och jag är inte så jättebra kompisar, så till dem brukar det bli avkopplings-kondingar. Annars tror jag knappt att jag brukar behöva dem till OP-kopplingar eller logik-kretsar. Men du har ju redan så många komponenter i schemat, så några kondingar till gör ju ingen större skada.


Intressant film. Det fungerar ju lysande.

Tack jimmy!
Nu såg jag att jag hade missat avkoppling till en 555'a.

Det är helt riktigt att jag med avsikt inte använder µkontroller till oscillatorn.
Men klockan ska iaf få en µkontroller, det skulle bli förödande att göra även den med logik-kretsar.

Jag fick just ett litet "problem" när jag skulle börja routa.
Tydligen har jag råkat flytta många komponenter utan grid och jag är lite allergisk mot decimaler som inte ska finnas.
Kan man flytta komponenter till "fixa" positioner i Eagle så jag kan få bort decimalerna?
[EDIT]
Jag svarar själv, det är bara att skriva namnet på en komponent så kan man placera den med grid aktiverad.

Kom på en sak.....
Jag fick ett problem med gratisversionen av Eagle när jag gjorde temp-kortet.
Det var så många komponenter att komponenterna låg utspridda på en så stor yta att det var omöjligt att flytta dessa innanför ramarna för gratisversionen i en operation.
Jag kom inte på något annat än att ta bort alla komponenter som låg utanför och sätta dit dom igen, några i taget och flytta tills hela schemat var klart.
Så på det här kortet gjorde jag det från början.
Har fler haft samma problem?
Finns det någon bättre lösning?, om inte så ser jag det som ett straff för att man vill göra stora kort med gratisversionen.

Jag valde att skippa avkoppling till logik-kretsar och opampar.

Routningen är klar efter många timmars arbete.
Jag tycker det blev för många vias, men annars är jag nöjd.

Jag provade Eagle3D och POVRay, tyvärr fanns inte alla komponenter.

Använt ALT knappen flitigt vid routningen? Annars ser det snyggt ut.

Ska du lämna in den för tillverkning på "riktigt" med plätterade vior osv? Vilka format vill de ha i såfall?

ALT-knappen verkar inte ha någon funktion så jag förstår inte riktigt vad du menar.

Jag ska etsa själv så det blir mycket lödning av vias.

Beroende på hur du ställt in "snappen" så kommer du få vissa fasta vinklar hos dina dragningar. Trycker man in ALT knappen så "override,ar" man det och kan dra banorna i vilka vinklar man vill. Eftersom du ska etsa ditt kort så spelar det ju inte någon större roll. Jag tror det krävs lite större datorkraft ifall vinklarna inte är 45 grader i någon multipell när man fräser ut korten.

Jag vet inte om du är något intresserad av att optimera din layout, men tex banan som går runt de två viorna längst ner kunde man kanske dra om....

Varför hoppade du över all avkoppling?
Är inte det ganska viktigt här?

En annan sak som också slog mig var att det är ganska glest på kortet. Banorna på de ställen som är känsliga, de som kommer från sensorn tex., bör väl vara ganska korta så de inte plockar upp störningar? Är det inte bättre att ha så korta banor som möjligt i alla signal vägar? Som sagt bara en tanke, jag kan ha fel.

Om du ska göra en beställning från en PCB tillverkare kanske 4-lagers är en variant också.

Kul att det rör på sig!

Fräsen, ja den var inte snygg, det beror på att en jordledning ligger i vägen men med jordplan syns den ju inte.
Man borde mao optimera kortet även efter man lägget på jordplanet.
Jag fixar det.

Kanske lite dumt att hoppa över avkoppling men kretsen fungerar klockrent på kopplingsdäcket så avkoppling känns överflödigt.

Saken är den att störningarna som kommer från spolen är 1000tals gånger starkare än det som kommer från dåligt dragna ledningar och signalen filtreras i flera steg så det blir inga störningar kvar.
Och i slutet är signalen så stark att lite störningar inte påverkar nämnvärt.
Sen fixar PLL'en så att störningar reduceras, så för mig känns alla vidare åtgärder onödiga.

4-lagers skulle vara trevligt, då kan man låta autoroutern göra hela jobbet.
Vi får se efter det här kortet, jag kanske aldrig mer vill löda en via igen.

Jag blev lite nyfiken på hur det skulle se ut med hålmonterade komponenter.
Jag har bytt ut alla komponenter som var enkla att byta kapsel på.
Autoroutern fick jobba och så routade jag de sista 5% som den inte klarade.
Inte alls många vias men man måste löda många komponenter på båda sidorna.
Om jag byter allt till hålmonterat kommer kortet bli väldigt kompakt och snyggt.
Beslutångest som vanligt.

Nu är kortet till oscillatorn klart.
Det fungerar perfekt.


Bild på kretskortet
Kortet har blivit ganska oxiderat efter att jag har pillat på det.
Har ni tips på vad man kan polera kortet med när komponenterna är på plats?


CNC-borrning, borrjäveln gick av.
När jag fortsatte borrningen sänkte jag matningen från 0.05 till 0.01mm/varv.




Lödning av vias, 101st, det var inte så jobbigt faktiskt.




Kortet är slipat med smärgelduk och polerat med svinto.