555 PWM Checker/Filter

Nicht ganz ein exaktes Duplikat, aber diese Frage sollte Ihnen viele Hinweise geben: Finden der Frequenz einer Reihe von Impulsen (3 - 60 Hz) ohne Verwendung eines Mikrocontrollers oder Frequenz-Spannungs-Wandlers

Für Ihre Anforderungen benötigen Sie insgesamt vier Timer; zwei, um die Grenzwerte für die akzeptierte Frequenz festzulegen, und zwei, um die Grenzwerte für das Tastverhältnis festzulegen.

Sie benötigen auch etwas Logik, um die Ergebnisse all dieser Tests zu kombinieren und Ihr endgültiges Ausgangssignal zu erzeugen.

Zusätzliche Details: Die vier Timer werden alle durch die fallende Flanke des Eingangssignals getriggert. Wenn jeder Timer abläuft, tastet er das Eingangssignal unter Verwendung eines DFF ab. Wenn alle DFFs den korrekten Wert enthalten, liegt der Eingangsimpuls innerhalb der Spezifikationen.

^{Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan}

Gedankenstrom:

• Die Erkennung des Tastverhältnisses ist hier wahrscheinlich der einfachste Teil: Ein RC-Tiefpassfilter gibt Ihnen eine Spannung proportional zum Tastverhältnis (vorausgesetzt, das Signal ist ausreichend niederohmig angesteuert, was Sie durch die Verwendung eines großen Widerstands in Ihrem sicherstellen können RC). Der Cutoff sollte ziemlich niedrig sein – gerade hoch genug, dass Sie dieser Änderung folgen können, wenn sich das Tastverhältnis ändert.
• Sie können ein PWM-Signal mit "zirka Zielfrequenz" in eine reine Sinuswelle umwandeln, indem Sie alle Oberwellen herausfiltern, sodass Sie die Grundwelle erhalten. Also ein weiterer Tiefpassfilter, Grenzfrequenz über 105 % der Nennfrequenz und unter 200 %.
• OK, sagen wir, wir haben jetzt eine reine Sinuswelle, von der wir wissen möchten, dass sie innerhalb von 5% einer Nennfrequenz liegt, dh. ob für$f_{actual} = x\cdot f_{nominal}$, die Abweichung ist$0.95 < x < 1.05$. Problem: Ein analoges Filter mit 5 % Bandbreite benötigt mehrere Stufen und ist daher a) schwer zu bauen und noch schlimmer, b) hängt sehr stark von Komponententoleranzen ab
• Wir könnten dieses Problem lösen, indem wir es mit einer anderen Schwingung mischen (dh multiplizieren) (dafür können Sie einen gefilterten Ausgang Ihres 555 verwenden!), die wir beispielsweise auf eine Frequenz von 20 % über der Nennfrequenz legen. Das Produkt enthält eine Frequenzkomponente bei der Summe der Referenzfrequenz und der unbekannten Frequenz und bei der Differenz.
• Wir können die Summenfrequenz bei herausfiltern $$\begin{align} 1.2\cdot f_{nominal}+f_{actual} &= 1.2f_{nominal} + x\cdot f_{nominal}\\ &=f_{nominal}(1.2+x) \end{align}$$ leicht (noch ein weiterer RC-Tiefpass, das Ergebnis ist mehr als doppelt so hoch wie unsere Nennfrequenz) und bei der Differenzfrequenz bleiben $$\begin{align} 1.2\cdot f_{nominal}-f_{actual} &= 1.2f_{nominal} - x\cdot f_{nominal}\\ &=f_{nominal}(1.2-x), \end{align}$$ denn das wird in einem Bereich von 0,15 bis 0,25 der Nennfrequenz enden. Wenn wir die Nennfrequenz genau richtig treffen, landen wir bei$0.2 f_{nominal}$, also jetzt die$0.05f_{nominal}$sind 25 % Bandbreite um seine Mitte herum – das ist mit einem analogen Filter viel, viel einfacher.
• Bauen Sie also einen analogen Bandpassfilter, der durchlässt$0.15 f_{nominal}$Zu$0.25 f_{nominal}$. Analog Devices hat ein nettes Tool .
• Gleichrichten Sie den Ausgang und mitteln Sie ihn (ein weiterer RC-Tiefpass)

Für diesen Ansatz wäre die Stückliste:

• Ein paar Operationsverstärker, ich denke, Sie benötigen 4 (was bedeutet, dass Sie mit einem Quad-Operationsverstärker arbeiten können:
  • 1 Präzisionsgleichrichter am Ausgang
  • 3 für den letzten Bandpass (klingt für mich wie ein Tschebyscheff 6. Ordnung, siehe das Filterwerkzeug oben)
• eine Referenzoszillationsquelle (ich würde empfehlen, einen Quarzoszillator zu unterteilen, da der 555 selbst nur etwa 3% genau ist, was eine 5%-genaue Erkennung fragwürdig macht; aber für einen Prototyp verwenden Sie den 555)
• 4 entsprechend ausgelegte RC-Filter:
  • DC-Durchschnitt für die Tastverhältniserkennung
  • harmonische Entfernung, um PWM in Sinus umzuwandeln
  • Mixer-Ausgangsfilterung
  • Gleichrichterausgang DC-Mittelung
• drei AC-Kopplungskondensatoren
• ein Mischpult (SA612, vielleicht?)