War meine Schaltung Opfer einer Kondensator-Eigenresonanz?

Um einen kurzen Impuls aus einem permanenten Konstantstromsignal zu erzeugen, habe ich diese Schaltung gemacht. Es funktioniert gut, außer dass es eine sehr hochfrequente Welligkeit erzeugte, die auf der gesamten Prototypplatine, nicht nur am Ausgang, Chaos anrichtete und die Spannung der gesamten Platine von 5 V auf 3 V, manchmal weniger, brachte.

Die Frequenz war so hoch, dass mein 200-MHz-Oszilloskop die Welle nicht sehen konnte, aber ich konnte sehen, dass die Linie sehr dick war.

Ich habe das Problem gelöst, indem ich eine 15pF-Kappe (C2) zwischen Ausgang und Masse hinzugefügt habe. Jetzt ist das Signal perfekt. Früher, als meine Schaltung Probleme hatte, war es das gleiche, nur ohne diese Kappe. Es gab bereits einen 330K-Widerstand gegen Masse und ich dachte, das würde ausreichen, um diese Art von Interferenz zu vermeiden.

Ich denke, dass der Spannungsabfall darauf zurückzuführen ist, dass andere ICs extrem schnell gepulst wurden, wenn auch mit undefinierten Pegeln. Bevor herausgefunden wurde, woher das Problem kam, waren die Symptome nicht klar: Das Board funktionierte wie erwartet. Am nächsten Tag änderte ich dann etwas, das anscheinend nichts damit zu tun hatte, und es begann unvorhersehbar zu funktionieren.

Ist dieses Phänomen üblich? Sollte ich mir Sorgen über andere Fehler in meinen Schaltkreisen machen, die die Ursache dafür sein könnten? Oder war es das, was man "Kondensator-Eigenresonanz" nennt?

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Das linke Dreieck ist ein Schmidtt-Trigger. Ich kann nicht bestätigen, ob der gleiche Effekt auftreten würde, wenn die Signalquelle direkt von einem anderen IC oder einem Netzteil stammt.

Das Board ist eine Zusammensetzung aus drei 595-Schieberegistern, Schmidt-Triggern, einer 557-Uhr, 2 oder 3 Mosfets und einem Haufen Schottky-Dioden. Es wird von einem Linearregler gespeist, der selbst von einem 15-V-Netzteil gespeist wird. Das Wechseln des Netzteils auf ein komplett anderes hat nichts geändert. Alle ICs haben Entkopplungskappen, die meiner Meinung nach bei dieser Platine ebenfalls keine Wirkung haben. Das Hinzufügen brachte nichts Sichtbares hervor.

Welcher Schmitt-Trigger? Vielleicht hat dieser eine Ausgangskapazität max, die von C1 verletzt wird. Ich würde sagen, ja, mehr als ein paar Geräte können nicht gut mit kapazitiven Lasten umgehen. Einige Regler und Operationsverstärker fallen ebenfalls in diese Kategorie.
Das ist ein guter Punkt. Je nachdem, wie der Ausgang des Schmitt-Triggers gepuffert ist und wie hoch die Impedanz der Stromversorgung des Triggers ist, schaltet er möglicherweise nicht sauber. Das deutet nicht darauf hin, was mit C2 passieren könnte, also bin ich mir nicht ganz sicher. Vielleicht möchten Sie auch die Impedanz des Impulsausgangs untersuchen, um festzustellen, ob dort eine Art Klingeln auftritt.
"ein kurzer Impuls eines permanenten Konstantstromsignals" - Sie müssen genauer formulieren. Aus "Konstantsignal" lassen sich keine Impulse erzeugen. Sie können Impulse aus Kanten, Übergängen erzeugen. Darüber hinaus wird die CR-Schaltung als "differenzierende" Schaltung bezeichnet, und die Verwendung von differenzierenden Schaltungen in digitalen Designs wurde vor 30 bis 40 Jahren verurteilt. Verwenden Sie sie nicht, sie erzeugt auch verrauschte Signale und negative Impulse.
„Das Dreieck links ist ein Schmidtt-Trigger.“ – und was ist rechts angeschlossen?
@rdtsc Der Schmitt-Trigger ist NC7W7Z17 eu.mouser.com/datasheet/2/308/NC7WZ17-1301535.pdf
@Andrew Macrae Der Abzug schaltet sauber. Perfekte vertikale Kante.
@Ale..chenski Es ist nicht als RC-Schaltung konzipiert, sondern leitet den Strom einfach durch die Kappe. Der Widerstand ist nur dazu da, eine Verbindung zur Erde gegen parasitäre Störungen herzustellen. Ich hätte nicht gedacht, dass es bei 330K einen Effekt haben würde. Es wird für eine einzelne Impulserzeugung verwendet, wenn der Ausgang des Schmitt-Triggers geht und hoch bleibt. Ich habe auch den negativen Impuls vergessen, wenn die Kappe entladen ist. Dachte, es ist nicht die Ursache des Problems, aber es ist gut, mich daran zu erinnern.
@Ale..chenski Ich habe zwei identische Schaltungen. Ein Ausgang geht durch eine Schottky-Diode und dann zu einem 595-Schieberegister-Takteingang. Der andere geht zum Eingang eines anderen Shmidtt-Triggers. Die Leitung zum zweiten Schmidt-Trigger oszillierte stärker als die andere. Aber als ich es an der Kappe C2 befestigte, begann auch die andere Linie stark zu schwingen. Sehr eigenartig.

Antworten (2)

Es gibt keinen großen Unterschied zwischen den beiden (sie liegen direkt übereinander), aber beim Design ist wahrscheinlich viel mehr los. Ich wette, Sie haben eines der folgenden Probleme:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

1) Ihr Boden ist nicht durchgehend und hat große Mengen an parasitärer Induktivität

2) Vcc hat eine große Menge an parasitärer Induktivität oder nicht genug lokalen Speicher für die ICs mit Leistungsfilterkappen.

Das Problem sind die Dinge, die man nicht sehen kann. Auf dem Schaltplan zeichnen wir üblicherweise Vcc und Masse als ein Netz. Wenn die Schaltung aufgebaut ist, verbinden wir Masse und Vcc mit Leitern, diese Leiter haben Widerstand und Induktivität (und dazwischen Kapazität). Wenn Sie diese seltsamen Probleme haben, liegt dies normalerweise daran, dass Sie zu viel Induktivität haben und einen RLC-Filter gebaut haben, wobei der Widerstand die Last ist, C eine Leistungsfilterkappe und L ein Draht zum IC.

Stellen Sie sicher, dass Sie große Leiter verwenden und vermeiden Sie die Verkettung von Vcc und Masse. Der Strom jedes ICs sollte einen direkten Weg zurück zur Stromversorgung haben, da Sie sonst ein Gleichtaktproblem haben.

Eine andere Sache, die passieren könnte, ist, dass der Spannungsregler falsch kompensiert sein könnte, überprüfen Sie das Datenblatt und stellen Sie sicher, dass Sie einen geeigneten Filterkondensator am Regler haben.

Danke für diese Antwort. Tatsächlich erzeugen beide Schaltungen denselben Graphen. Der Puls ist in beiden Fällen in Ordnung. (Ich habe den negativen Impuls bei der Entladung der Kappe vergessen. Aber ich habe ihn nicht auf dem Oszilloskop gesehen => ???). Das Problem ist, was passiert, nachdem (und möglicherweise auch davor) der Puls geschossen und abgeklungen ist. Die beobachtete "Resonanz" oder "Oszillation" ist das Ergebnis der 0,1-uF-Kappe (C1) und anderer Dinge danach oder davor, beeinflusst jedoch nicht die Form des Impulses. Verursacht nur einen massiven Spannungsabfall und Instabilität.
Vcc's und GND's sind in der Tat verkettet und es gibt ziemlich viele Drähte auf der Prototypenplatine (kein Steckbrett. Alles ist gelötet). Es ist möglich, dass die Induktivität einen Einfluss hat. Ich werde versuchen, das zu korrigieren. Zum Spannungsregler: Ich denke, er hat sowohl vorher als auch nachher die richtige Kappe. Empfehlungen habe ich befolgt. Aber ich habe eine größere Kappe am Reglereingang angebracht. Normalerweise sollte die Schaltung nicht so viel Strom aufnehmen, dass der Regler destabilisiert wird. Aber ich verliere 0,3 bis 0,5 V nur beim Einschalten, im Leerlauf und kein besonderes Problem bemerkt.
Wenn der Stromkreis zu viel Strom verbraucht, kann eine Wärmebildkamera helfen, die Teile zu finden, die am meisten Strom verbrauchen und wahrscheinlich einen Fehler verursachen.
Ich denke auch, dass der Spannungsabfall viel geringer sein sollte. Ich habe keinen Zugriff auf eine Wärmebildkamera, aber ich kann Fehler beheben, indem ich die roten Stromkabel einzeln abtrenne.

Es ist nicht ungewöhnlich, dass diskrete Hochgeschwindigkeits-CMOS-Logik selbstoszilliert, wenn die Quellenimpedanz sehr hoch ist. Eine parasitäre Kapazität zwischen dem Ausgangs- und dem Eingangsanschluss kann einen Relaxationsoszillator bilden.

Obwohl dies möglicherweise nicht die Ursache Ihrer Probleme ist, sollten Sie vorsichtig sein, wenn die Quellenimpedanz sehr hoch ist (100 k Ohm und mehr). Ihre Bypass-Kappe reduziert die effektive Quellenimpedanz bei hohen Frequenzen.

Es oszilliert selbst, wenn der Strom konstant oder null Volt ist? (Nullfrequenz)
CMOS oszilliert, wenn GROUND oder VDD schlampig, hochinduktiv, verkettet usw. sind.
Selbst bei fester Erdung und ausreichender Entkopplung kann dies, da die Eingangs-/Ausgangspins eines Gates oft benachbart sind, eine ausreichende Kopplung sein, um zu oszillieren, wenn der Eingang von einer Quelle mit hoher Impedanz angesteuert wird.
Danke für deinen hilfreichen Kommentar. In meinem Fall gibt es keinen hochohmigen Ausgang und die Leitung zwischen einem Ausgang und einem Eingang ist durch eine Schottky-Diode unterbrochen. Ein Schottky kann auch eine Schwingung erzeugen oder erleichtern, aber ich glaube nicht, dass dies hier der Fall ist.
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