Was kann dazu führen, dass die Ausgangsspannung eines Oszillators höher als erwartet wird?

Ich teste derzeit einen 50-MHz-3,3-V-CMOS-Oszillator in meiner Schaltung, der mit zwei Pins / Lasten verbunden ist - MCU-Pin und Ethernet-PHY-Pin. Der Oszillator ist für eine Ausgangslast von 15 pF ausgelegt, die ich vielleicht um einige pF überschreiten könnte. In meiner Schaltung funktioniert alles einwandfrei, ebenso die Ethernet-Kommunikation.

Nun wird der Oszillator Vcc mit 3,3 V versorgt. Wenn ich die Wellenform am Ausgangspin des Oszillators beobachte, erhalte ich eine 4 V hohe, 0,8 V niedrige 50-MHz-Sinuswellenform. Ich frage mich, warum die Spannung auf 4 V steigt, wenn meine Versorgungsspannung 3,3 V beträgt. Am Oszillatorausgang habe ich einen 10R-Widerstand, der zur Terminierungsanpassung vorgesehen ist.

Hinweis: Ich teste die Wellenform mit einem Oszilloskop mit 100 MHz Bandbreite, da ich kein anderes Oszilloskop zur Hand habe. Aber ich denke, das sollte eigentlich zu einer geringeren Amplitude führen.

Diagramm:

schematisch

Simulieren Sie diese Schaltung – Mit CircuitLab erstellter Schaltplan

Könnte mir bitte jemand helfen, die Gründe für diese höhere Ausgangsspannung zu identifizieren?

Lassen Sie mich wissen, wenn ich es versäumt habe, wichtige Informationen für die Analyse bereitzustellen.

Danke schön.

EDIT: Die höhere Spannung ist unabhängig von der Ethernet-Kabelverbindung.

Es gibt einen Schaltplan-Editor, mit dem Sie einen Schaltplan einfügen können. Bearbeiten Sie Ihre Frage und drücken Sie STRG M, um den Schaltplaneditor zu öffnen.
Überprüfen Sie die Kalibrierung Ihrer Oszilloskopsonde! Verwenden Sie den Kalibrierungsausgang und stellen Sie die Sonde auf maximale Ebenheit ein, dann messen Sie erneut ...
Wenn etwas nicht den Erwartungen entspricht, müssen die Erwartungen oft einfach angepasst werden. Wenn die eigentliche Frage "Warum erwarte ich das Falsche" lautet, dann ist ein Schema zusammen mit Ihren Berechnungen und einer Erklärung, warum Sie es erwarten, die einzige Möglichkeit, Fehler in Ihrer Argumentation aufzuzeigen
Ist die Erdungsreferenz Ihres Oszilloskops in der Nähe des Oszillators oder weit entfernt angeschlossen?
Ich habe den Schaltplan beigefügt; sorry für das nicht so gute.
@brhans: Guter Punkt. Der Boden des Zielfernrohrs wurde etwas weit referenziert. Ich habe es näher gebracht, was die Hochspannung auf 3,65 V reduziert.
Verwenden Sie einen passiven Tastkopf mit langer Erdungsklemme? Wechseln Sie zu einem Erdungsclip, um die Schleifenfläche zu reduzieren, und, falls vorhanden, zu einer aktiven Sonde.
Danke für den Vorschlag. Ja, ich verwende eine passive Sonde mit einer Standard-/langen Erdungsklemme. Ich werde versuchen, einen Bodenclip zu machen und die Wellenform erneut zu sehen. Ich habe keine aktive Sonde zur Verfügung.

Antworten (3)

Eine reine Rechteckwelle mit einer Amplitude von 3,3 Volt pp, wenn sie perfekt gefiltert wird, um ihre Oberwellen zu entfernen, führt zu einer Sinuswelle, deren Amplitude bei 4,2 Volt pp um 27 % höher ist: -

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Beachten Sie, dass die Grundwelle eine höhere Amplitude hat als die perfekte Rechteckwelle. Wenn Sie rechnen, werden Sie feststellen, dass das Fundamental ist 4 π mal höher als die Rechteckwelle.

Irgendwo zwischen perfekter Filterung und der Filterung Ihres O-Scopes bekommen Sie, was Sie bekommen.

Danke für die Antwort, wirklich hilfreich. Bedeutet dies also, dass der einzige Grund für diese höhere Spannung die begrenzte Bandbreite meines Oszilloskops (100 MHz) ist? Wenn ja, sollte die Wellenform eher einer Rechteckwelle ähneln, wenn ich mit einem Oszilloskop mit hoher Bandbreite messe, richtig? Noch eine Frage: Wenn ich die Masseleitungslänge reduziere, reduziert sich die Amplitude der Sinuswellenform auf ~3,6 V, was verständlich ist, aber ich frage mich, ob die Masseleitungslänge und die Signalreflexion auch zur ~4-V-Messung beitragen ? Irgendwelche Kommentare dazu? Danke.
Breiterer Bandbreitenbereich = besser aussehende Rechteckwelle. 50 MHz hat eine Wellenlänge von etwa 4,5 Metern. Die 3. Harmonische beträgt 1,5 m und die fünfte Harmonische 0,9 m, sodass Sie einige Nuancen erwarten können, die die Oberschwingungen höherer Ordnung beeinflussen, aber denken Sie daran, dass diese weniger zur Form beitragen als die Grund- und die 3. Harmonische.
Danke. Das ist richtig, aber ich habe gerade die Wellenform erneut mit der oben vorgeschlagenen Erdungsspitze der Sondenspitze gemessen und ich konnte eine wirklich gute Wellenform von 3,3 V erhalten. Natürlich war es keine perfekte Rechteckwelle, da dies durch mein Oszilloskop BW begrenzt ist. Da der Bereich 100 MHz BW beträgt, sehe ich meistens nur die Grundfrequenz, was anständig ist. Die Hauptsache war, dass die Spannung jetzt genau das war, was ich erwartet hatte; 3,3 V und nicht 4 V. Abschließend - Bedeutet dies, dass das 4-V-Problem nur auf eine unsachgemäße Sondenerdung UND die nicht so quadratische Form nur auf eine geringere BW des Oszilloskops zurückzuführen war?
Aus einer Million Meilen Entfernung ist es eine Vermutung.
Haha, in Ordnung. Nochmals vielen Dank für Ihre Hilfe von einer Million Meilen. :)

Ihr Oszilloskop hat für solche Messungen keine ausreichende Bandbreite. Die Rechteck- oder fast Rechteckwelle (die Ihr CMOS-Oszillator erzeugt) hat eine Amplitude der ersten Harmonischen, die höher ist als die Amplitude des Rechtecksignals. Ihr Oszilloskop filtert die nächste (dritte) Harmonische und alle höheren heraus. Sie sehen also mehr Volt als Sie erwarten.

Schätze, deine Schaltung funktioniert gut, du musst sie nicht ändern :)

Danke für die Antwort. Ja, das ist richtig. Ich werde versuchen zu sehen, ob ich mit einem Oszilloskop mit höherer Bandbreite messen kann. Ja, ich werde es belassen, da die Schaltung gut funktioniert, aber ich möchte dies nur zum besseren Verständnis ein wenig analysieren. :)

Wenn die Verbindungsdrähte lang sind, wenn die Impulsanstiegszeit schnell ist, mehr als ein paar Zoll, verhalten sie sich wie Übertragungsleitungen und könnten etwas Energie zurückreflektieren, was aufgrund des Resonanzeffekts die Spannung am Sendeende erhöht. Dies könnte auch das Leitungstreibergerät beschädigen, daher ist es wichtig, die Drähte mit der richtigen Impedanz abzuschließen, im Allgemeinen sind etwa 50 bis 75 Ohm gut. Offensichtlich ist die reflektierte Wellenform im Allgemeinen sinusförmig nahe der Resonanzfrequenz der Leitung.

Danke für die Antwort. Ja, es ist logisch, dass Reflexion auch einer der Gründe sein könnte, aber der Grund, warum ich beim Entwerfen nur 10R hatte, ist, dass ich zwei Lasten mit demselben Oszillatorausgang treibe und mir Sorgen um den Spannungsabfall im Oszillatorausgang mit höherer Terminierung machte Widerstand von ~50R. Ich kann das Design in dem Stadium, in dem ich mich jetzt befinde, nicht beurteilen, aber ich werde den Widerstand ändern und die Wellenform erneut sehen. Hier spielen drei Dinge eine Rolle: die Bandbreite des Oszilloskops, die Länge der Masseleitung und die Signalreflexion. Ich werde versuchen, jeden von ihnen einzeln und zusammen zu überprüfen.
Was kann dazu führen, dass die Ausgangsspannung eines Oszillators höher als erwartet wird?
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