Se requiere rigidez Super Duper Vdd en el temporizador 555, ¿cuál es la mejor manera?

Estoy usando un temporizador 555 para un sensor / contador de frecuencia (16 bits).

Funciona contando el número de pulsos leídos en el tiempo de muestra de 125 ms establecido por un temporizador 555; restablece y repite ...

Estoy usando el temporizador en operación astable.

• TH (pulso de tiempo alto) es la señal de muestreo activada.

  Este tiempo se establece y recorta (rango de ajuste de +/- 5%) con un POT de alta calidad.

• El flanco descendente TL (pulso de tiempo bajo) inicia una lectura de retención de datos -> luego una operación de reinicio del contador

En este momento lo tengo en una tabla de pan. Estoy haciendo una PCB para el diseño final y quiero resolver el siguiente problema para el diseño de la PCB.

Aquí está el problema:

La frecuencia medida no es súper estable (+/- ~ 3Hz @ 25kHz) y tarda un tiempo en establecerse.

Creo que es porque el tiempo de muestreo se ve afectado por el ruido en el riel Vdd. Tengo límites de desacoplamiento en todos los circuitos integrados, pero está en una placa de pan, por lo que esto se puede esperar. Para el diseño de PCB, quiero asegurarme de que el temporizador 555 esté en un sólido de 5v y que la salida del convertidor DCDC sea constante.

Aquí hay algunas ideas que tengo sobre cómo hacer esto.

1. Utilice un opamp rail-rail y una referencia 4v7 para regular el temporizador Vdd @ 4v7
2. Use cuentas de ferrita para desacoplar aún más el temporizador y todos los demás circuitos integrados entre sí.
3. Use un convertidor DCDC separado para el temporizador.
4. Utilice un regulador lineal IC para el temporizador Vdd.

¿Cuál de estas sería la mejor práctica para asegurar un valor Vdd de temporizador constante?

Su estabilidad a corto plazo medida es de aproximadamente +/- 0.01%, lo que no es malo para un temporizador RC sin compensación.

Puede mejorarlo usando resistencias y condensadores de coeficiente de baja temperatura en el circuito de temporización, tal vez evitando el pin 5 a tierra, aislando el circuito térmica y eléctricamente, en el extremo controlando la temperatura en un horno, alimentando una batería con un regulador lineal de ruido ultra bajo y etapa multiplicadora de capacitancia, y uso de optoaislamiento en las salidas.

Pero eso es una tontería. Use un cristal, son baratos y de orden de magnitud mejor. Por ejemplo, un cristal de 100 kHz , un oscilador ( 74HCU04 + un par de resistencias + tapas de carga) y una división por cuatro (por ejemplo, un 74HC74). La tolerancia (precisión absoluta) de ese cristal vinculado particular es de +/- 30 ppm o aproximadamente 0,75 Hz en 25 kHz. La estabilidad a corto plazo será mucho mejor nuevamente.

También hay productos de osciladores programables que puede pedir, puede haber uno en un rango útil para usted.

No creo que pueda obtener la precisión y la estabilidad que desea de un temporizador 555. El ancho de pulso está determinado por los valores de las resistencias y un condensador, y los valores de estos elementos cambiarán con la temperatura y con el tiempo.

Para una duración de pulso precisa, debe mirar un oscilador de cristal con un contador digital para generar el pulso deseado.

Si bien tengo muchos buenos recuerdos del uso de un temporizador 555, lamentablemente, los microcontroladores increíblemente baratos con un cristal son casi siempre una mejor opción para los temporizadores en la actualidad.

La serie PIC16 tiene algunos miembros que tienen un rango de voltaje muy amplio (3.3-18V +) y están disponibles por un dólar y cambio.

Esta es más una conclusión que una solución ...

No tuve tiempo suficiente para diseñar un nuevo circuito con un cristal, así que hice el PCB con los siguientes cambios para intentar mejorarlo:

1. Tapas de película de mayor precisión y temperatura estable. Puse 2 en paralelo en un intento de hacer que la capacitancia sea más estable. Cuando un condensador se hunde / genera más corriente, se calienta y su capacidad disminuye ... haciendo que el otro condensador se hunda / genere más corriente. Entonces obtienes alguna regulación. Este NO es siempre el caso con los condensadores de cerámica, que es lo que estaba usando antes.

2. resistencias de mayor precisión para el circuito RC. Usé .1% de tolerancia en lugar de 1%. También tenían 4 veces la estabilidad de la temperatura.

3. Regulador de voltaje de 4v para el temporizador 555. Esto aísla el riel de voltaje 555 del resto de las cosas digitales por un factor de 100 (1% de regulación de línea).

4. Se utilizó un bote de 5k en lugar de un bote de 20k para reducir el tiempo de pulso Reduce el error causado por la inestabilidad del bote.

5. Salida almacenada para la señal de pulso del temporizador 555 Utilicé un LT1630 para conducir el pulso de temporización a todas las puertas para que el Timer IC no condujera ninguna corriente. Las entradas de compuerta pueden interactuar entre sí si la unidad de entrada no tiene una impedancia lo suficientemente baja. Tengo ~ 7 entradas de compuerta conectadas al pulso de temporización, así que quería garantizar una señal fuerte.

Resultado: Obtuve alrededor de ~ .04% de precisión (1 bit alterna @ ~ 2500dec valor en el bus). Para el primer circuito estaba obteniendo una precisión de .5% (la precisión que publiqué originalmente era incorrecta) y el valor estaba constantemente a la deriva. El nuevo circuito no tiene deriva notable. En conclusión, utilizando componentes de mejor calidad, aumenté la precisión en ~ 10x y lo hice estable y realmente utilizable.

Sé que este no es el mejor método ni el más simple para hacer un contador de frecuencia, pero es barato y efectivo. Probablemente lo usaré nuevamente cuando necesite tomar una medida de frecuencia cruda.

El puerto DB25 lee el valor con la selección Hi / Lo de 8 bits. Los LED son solo para depurar. Siempre agrego LED donde sea que pueda hacerme la vida más fácil.