22/08/15

Gerador de relógio GR10M

O GR10M é um gerador de sinal de relógio a 10MHz, criado especificamente para ser utilizado como base de tempo de referência. Oferecendo uma precisão de 0,28ppm, é cerca de cem vezes mais preciso do que um vulgar oscilador de cristal. Em adição, é bastante insensível a variações de temperatura. Estas características tornam o GR10M ideal para aferir frequencímetros e outros equipamentos baseados em tempo.

Parâmetros de funcionamento:
– V d. mín. = 6,5V
– V d. máx. = 14,95V
– Z L mín. = 50Ω


Características eléctricas:
– I d. (Z L = 50Ω@1,65V) = 39,31mA
– P (V d. = 7V, Z L = 50Ω@1,65V) = 275,2mW
– P (V d. = 14V, Z L = 50Ω@1,65V) = 550,3mW


Características do sinal de saída:
– Frequência: 10MHz±0,28ppm
– Razão cíclica: 0,5±10%
– Jitter de fase (12-20000KHz): 1,35psrms
– Amplitude (Z L = 50Ω@1,65V): 1,82Vpp
– Amplitude (Z L > 100KΩ): 3,30Vpp


Gerador de relógio GR10M.

A frequência do sinal de saída do GR10M a ser medida com um frequencímetro.

O elemento fulcral do circuito é um oscilador TCXO da Abracom: o AST3TQ-10.00MHz-2. Trata-se de um oscilador de cristal com compensação de temperatura, que apresenta uma precisão de 0,28ppm entre -40 e 85°C. Tal oscilador (IC2) fornece o sinal de relógio a um buffer (IC3) que vai duplicar o sinal para as duas saídas. Para esta última função foi escolhido o integrado CDCLVC1102 da Texas Instruments, por ter características de jitter adequadas à aplicação.

Dada a aplicação laboratorial do GR10M, foram implementadas diversas protecções contra sobre-tensões, inversões de polaridade e corrente excessiva na alimentação. A montante do regulador IC1, o fusível F1 corta a alimentação em caso de curto-circuito ou corrente excessiva, também protegendo contra sobre-tensões a par com o díodo Zener D3. A protecção contra polaridade inversa é feita numa primeira fase pelo mesmo fusível em conjunção com D1, mas é garantida principalmente pelo díodo rectificador D2. Neste aspecto, D1 fornece apenas uma protecção adicional.

Também foram implementadas medidas de protecção contra descargas electrostáticas e picos de tensão, tanto na alimentação como nas saídas. Na alimentação, é o díodo D1 que tem a função primária de proteger contra descargas electrostáticas e transientes rápidos. Por se tratar de um díodo TVS, D1 tem uma resposta muito mais rápida do que D3 em caso de subida abrupta na tensão de alimentação. Porém, é D3 que suporta o grosso da corrente caso a sobre-tensão se mantenha. Quanto às saídas, estas estão individualmente protegidas por IC4 e IC5, dois circuitos de protecção TVS que não são mais do que matrizes de díodos.

Lista de componentes:
C1 – Condensador de electrólito sólido 25SEP22M;
C2 – Condensador electrolítico de nióbio NOJA106M006 (NOJA106M006RWJ ou equiv.);
C3/5 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 10V (0805);
C4 – Condensador cerâmico multi-camada 1µF 10V (0805);
D1 – Díodo TVS SMF16A;
D2 – Díodo rectificador S1A;
D3 – Díodo Zener 1SMB5929BT3G;
D4 – LED WP1503CB-ID;
F1 – Fusível PPTC 1210L005;
IC1 – Regulador de tensão LM1117DT-3.3;
IC2 – Oscilador de cristal AST3TQ-10.00MHz-2 (AST3TQ-10.000MHz-2);
IC3 – Buffer de relógio CDCLVC1102 (CDCLVC1102PW);
IC4/5 – Círcuito de protecção TVS SP4020-01FTG;
J1 – Receptáculo de alimentação 5,5mm x 2,1mm;
J2/3 – Conector SMB Amphenol Connex 142146;
L1 – Conta de ferrite BLM21PG331SN1;
R1 – Resistor de filme espesso 82Ω±5% 1/8W (0805);
R2/3 – Resistor de filme espesso 4,7Ω±5% 1/8W (0805).


O layout da placa está disponível nos formatos brd (Eagle 7.2.0) e Gerber. Este layout em particular requer um serviço de fabrico que suporte furos a partir de 0,5mm, e nesse sentido recomendo o OSH Park. Relativamente à soldadura dos componentes SMD, esta deve ser feita por refusão com ar quente. Os restantes componentes podem ser soldados com um ferro de soldar com regulação de temperatura ou de potência.

A caixa a usar neste projecto é a Hammond 1455D601. É uma caixa maioritariamente em alumínio anodizado, e existe disponível em várias cores. A placa foi dimensionada de acordo com suas especificações. Os painéis frontal e traseiro devem ser furados em consonância com o guia de furação.

Caixa Hammond 1455D601 (versão em anodizado azul). Esta é a caixa recomendada para o projecto.

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): http://www.box.com/s/w4eo...id5k
Diagrama do circuito (Eagle 7.2.0 sch): http://www.box.com/s/9wev...a5zd
Layout da placa (pdf): http://www.box.com/s/y2xf...wn1j
Layout da placa (Eagle 7.2.0 brd): http://www.box.com/s/tcmw...mgwc
Ficheiros Gerber: http://www.box.com/s/jnej...ekjt
Guia de furação da caixa: http://www.box.com/s/czi0...q6s7
Notas do projecto: http://www.box.com/s/9vwb...jtd5
Pasta contendo todos os ficheiros: http://www.box.com/s/94l0...0idv
Projecto no OSH Park: http://oshpark.com/shared_projects/0CGoHz4h