12/09/15

Módulo condicionador de sinal "SinCronos"

Este é um módulo experimental que desenvolvi como conceito para aplicações de medição de frequência. O SinCronos converte um sinal periódico com amplitude e forma aleatórias num sinal de onda quadrada com a mesma frequência. A entrada do módulo admite sinais analógicos com tensão até 53Vrms. A saída, do tipo CMOS, pode ser ligada directamente a um circuito digital (como por exemplo, a uma entrada de um micro-controlador). Desta forma, é possível medir a frequência do sinal original pela contagem do número de flancos ascendentes ou descendentes no sinal de saída do módulo.

Parâmetros de funcionamento:
– V d. mín. = 2,7V
– V d. máx. = 5,5V
– V in máx. = 53,03Vrms


Características eléctricas:
– I d. (V d. = 3,3V) = 3,32mA
– I d. (V d. = 5V) = 3,49mA
– P (V d. = 3,3V) = 10,97mW
– P (V d. = 5V) = 17,45mW


Características de operação:
– Impedância de entrada: 1MΩ/5pF
– Sensibilidade (V d. = 3,3V, JP1: 1-2): 193,1mVpp
– Sensibilidade (V d. = 3,3V, JP1: Sem): 20,93mVpp
– Sensibilidade (V d. = 5V, JP1: 1-2): 289,5mVpp
– Sensibilidade (V d. = 5V, JP1: Sem): 28,62mVpp
– Faixa de frequência: 0,07Hz-80MHz


Módulo "SinCronos".

Baseado no TLV3501 da Texas Instruments, o circuito consiste essencialmente num comparador inversor com histerese (ou seja, com realimentação positiva). O sinal de entrada é acoplado em AC através do condensador C3, servindo R1 para definir a impedância de entrada e R2 para limitar a corrente na entrada inversora do comparador IC1. A realimentação positiva do comparador faz-se por via dos resistores R6 e R7 e, opcionalmente, por R8 e JP1. Com JP1 shuntado, R8 fica em paralelo com R7, o que faz com que a tensão de histerese aumente. Desta forma, é possível configurar a sensibilidade do circuito entre dois valores.

É de salientar que as entradas do comparador não estão referenciadas à massa: em alternativa é utilizada uma tensão de referência cujo valor corresponde a metade da tensão de alimentação. Tal tensão é fornecida pelo divisor resistivo constituído por R3 e R4, sendo que os condensadores C4 e C5 providenciam desacoplamento local. Para além de servir de referência, esta tensão também serve para polarizar um anel de guarda, que por sua vez isola as entradas do comparador de eventual ruído circundante.

Lista de componentes:
C1 – Condensador cerâmico multi-camada 2,2µF 10V (0805);
C2 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 10V (0805);
C3 – Condensador cerâmico multi-camada 100nF 100V (0805);
C4/5 – Condensador cerâmico multi-camada 10nF 10V (0805);
IC1 – Comparador TLV3501 (TLV3501AID);
J1 – Conector BNC Amphenol Connex 112404;
J2 – Conector header macho de 3 pinos;
JP1 – Conector header macho de 2 pinos (com shunt);
R1 – Resistor de filme espesso 1MΩ±5% 1/8W (0805);
R2 – Resistor de filme espesso 12KΩ±5% 1/4W (1206);
R3/4 – Resistor de filme espesso 10KΩ±5% 1/8W (0805);
R5/7 – Resistor de filme espesso 22MΩ±5% 1/4W (1206);
R6 – Resistor de filme espesso 100KΩ±5% 1/4W (1206);
R8 – Resistor de filme espesso 1,8MΩ±5% 1/4W (1206).


O layout da placa está disponível nos formatos brd (Eagle 7.3.0) e Gerber. Novamente recomendo o OSH Park, uma vez que este layout requer furação de 0,5mm para as vias. A soldadura dos componentes SMD deve ser feita com ferro de soldar ao invés do usual processo de refusão com ar quente, pois a pasta de solda pode facilmente espalhar-se para o anel de guarda. Todos os componentes podem ser facilmente soldados recorrendo a um ferro de soldar de pontas substituíveis e com regulação de temperatura.

Links importantes:
Diagrama do circuito (pdf): http://www.box.com/s/izv9...zuka
Diagrama do circuito (Eagle 7.3.0 sch): http://www.box.com/s/qcmy...0p6c
Layout da placa (pdf): http://www.box.com/s/1gh7...43rg
Layout da placa (Eagle 7.3.0 brd): http://www.box.com/s/5bkr...uont
Ficheiros Gerber: http://www.box.com/s/7sdh...xknx
Notas do projecto: http://www.box.com/s/g9iv...vnhl
Pasta contendo todos os ficheiros: http://www.box.com/s/sj1l...4n6b
Projecto no OSH Park: http://oshpark.com/shared_projects/RmouYzas

2 comentários:

  1. Vi o projecto no EEVBlog, isto está fantástico parabéns! Só uma pergunta, porquê o JP1 shuntado, e não um potenciómetro (ou esta pergunta não faz sentido)?

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    1. Muito obrigado pelo seu comentário! A sua pergunta faz todo o sentido. Empregar um shunt em vez de um potenciómetro possibilita a escolha entre duas janelas de histerese pré-definidas. No entanto, a sua ideia de usar um potenciómetro também é válida se pretender definir a janela de histerese aleatoriamente, ou se pretender um ajuste fino.

      Devo acrescentar que este projecto começou apenas como um estudo de um possível AFE para um futuro frequencímetro. A minha ideia seria definir a histerese entre dois valores por meio de um relé, este último a controlado por um micro-controlador, no projecto final. Daí o uso do shunt, para simular o efeito do contacto do relé nas suas diferentes posições.

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