Molti circuiti fra cui i sintetizzatori PLL, gli ADC a elevato range dinamico o le reti digitali sensibili alla temporizzazione necessitano di un clock piuttosto preciso. Il test su questo tipo di circuiti è oltremodo difficile se si utilizza un comune oscillatore e soprattutto quando il segnale da osservare è spesso correlato col rumore di fase e/o con la risposta ai transitori dell’applicazione. Per di più, i carichi tempovarianti tipici dei circuiti in fase di valutazione funzionale, oppure le interferenze introducibili dall’alimentazione di linea, entrambi molto frequenti in laboratorio, possono degradare la purezza del segnale con fenomeni di jitter o con salti di fase irregolari.
Si può pensare d’isolare l’oscillatore dal carico usando uno speciale stadio buffer a elevata attenuazione inversa, ma è molto difficile calibrare questo tipo d’isolamento alle frequenze oltre 10 MHz. Altrimenti, è possibile risolvere a basso costo questo problema implementando una sorgente di temporizzazione isolata e usando un optoaccoppiatore ad alta velocità con bassa capacità di trasferimento fra ingresso e uscita. Per far ciò si può usare uno stadio oscillatore al quarzo con due transistor NPN disposti come si vede nello schema in figura 1.
Fig. 1 – Questo circuito offre una soluzione economica per implementare una sorgente di clock isolata e precisa, usando un optoaccoppiatore ad alta velocità con ridotta capacità di trasferimento fra ingresso e uscita
Si possono scegliere i condensatori C3 e C4 in base alla frequenza di lavoro e, per esempio, nella banda fra 15 e 30 MHz i valori ottimali sono rispettivamente pari a 220 e 100 pF. Per bande di lavoro inferiori è sufficiente scalare in proporzione questi valori, ma se necessario si può anche sostituire questo stadio con qualsiasi altro circuito equivalente. Il transistor PNP Q3 è configurato come inseguitore di livello e fornisce in uscita un segnale TTL compatibile. Si può scegliere il valore per la resistenza R7 in modo da massimizzare la risposta all’impulso, ma un valore di 22Ω è adeguato per la maggior parte delle applicazioni (anche se si può benissimo fare a meno di questo resistore).
Applicando il segnale all’ingresso dell’optoaccoppiatore CMOS IC2 si ottiene in uscita un clock preciso. In questo esempio si è scelto un HCLP-7101 che può lavorare fino a 40 MHz, ma ci sono in commercio dispositivi analoghi e più moderni come, ad esempio, la serie HCLP-77xx in package SMD. Questi optoaccoppiatori hanno una capacità equivalente inferiore a 1 pF e comodi pin di alimentazione indipendenti e isolati. Nel caso non si usi una massa comune come nell’esempio in figura, allora si può ulteriormente migliorare la condizione d’isolamento del carico dalle interferenze elettromagnetiche EMI, minimizzando nel contempo i consumi.
Si noti che la parte sinistra del circuito, formata dall’oscillatore e dagli ingressi nell’optoaccoppiatore, sfrutta una batteria dedicata per alimentarsi con i 5 V di cui ha bisogno. Nella parte destra le uscite dell’optoaccoppiatore sono direttamente collegate alla scheda in esame con cablaggi relativamente lunghi che, quindi, non dovrebbero influenzare in alcun modo l’impedenza d’uscita dell’oscillatore. È bene fare attenzione a scegliere un optoaccoppiatore con banda di frequenza adeguata per correggere efficacemente le fluttuazioni di tensione nell’alimentazione e, comunque, con i livelli logici compatibili con l’integrato IC2.