Запрограммировал фуз CKOUT и наблюдаю частотомером сигнал на выходе CLKO. Частота моется в пределах 7.924..7.958 МГц. На выходах ШИМ тоже наблюдается низкочастотное дрожание длительностей, которое хорошо видно на осциллографе. Питание нормальное, с линейного стабилизатора 7805, не дёргается, не шумит, конденсаторы стоят возле процессора. Почему такое может быть?

Поставил кварц на 8 МГц, включил от него тактирование, частота на CKOUT стоит, как вкопанная, 8.000236 МГц, моются только десятые доли герца. Но, увы, от кварца PLL у PWM3 работать не может, поэтому такой вариант мне не подходит.

Температура меняется, наверное, поэтому меняется и частота. Думаю, что дело именно в этом. Вы же не можете гарантировать стабильность температуры ...

Возьмите AT90PWM316 в ней PLL может тактироваться от Crystal Oscillator)

Шумы зависят от нагруженной добротности частотно-избирательной цепи в ОС генератора. Для RC цепочки "добротность" очень мала по сравнению с LC контуром и тем более кварцем. Чем выше добротность чем круче фазо-частотная характеристика в области частоты генератора и меньше модулирующее влияние шума от компонентов на фазу\частоту генератора. Также шумы зависят от коэффициента шума усилителя цепи ОС умноженному на кT по отношению к мощности генератора . Так как для экономии мощности в МК применяют сравнительно высокоомные резисторы в частотоазающей цепочке и не заботятся о шумовых параметрах примененных транзисторов, то и получается такая картина.
Также возможно влияние вычислительных процессов внутри МК на джиттер CLK, в связи с измененим потребляемого тока и падением напряжения в цепях питания МК, через паразитный ГУН , про который мы думаем что это не ГУН . Причем если процессы быстрые , то частотомером с периодом счета 1 сек мы их можем не заметить, а осциллографом , наблюдая за джиттером -- вполне( для существенных спуров по уровню) . Для более детального анализа природы джитттера (шумы или спуры) надо бы это дело посмотреть на анализаторе спектра и с помощью калькуляторов джиттера сравнить чей вклад a паразитную FM больше - из за спуров или чисто по фликкер\тепловому шуму.

У RC-генератора всгда есть джиттер! И их нестабильность заключается и в этом тоже, а не только в нестабильности от температуры. Я тоже в свое время был шокирован этим фактом когда делал АЦП двойного интегрирования - он шумел больше чем на 10 единиц. Когда поставил кварцевый генератор, показания остановились как вкопанные. Я не знаю как это объяснить с точки зрения физики, казалось бы время заряда и разряда строго детерминированы формулой exp(-t/RC), однако джиттер есть. Может имеют место какие-то квантовые эффекты.

Вряд ли дело в этом. Температура меняется медленно, а дрожание частоты - довольно быстрое.



Это понятно. Но у других AVR использовал RC-генератор и никогда не видел на осциллографе дрожание времянки. Может быть, это какой-то косяк именно PWM3?



Достаточно взять PWM3B, он тоже может тактировать PLL от кварца. Но где их взять? Есть только PWM3.



Интересно, могут ли эти причины приводить к такому большому дрожанию частоты? И почему в других AVR этого нет?

это легко проверить, если Вам не влом конечно. Нагрузите парочку выходов на 20-50ma с периодом меандра 10 секунд и частотомером посмотрите выход CLKO.

в других джиттер от RC тоже будет больше чем от XTAL, почему RC так плохо проявляется именно для PWM3 - не знаю. Как вариант - неудачная топология , которую счас и не рекомендуют "Note: PWM3 is not recommended for new designs, use PWM3B for your developments"

Даже если удерживать активным сброс процессора, дрожание клока не пропадает. А среднее значение частоты в состоянии сброса уменьшается с 7.940 МГц до 7.880 МГц. То, что среднее значение частоты RC зависит от напряжения питания и температуры - не новость. Но вот такого большого джиттера я не ожидал. Похоже, нужно менять процессор на тот, который может тактировать PLL от кварца.