이 비교기가 왜 구형파를 출력하지 않습니까?

클럭으로 사용하기 위해 TTL 구형파로 변환하려는 IC의 4.43MHz 정현파 출력이 있습니다. 신호는 약 2.5V의 DC 오프셋을 가지며 약 0.5V 피크 대 피크의 진폭을 갖는다.

이 회로와 함께 TLV3501 고속 비교기를 사용하여 이것을 0-5V 구형파로 변환하려고 시도했습니다.

비교기는 예상대로 작동하는 것처럼 보입니다. 한 극한의 RV1에서 SQ_OUT의 출력은 0V이고 다른 한 대는 5V이며 대략 중간 지점에서 파형을 볼 수 있습니다. 그러나 DC 오프셋이 있으며 구형파처럼 보이지 않습니다.

(위는 0.5V / div이며 거의 2V의 DC 오프셋을 갖습니다).

데이터 시트에는 50MHz 신호에서 생성 된 구형파가 표시되므로 분명히 뭔가 잘못하고 있습니다. 브레드 보드를 사용하고 있지만 IC는 C1 및 C2가 핀에 납땜 된 어댑터에 있습니다. 또한 브레드 보드에서 SQ_OUT을 분리하고 핀에서 출력을 측정하려고 시도했지만 동일한 결과를 보았습니다. 0-5V 구형파를 얻으려면 어떻게해야합니까?

편집하다

여기의 제안에 따라 500Hz ~ 20000hz 범위의 신호와 2.5VDC로 오프셋 된 신호를 비교기에 공급했습니다. 나는 거의 같은 결과를 관찰했다. 한 극단에서 RV1, 5V 플랫 라인, 다른 극단에서 0V, 약 .5Vp / p의 파형과 약 2.5V에서의 오프셋 (오프셋은 RV1에 따라 다름).

내가 예상 한 가장 가까운 출력은 5V에서 플랫 피크가 있었지만 여전히 0에서 5V 사이에서 스윙하지 않습니다.

이것은 스코프 문제를 배제하는 것처럼 보일 수 있으므로 전기 환경 (빵판을 사용하고 있음)이거나 잘못 배선해야합니다 (의문의 여지가 있지만 확실하게 3 중 ​​및 4 중 검사입니다). 또는 어쩌면 덜한 칩일 수도 있습니다.

이러한 문제가 요인이 될 수 있는지 궁금합니다.

• 브레드 보드를 사용하고 있습니다 (SQ_OUT은 브레드 보드에 연결되어 있지 않습니다).
• 스코프 프로브를 제외하고 연결된 부하가 없습니다. 이전에는 4.43MHz를 공급할 때 부하가 연결되었습니다 (AD724의 클록 입력).
• 20K 분압기 인 RV1이 너무 많은 저항 일 수 있습니까?

편집 2

문제는 시끄러운 전원 공급 장치 (5V 필터링되지 않은 USB)로 인해 발생했으며 브레드 보드의 부유 커패시턴스로 인해 악화되었다고 생각합니다. USB 전원을 사용하면 비교기의 상태는 0V에서 플랫 라이닝, 5V에서 플랫 라이닝 또는 입력 전압에서 3 가지 상태로 나타납니다. 아무런 신호도없고, 단지 2.5VDC입니다. "중간 상태"는 고주파수 진동이라고 생각합니다. 배터리에서 회로에 전원을 공급하여 예상 출력을 얻었으며 브레드 보드에서 완전히 제거하면 최상의 결과를 얻었습니다. 그런 다음에야 "중간 상태"가없는 0V 또는 5V 플랫 라인 만 얻었습니다. 브레드 보드에서 1000hz 신호를 공급하면 2.5V 정도의 지그와 지그가있는 0-5V 구형파가 출력이 깨끗하지 않다는 것을 알 수 있습니다. 이 장치를 계속 사용하려면 자체 보드에 놓고 전원 공급 장치를 필터링해야합니다. 기여한 모든 사람에게 감사합니다.

10MHz 스코프 상승 시간은 0.35 * 1000/10 = 35 nS 여야합니다.

4.43 MHz에서의 반 사이클 시간은 500 / 4.43 = 113 nS이며, 스코프 상승 시간의 3 배 이상인 스코프 상승은 출력 신호의 전체 이동을 표시하는 데 적합해야합니다. 그러나 제공된 범위 추적은이를 초과하는 CR / 상승 시간으로 제한됩니다. 따라서 가장 먼저 살펴볼 것은 출력 로딩이며 LM393 데이터 시트에 Output Sink Current에 대한 매개 변수가 표시되므로 첫 번째 경우 + 5V와 SQ_OUT 사이에서 4.7k 풀업 저항을 사용하는 것이 좋습니다. 깨끗한 구형파를 올바르게 출력 할 때 스코프 출력 파형은 스코프 대역폭 제한으로 인해 JonRB가 시뮬레이션 한 하단 파형과 유사 할 것으로 예상합니다. 스코프 프로브 튜닝은 디지털 작업에 중요하지만이 경우에는 빨간색 청어 인 것으로 생각됩니다.

최신 정보

ovirt의 답변에 대한 귀하의 의견에 @Batperson은 귀하가 오픈 컬렉터 출력을 가진 LM393을 대체했다고 주장하므로 풀업 제안입니다. 그러나 이것은 사소한 회로이며 못 박히지 않아야합니다. 먼저 충고 한마디. 문제가 있고 자신이 '해야 할 것'보다는 '해야한다'라고 대답 한 경우 의심의 여지가 있는지 확인해야합니다. 해야 할 것과 실제로 일어나는 것 사이에는 종종 큰 차이가 있습니다. 예를 들어이 회로는 구형파 출력을 생성해야합니다.

당신이 설명하는 것은 말이되지 않습니다. 비교기 입력에 연결된 접지에 + 2.5V로 바이어스 된 0.5Vp-p 입력 신호가 있으며 비교기 참조를 gnd와 + 5V 사이에서 이동시킵니다. 기준 전압이 오실레이터 바이어스 + 약 0.25V를 초과하면 출력이 gnd 근처에서 평평해야합니다. 반대로 ref가 바이어스-0.25V를 뺀 값 아래로 떨어지면 + 5V 근처에서 평평해야합니다. 예를 들어 ref가 입력 신호 범위를 벗어날 때마다 출력이 평평해야합니다. 이것을 조사한 후 IC 핀에 가까운 접지와 접지 사이에 0.1uF 세라믹 C를 걸고 다시 시도하십시오. 그런 다음 오실레이터 입력을 직렬로 두 개의 10k R로 교체하고 중간 지점에 연결된 비교기 입력을 gnd와 + 5V 사이에 연결하십시오. ref가 중간 점을 통과함에 따라 flatline + 5V와 gnd 사이에서 출력이 변하는 것을 찾으십시오.

더 이상의 생각

@Batperson은 더 많은 것을 가지고 있지만 당신의 스코프 흔적이 이해가되지 않는다는 것을 알고 있습니다. 회로가 중간 지점 근처에서 출력 바이어스를 가질 수있는 유일한 방법 (-ve 피드백 이외)은 출력이 + 5V 및 gnd에서 동일한 시간을 소비하는 것입니다 (결과 레벨은 평균 임). 이것은 스코프 그림 1과 2에서 분명하지 않습니다. 마치 접지 IC 접지가 연결되지 않은 것처럼 입력이 무엇인지 더 잘 보입니다. 어제 제안한 테스트가이 문제를 해결하는 데 도움이됩니다. 텍스트에서 명확하지 않기 때문에 전압 기준점과 스케일 또는 주파수로 그림 2와 3의 제목을 지정하면 도움이됩니다. 브레드 보드 사진 일 수도 있습니다.

두 가지 중 하나 일 것입니다.

1. 사용중인 프로브는 주파수 또는 보상 (프로브 측면의 작은 나사)에 적합하지 않습니다.

   

2. 4.5MHz 신호에 대해 10MHz 범위가 너무 느림

다음은 100 차 고조파 (4.43MHz 펀드)까지 구형파의 축적입니다.

import numpy as np
from matplotlib import pylab
F= 4.43e6
t = np.arange(0, 2/F, 1e-12)
x = np.sin(2*np.pi*F*t) 
pylab.subplot(3,1,1)
pylab.title('Sinewave of increasing frequency: Fourier content of a squarewave')
pylab.plot(t,x)
pylab.grid(True)

for i in range(3,100,2):
    a = (1/i)*np.sin(2*np.pi*F*i*t)
    pylab.plot(t,a)
    x +=a

pylab.subplot(3,1,2)
pylab.title('Equivelent squarewave for summation of its harmonics')
pylab.plot(t,x)
pylab.grid(True)

y= np.zeros(len(t))

A= 10e6*2*np.pi*t[1]/(10e6*2*np.pi*t[1]+1)
for i in range(1,len(t)):
    y[i] = y[i-1] + A*(x[i] - y[i-1])
pylab.subplot(3,1,3)
pylab.plot(t,y,label='4.43MHz through 1 filter')
x = y
y= np.zeros(len(t))
A= 10e6*2*np.pi*t[1]/(10e6*2*np.pi*t[1]+1)
for i in range(1,len(t)):
    y[i] = y[i-1] + A*(x[i] - y[i-1])
pylab.plot(t,y)
pylab.plot(t,y,label='4.43MHz through 2 cascaded filters')

pylab.title('Result of passing a 4.43MHz squarewave through 1 & two 10MHz 1st order filters')
pylab.legend()

pylab.grid(True)
pylab.show()

획득이 10MHz 만 가능하면 컨트 리뷰 터가 감쇠되고 위상 편이되어 현재보고있는 것과 유사한 왜곡 된 파형을 생성합니다.

두 개의 10MHz "필터"를 캐스케이드 연결하면 (하나는 프로브에, 하나는 스코프의 입력에), 파형이 더 왜곡되어 스코프에서 보이는 신호에 더 가까운 신호가 생성됩니다.

0-5V 구형파의 평균은 2.5V입니다. 스코프가 "평균 입력"인 경우 유사한 파형을 생성하고 2.5V를 향하는 경향이 있습니다. 스코프를 망가 뜨리고 "16 샘플 평균화"를 활성화하기 위해 매우 이상한 보행 파형 만보기 위해 PWM 만보고 여러 번 잡혔습니다.

4.43MHz 구형파의 대역폭은 10MHz보다 훨씬 크다는 것을 알아야합니다.

"적절한"4.43 MHz 구형파에는 최대 50 MHz 이상의 주파수가 포함됩니다. 구형파는 전체 주파수의 합으로 구성되기 때문입니다 (단 하나의 주파수 인 사인파와 달리 EE가 많이 사용하는 이유입니다).

이상적인 4.43 MHz 구형파를 가지고 있지만 10 MHz 대역폭 시스템 (스코프와 같은)을 통해 본다면 왜곡 된 삼각파가 나타납니다. 여기 당신이 보는 것입니다.

다시 시도하지만 10 배 더 낮은 주파수 (또는 100 배 더 낮음)로 다시 시도해보십시오.

다른 답변은 범위 등의 대역폭 고려 사항을 다루었습니다.

TLV3501 디바이스를 사용하고 있지만 회로도는 TI 데이터 시트 TLV3501, TLV3502에 표시된 핀 구성과 일치하지 않습니다. 예를 들어 패키지 (SOIC 또는 SOT-23에 따라 출력이 핀 6 또는 핀 5에 있어야 함) ).

또한 회로도에 "셧다운"핀에 대한 연결이 표시되지 않으며이 경우 네거티브 전원 공급 장치에 연결되어야합니다.

질문에 제공된 정보가 정확하면 장치가 올바르게 연결되지 않은 것으로 나타납니다 (링크 된 데이터 시트에 나열되지 않은 패키지에서 장치를 찾을 수 없다면).

다른 사람들이 지적했듯이 오실로스코프는 10MHz에 대해서만 정격이기 때문일 수 있습니다. 왜 이것이 더 단순하고 덜 이론적 인 용어로 문제가되는지 설명하고 싶었습니다.

10MHz 정격은 최소 감쇠 및 왜곡으로 10MHz 사인파를 표시 할 수 있음을 의미합니다. 주파수 등급은 항상 구형파가 아닌 사인파에 대해 주어집니다.

구형파가 표시하는 데 더 많은 대역폭이 필요한 이유를 이해하려면 주파수가 시간에 따른 변화율에 의해 결정된다는 것을 이해해야합니다. 따라서 실제로 구형파는 평평한 부분에서 매우 낮은 주파수 (DC 또는 0에 가까움)이며 높은 주파수에서 낮은 주파수로 또는 낮은 주파수에서 높은 주파수로 전환 될 때 갑자기 매우 높은 주파수입니다.

비교기의 데이터 시트를 보면 회전율이 표시됩니다. 출력의 최대 변화율입니다. 또한 회로에 따라 다르지만이 예제에서는 1ns / V라고 가정하겠습니다. 출력은 5ns를 차지하면서 5V 이상으로 스윙합니다. 따라서 구형파의 전이 부분의 주파수는 1 / 5ns 또는 200MHz입니다. 스코프는 10MHz에 불과하기 때문에보고있는 파형과 같이 구형파만큼 빠르게 위아래로 스윙 할 수 없습니다.

10MHz 대역폭은 신호를 반올림하여 구형파보다 사인파처럼 보이며 약간의 감쇠를 유발할 수 있지만 신호가 왜 10 배 더 작은 지 설명하지 않습니다.

이러한 동작의 가능한 원인 중 하나는 X1 프로브에 대해 범위가 구성되어 있지만 실제로는 X10 프로브를 사용하는 것이지만, 이는 귀하가 말하는 것처럼 보이는 DC 오프셋 레벨에도 영향을 미칩니다.

따라서 시스템의 대역폭이 스코프에 인쇄 된 10MHz보다 상당히 작아야한다는 결론을 내 렸습니다. 따라서 귀하의 범위는 제조사에 의해 결정됩니다 (브랜드를 인식하지 못합니다). 프로브 설정이 고주파에 적합하지 않거나 테스트중인 회로에 문제가 있습니다.