Wie soll diese CD4013-Anwendung funktionieren?

Ich versuche, ein Problem in einem Synthesizer zu beheben, den ich habe, einem Synthesizer von Roland aus den frühen 80ern namens RS-09. Ich fange gerade an, Logik zu studieren und bin ratlos darüber, was los ist. In diesem Synthesizer wird ein 4013 als Frequenzteiler verwendet, um ein Triggersignal von einem Master-Oszillator zu teilen oder nicht, basierend darauf, ob der Benutzer eine Funktion namens "Octave down" über einen Schalter ausgewählt hat. Der Ausgang Q des 4013 geht dann an einen "Top-Oktav-Generator" über, der ihn verwendet, um die 12 Noten einer chromatischen Skala zu erzeugen, aus denen dann alle anderen Noten gemacht werden. Im Moment funktioniert es nur im "Octave Down" -Modus. Ohne Auswahl von "Oktave nach unten" erzeugen alle Tasten nur Rauschen. Hier ist eine Nahaufnahme dieses Teils des Schaltplans. Die mit "10" gekennzeichnete vertikale Linie verbindet sich mit dem Schalter.

Der 4013 ist so eingestellt, dass die "hohe" Spannung 0 V und die "niedrige" Spannung -10 V beträgt (Abwärtspfeil ist -10 V Versorgung). Wenn "Octave down" ausgewählt ist und sich der 4013 teilen soll, legt der Schalter -10 V an, wodurch über den 15-kOhm-Widerstand etwas weniger als -10 V an SET (Pin 8) gesendet werden. Wenn "Octave down" nicht ausgewählt ist, werden 0 V an diesen Pfad angeschlossen. Im Octave-Down-Modus können diese -10 V auch durch die Diode D206 zu RESET (Pin 10) (weniger 0,6-0,7 V vom Diodenabfall) geleitet werden, und wenn Reset und Set im niedrigen Zustand gehalten werden, befindet sich das Flip-Flop in getakteter Modus, der auf das Triggersignal vom Master-Oszillator reagiert. Dies scheint gut zu funktionieren. Wenn Q / so wie es ist mit D verbunden ist, teilt sich das Flip-Flop ebenfalls "binär" und Q gibt eine Rechteckwelle mit der halben Frequenz des Triggers aus.

Mein Problem ist, dass ich nicht verstehe, was passieren soll, wenn "Octave down" nicht ausgewählt ist. Ich sehe nicht, wie es möglicherweise funktionieren könnte, und es tut es nicht. Das verstehe ich, aber etwas muss falsch sein:

Die ~ 0V bei SET halten es im hohen Zustand, können jedoch nicht über D206 zu RESET gelangen, so dass das Zurücksetzen offen bleibt, um seine "Anweisungen" vom Oszillator zu erhalten (Direktmodus). Der Triggeroszillator beginnt zu schwingen zwischen +5 und -10 V, aber die Diode klemmt ihn bei 0 V, um den positiven Teil abzuschneiden, und wird dann an RESET gesendet [Bearbeiten: Dies ist nicht ganz das, was tatsächlich passiert - siehe Oszilloskopbilder unten]. Wenn der Satz jedoch hoch gehalten wird, sind die einzigen möglichen Ergebnisse für Q der hohe Zustand, wenn der Oszillator an seinem niedrigen Punkt ist und ~ -10 V zum Zurücksetzen sendet, wenn Q hoch ist und Q / 0 ist, und der "unzulässige Zustand" von beiden Set und Reset sind hoch, was dazu führt, dass sowohl Q als auch Q / hoch sind, wenn sich der Oszillator an seinem höchsten Punkt befindet. Daher sendet Q nur eine konstante "Hochspannung" (in diesem Fall 0 V) ​​mit ein wenig Rauschen aus. Das würde ich erwarten und was ich sehe. Meine Mess- und Oszilloskopmessungen bestätigen, dass dies der Fall ist.

Wie soll das funktionieren? Etwas ist eindeutig falsch, sowohl in meiner Interpretation, wie es funktionieren sollte, als auch in der Art und Weise, wie die Schaltung tatsächlich funktioniert, aber ich habe es so oft durchgesehen und kann es immer noch nicht herausfinden.

Ihre Hilfe wird sehr geschätzt!

Bearbeiten: Ich füge diese Aufnahmen des Oszilloskops hinzu, die verschiedene Ein- und Ausgänge in der Einstellung zeigen, die nicht funktioniert (höhere Oktave). Ich habe die vertikale Position verlassen, in der die Mitte 0 V beträgt, um ihre relativen Positionen anzuzeigen. Ich bin auf 0,5 V / Div. Ich war überrascht zu sehen, wie weit die Wellenform beim Zurücksetzen negativ ist und wie klein die Amplitude ist. Dies ist ein wenig anders als das, was ich vorher beobachtet habe und anscheinend "falsch".

Der Ausgang des Master-Oszillators (wo er bei CLOCK ankommt) ist ebenfalls keine gut aussehende Trigger-Wellenform, und ich habe verstanden, dass 4013 einen guten Trigger benötigt, aber er scheint im getakteten Modus zu funktionieren, also ist das vielleicht kein Problem.

Ich weiß, dass dieser Thread inaktiv geworden ist, aber ich dachte, es wäre eine gute Idee, ihn trotzdem zu posten, falls er für jemanden nützlich wäre, der an einem alten Roland-Synthesizer mit 4013-basierten Problemen arbeitet.

Insbesondere habe ich die interne Arpeggiator-Uhr auf der Key-Assigner-Karte eines Roland Jupiter-4 bearbeitet (der Jupiter-4 wurde im selben Jahr wie der RS-09 veröffentlicht). Die fragliche Schaltung ist unten:

Zunächst scheint es so zu sein, dass mit der Set-Leitung (Pin 6) des ersten hochgebundenen Flip-Flops keine Möglichkeit besteht, dass der 1Q (Pin 1) etwas anderes als hoch ist, so dass das Signal bei CP5 fest eingestellt werden, entschieden nicht die im Diagramm gezeigte Pulswelle. Und dies ist in der Tat der Fall, wenn in der Schaltung eine moderne CD4013 mit dem herkömmlichen Set / Reset-Verhalten verwendet wird (dh wenn sowohl Set als auch Reset hoch sind, sind sowohl Q als auch Q / hoch). Es scheint jedoch, dass sich nicht alle 4013 so verhalten.

Später im Jupiter-4-Servicehandbuch gibt Roland an, dass der TC4013 von Toshiba verwendet werden soll (insbesondere der TC4013BP gemäß Stückliste):

Noch später im Servicehandbuch stellt Roland die Pinbelegung und die Wahrheitstabelle für den TC4013 bereit, und siehe da, der TC4013 verwendet eine Set / Reset-Funktion, die sich vom herkömmlichen CD4013 unterscheidet. Insbesondere verhält sich der TC4013 so, dass, wenn sowohl Set als auch Reset hoch sind, Q niedrig und Q / hoch ist; Das heißt, Zurücksetzen hat Vorrang vor Festlegen, wie aus dieser Tabelle im Servicehandbuch hervorgeht:

Es ist dieses seltsame Set / Reset-Verhalten, das für die Erzeugung der Pulswelle bei CP5 in der obigen Jupiter-4-Schaltung entscheidend ist. Ich glaube, dass 4013-basierte Probleme in Roland-Synthesizern dieser Ära - wie der RS-09 in diesem Thread sowie die identifizierten "Kompatibilitäts" -Probleme anderer Stelle für den SH-101 - wahrscheinlich auf diese Abweichung vom herkömmlichen CD4013-Set / Reset zurückzuführen sind Verhalten. Roland traf anscheinend die zweifelhafte Designentscheidung, sich auf das zu verlassen, was die Chiphersteller wahrscheinlich als "unzulässige" Set / Reset-Konfiguration betrachteten ...

In jedem Fall stellt Toshiba den TC4013BP weiterhin in einem 14-poligen DIP-Gehäuse her, her. Aus dem aktuellen Datenblatt geht jedoch hervor, dass Toshiba das herkömmliche CD4013-Set / Reset-Verhalten ohne übernommen hat wobei das Teilsuffix geändert wird . Ich kann keine Dokumentation finden, wann diese Änderung stattgefunden hat, aber nach Datenblättern zu urteilen, die ich im Internet gesehen habe, scheint es, dass diese Verhaltensänderung irgendwann vor den späten 1990er Jahren implementiert wurde. Dies bedeutet, dass ältere TC4013s zwar beispielsweise bei eBay erhältlich sind, ich jedoch nicht weiß, wie Sie wissen würden, ob sie alt genug sind, um dieser Änderung der Funktionalität vorauszugehen. Sie müssten den Chip wahrscheinlich auf einem Steckbrett testen - indem Sie die Set- und Reset-Leitungen hoch binden und sehen, wie der Q-Ausgang reagiert -, um festzustellen, ob ein alter TC4013BP in einem Roland-Synthesizer verwendet werden kann. Und meines Wissens weisen keine modernen 4013-Chips dieses seltsame Set / Reset-Verhalten auf, das von Roland-Synthesizern dieser Zeit gefordert wird.

Wie auch immer, ich hoffe, dies hilft besser zu verstehen, was mit Ihrem RS-09 los ist ...!

Hier ist eine Simulation, wie es funktionieren sollte. Erklärung unten.

Beachten Sie, dass IC204, der Haupttaktteiler TC4013BP, beim Roland RS-09 bekanntermaßen ausfällt . Hier ist eine Aufnahme, bei der es fehlgeschlagen ist.

Wenn das sorgfältige Nachlöten des IC204 mit Flussmittel (um sicherzustellen, dass es sich nicht nur um eine kalte Lötstelle handelt) das Problem nicht behebt , können Sie hier einen Ersatz-IC erhalten.

Der RESET-Pin des IC204 wird über den Widerstand R215 hochgezogen und von der Taktleitung über die Diode D205 angesteuert.

Wenn der Takt niedrig wird, leitet die Diode D205 und zieht RESET niedrig. Wenn der Takt hoch geht, hört die Diode auf zu leiten und R215 lädt langsam die Kapazität des RESET-Pins auf. Nach einer Weile erreicht die Spannung am RESET die logisch hohe Schwellenspannung und der Q-Ausgang wird zurückgesetzt. Der Ausgang bleibt bis zur nächsten ansteigenden Taktflanke niedrig. Der Nettoeffekt besteht darin, dass der Ausgang mit der gleichen Frequenz wie der Takt umschaltet .

$\overline Q$

OK, ich bin mir nicht sicher, ob dies als "Antwort" gilt, da ich nicht verstehe, warum dies passiert ist, aber ich habe zumindest das Problem meines Synthesizers gelöst.

Ich habe endlich den fraglichen RS-09 zum Laufen gebracht, indem ich den 4013 durch einen ersetzt habe, den ich von einem anderen RS-09 gezogen habe (ich werde ihn wegen dieser Erklärung RS-09-2 nennen). Als ich einen neuen 4013 in RS-09-2 einbaute, funktionierte er AUCH nicht. Indem ich sie zurück (und wieder zurück) schaltete und jeweils einen brandneuen 4013 einbaute, für den Fall, dass der erste, mit dem ich getestet habe, schlecht war, bestätigte ich, dass beide RS-09 nur mit einem sehr alten CD4013 funktionieren. Ich würde annehmen, dass alle RS-09 so sind. Ich habe dies ein anderes Mal gesehen, als eine in den 1980er Jahren entworfene Schaltung mit einem neuen CMOS-IC nicht funktioniert. In keinem Fall gab es irgendetwas an der Schaltung, das eine Erklärung dafür lieferte, warum. Wenn man sich den Schaltplan 2017 oder 1982 ansieht, würde eine Person die gleiche Reaktion haben: Ja, das sollte funktionieren. Aber wenn Sie einen 1982 hergestellten CMOS-IC einsetzen, funktioniert er.

Ich bin nicht wirklich zufrieden mit dem Ergebnis, weil die Frage "Warum?!" bleibt noch, aber da ist es.

Ich möchte mich bei allen bedanken, die versucht haben, mir dabei zu helfen, das herauszufinden!