Warum gibt dieser Komparator keine Rechteckwelle aus?

Ich habe einen sinusförmigen 4,43-MHz-Ausgang von einem IC, den ich in eine TTL-Rechteckwelle umwandeln möchte, um sie als Takt zu verwenden. Das Signal hat einen Gleichstromversatz von ungefähr 2,5 V und eine Amplitude von ungefähr 0,5 V von Spitze zu Spitze.

Ich habe versucht, dies unter Verwendung eines TLV3501-Hochgeschwindigkeitskomparators mit dieser Schaltung in eine 0-5-V-Rechteckwelle umzuwandeln.

Der Komparator scheint wie erwartet zu funktionieren: Mit RV1 an einem Extrem ist der Ausgang an SQ_OUT 0 V, an dem anderen 5 V, an einem Punkt ungefähr in der Mitte sehe ich eine Wellenform. Es hat jedoch einen DC-Offset und ähnelt kaum einer Rechteckwelle.

(Oben ist 0,5 V / div und hat einen DC-Offset von fast 2 V).

Das Datenblatt zeigt eine Rechteckwelle, die aus einem 50-MHz-Signal erzeugt wurde, also mache ich offensichtlich etwas falsch. Ich verwende ein Steckbrett, aber der IC befindet sich auf einem Adapter, bei dem C1 und C2 an die Stifte gelötet sind. Ich habe auch versucht, SQ_OUT vom Steckbrett zu trennen und den Ausgang am Pin zu messen, aber das gleiche Ergebnis gesehen. Wie kann ich eine 0-5V Rechteckwelle bekommen?

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Den hier gemachten Vorschlägen folgend, versorgte ich den Komparator mit Signalen im Bereich von 500 Hz bis 20000 Hz und versetzt um 2,5 VDC. Ich beobachtete meistens das gleiche Ergebnis: mit RV1 an einem Extrem, einer 5-V-Flachleitung, an dem anderen, 0 V und dazwischen einer Wellenform von etwa 0,5 Vp / p und einem Versatz von etwa 2,5 V (der Versatz variierte abhängig von RV1).

Der Ausgang, der dem erwarteten am nächsten kam, hatte flache Spitzen bei 5 V, pendelte aber immer noch nicht zwischen 0 und 5 V.

Dies scheint Anwendungsbereichsprobleme auszuschließen, daher muss es entweder die elektrische Umgebung sein (ich verwende ein Steckbrett) oder ich habe es falsch verdrahtet (was ich bezweifle, aber ich werde es mit Sicherheit dreifach und vierfach überprüfen). Oder vielleicht ein Blindgänger, was auch unwahrscheinlich erscheint.

Ich frage mich, ob diese Probleme ein Faktor sein könnten:

• Ich verwende ein Steckbrett (SQ_OUT ist jedoch nicht mit dem Steckbrett verbunden).
• Es ist keine Last angeschlossen, mit Ausnahme der Oszilloskop-Sonde. Zuvor, als ich 4,43 MHz speiste, war eine Last angeschlossen (Takteingang bei einem AD724).
• Könnte RV1, der ein 20K Spannungsteiler ist, zu viel Widerstand sein?

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Ich glaube, meine Probleme wurden durch ein lautes Netzteil (ungefiltertes 5-V-USB) verursacht und durch Streukapazität vom Steckbrett verschlimmert. Mit der USB-Versorgung schien der Komparator drei Zustände zu haben: Flatlining bei 0 V, Flatlining bei 5 V oder die Spannung am Eingang. Dies war auch ohne Signal der Fall, nur 2,5 VDC. Ich vermute, der "mittlere Zustand" war eine Hochfrequenzschwingung. Ich habe es geschafft, die erwartete Leistung zu erzielen, indem ich den Stromkreis aus einer Batterie gespeist habe, und habe die besten Ergebnisse erzielt, als ich ihn vollständig vom Steckbrett entfernt habe. Nur dann habe ich nur 0V oder 5V flache Leitungen ohne "mittleren Zustand" bekommen. Auf dem Steckbrett sehe ich eine 0-5-V-Rechteckwelle mit einigen Zicks und Zacken um 2,5 V, die anzeigt, dass der Ausgang nicht sauber ist. Ich denke, wenn ich mit diesem Gerät weitermachen möchte, Ich muss es auf eine eigene Platine legen und das Netzteil filtern. Vielen Dank an alle, die dazu beigetragen haben.

Eine Anstiegszeit des 10-MHz-Oszilloskops sollte 0,35 * 1000/10 = 35 nS betragen.

Die Halbzykluszeit bei 4,43 MHz beträgt 500 / 4,43 = 113 nS, was mehr als dem Dreifachen der Oszilloskopanstiegszeit entspricht, die angibt, dass das Oszilloskop für die Anzeige der vollständigen Auslenkung des Ausgangssignals geeignet sein sollte. Die bereitgestellte Bereichsverfolgung sieht jedoch darüber hinaus wie eine CR / Anstiegszeit-Begrenzung aus. Das erste, was Sie sich ansehen sollten, ist die Ausgangslast. Da das LM393-Datenblatt einen Parameter für den Ausgangssenkenstrom enthält, würde ich zunächst vorschlagen, einen 4,7-k-Pull-up-Widerstand zwischen +5 Volt und SQ_OUT zu verwenden. Bei korrekter Ausgabe einer sauberen Rechteckwelle würde ich erwarten, dass die Oszilloskop-Ausgangswellenform aufgrund der Bandbreitenbeschränkung des Oszilloskops der von JonRB simulierten Wellenform am unteren Ende ähnelt, obwohl sich die Spannungsskalen unterscheiden. Während die Abstimmung der Oszilloskopsonden für die digitale Arbeit wichtig ist, halte ich es in diesem Fall für einen roten Hering.

AKTUALISIEREN

@Batperson In Ihrem Kommentar nach der Antwort von ovirt haben Sie angegeben, dass Sie einen LM393 mit einem Open-Collector-Ausgang ersetzt haben, daher der Pullup-Vorschlag. Dies ist jedoch eine triviale Schaltung und sollte nicht schwer zu nageln sein. Zuerst ein Ratschlag. Wenn es Probleme gibt und Sie die Frage "sollte" beantworten, anstatt "tut" - müssen Sie prüfen, ob Zweifel bestehen. Es gibt oft einen großen Unterschied zwischen dem Soll und dem, was tatsächlich passiert. zB SOLLTE diese Schaltung einen Rechteckwellenausgang erzeugen.

Was Sie beschreiben, ergibt keinen Sinn. Sie haben ein 0,5 Vp-p-Eingangssignal, das mit + 2,5 V gegen Masse vorgespannt ist, und Sie verschieben den Komparatorreferenzwert zwischen gnd und + 5 V. Sobald die Referenzspannung die Oszillatorvorspannung plus etwa 0,25 V überschreitet, sollte der Ausgang in der Nähe von gnd flach werden. Wenn umgekehrt der Sollwert unter die Vorspannung minus etwa 0,25 V abfällt, sollte er sich in der Nähe von + 5 V abflachen. ZB sollte der Ausgang eine flache Linie haben, wenn der Sollwert außerhalb des Eingangssignalbereichs liegt. Nachdem Sie dies untersucht haben, hängen Sie eine 0,1 uF Keramik C zwischen ref und Masse in der Nähe der IC-Stifte und versuchen Sie es erneut. Ersetzen Sie anschließend den Oszillatoreingang durch zwei in Reihe geschaltete 10k R und verbinden Sie den mit dem Mittelpunkt verbundenen Komparatoreingang zwischen gnd und + 5V. Achten Sie auf den Ausgang, der zwischen Flatline + 5V und Gnd wechselt, wenn der Ref durch den Mittelpunkt geht.

Gedanken weiter

@Batperson, obwohl über etwas mehr ich realisiere, dass Ihre Bereichspuren nicht sinnvoll sind. Die einzige Möglichkeit (außer -ve Rückkopplung), mit der die gezeigte Schaltung eine Ausgangsvorspannung in der Nähe des Mittelpunkts haben kann, besteht darin, dass der Ausgang die gleiche Zeit mit +5 V und gnd verbringt (der sich ergebende Pegel ist der Durchschnitt). Dies ist in Ihren Oszilloskopbildern 1 und 2 nicht ersichtlich - es sieht eher so aus, als ob der Erdungs-IC nicht angeschlossen wäre. Die Tests, die ich gestern vorgeschlagen habe, sollten helfen, dieses Problem zu lösen. Es wäre hilfreich, wenn Sie die Bilder 2 und 3 mit Spannungsreferenzpunkten und Skala oder Frequenz betiteln würden, da dies nicht aus Ihrem Text hervorgeht. Vielleicht auch ein Bild von deinem Steckbrett.

Es wird eines von zwei Dingen sein und höchstwahrscheinlich beides:

1. Die von Ihnen verwendete Sonde ist nicht geeignet, sei es in der Frequenz oder in der Kompensation (die kleine Schraube an der Seite der Sonde).

   

2. Ein 10-MHz-Oszilloskop ist für ein 4,5-MHz-Signal zu langsam

Hier ist der Aufbau einer Rechteckwelle bis zur 100. Harmonischen (4,43 MHz Fonds):

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()

Wenn die Erfassung nur 10 MHz unterstützt, werden die Mitwirkenden gedämpft und phasenverschoben, wodurch eine verzerrte Wellenform erzeugt wird, die der angezeigten ähnelt.

Durch Kaskadieren von zwei 10-MHz-Filtern (eines in der Sonde und eines am Eingang des Oszilloskops) wird die Wellenform weiter verzerrt, was zu einem Signal führt, das näher an dem am Oszilloskop angezeigten Signal liegt.

Der Mittelwert einer 0-5V-Rechteckwelle beträgt 2,5V. Wenn Ihr Oszilloskop ein "durchschnittlicher Eingang" ist, erzeugt es auch eine ähnliche Wellenform und tendiert zu 2,5 V. Ich wurde ein paarmal beim Betrachten von PWM erwischt, nur um eine sehr seltsame Laufkurve zu sehen, NUR um jemanden zu finden, der mit meinem Oszilloskop in Konflikt geraten ist und die "Mittelwertbildung mit 16 Proben" aktiviert hat.

Sie sollten erkennen, dass eine 4,43-MHz-Rechteckwelle eine viel größere Bandbreite als 10 MHz hat.

Eine "richtige" 4,43-MHz-Rechteckwelle enthält Frequenzen bis und über 50 MHz. Dies liegt daran, dass eine Rechteckwelle aus einer ganzen Summe von Frequenzen besteht (im Gegensatz zu einer Sinuswelle, bei der es sich nur um eine Frequenz handelt, wird sie von EEs häufig verwendet).

Wenn Sie eine ideale 4,43-MHz-Rechteckwelle hätten, diese aber durch ein 10-MHz-Bandbreitensystem (wie Ihr Oszilloskop) betrachtet hätten, würden Sie eine verzerrte Dreieckwelle sehen. Welches ist, was Sie hier sehen.

Versuchen Sie es erneut, aber mit einer 10x niedrigeren Frequenz (oder sogar 100x niedriger) und sehen Sie, was Sie erhalten.

Andere Antworten haben die Bandbreitenüberlegungen Ihres Bereichs usw. abgedeckt.

Sie sagen, dass Sie das TLV3501-Gerät verwenden, aber Ihr Schaltplan stimmt nicht mit den im TI-Datenblatt TLV3501, TLV3502 angegebenen Pin-Konfigurationen überein - z ).

Ihr Schaltplan zeigt auch keine Verbindung zum "Abschalt" -Pin, der in diesem Fall mit der negativen Versorgung - "GND" - verbunden werden sollte.

Wenn die in Ihrer Frage angegebenen Informationen korrekt sind, ist das Gerät anscheinend nicht richtig angeschlossen (es sei denn, Sie haben es geschafft, das Gerät in einem Paket zu finden, das nicht im verknüpften Datenblatt aufgeführt ist).

Wie bereits erwähnt, liegt dies wahrscheinlich daran, dass Ihr Oszilloskop nur für 10 MHz ausgelegt ist. Ich wollte erklären, warum dies ein Problem mit einfacheren, weniger theoretischen Begriffen ist.

Die 10-MHz-Bewertung bedeutet, dass eine 10-MHz-Sinuswelle mit minimaler Dämpfung und Verzerrung angezeigt werden kann. Frequenzbewertungen werden immer für Sinuswellen und nicht für Rechteckwellen angegeben.

Um zu verstehen, warum für die Anzeige einer Rechteckwelle viel mehr Bandbreite erforderlich ist, müssen Sie verstehen, dass die Frequenz durch die Änderungsrate im Zeitverlauf bestimmt wird. Tatsächlich ist eine Rechteckwelle auf den flachen Teilen sehr niederfrequent (in der Nähe von Gleichstrom oder Null) und dann plötzlich sehr hochfrequent, wenn sie von hoch nach niedrig oder von niedrig nach hoch wechselt.

Wenn Sie sich das Datenblatt für den Komparator ansehen, wird die Anstiegsgeschwindigkeit angezeigt. Das ist die maximale Änderungsrate seiner Ausgabe. Es hängt auch von Ihrer Schaltung ab, aber für dieses Beispiel sagen wir, es ist 1ns / V. Der Ausgang wird über 5 V schwingen, was 5 ns dauert. Die Frequenz des Übergangsteils der Rechteckwelle beträgt also 1 / 5ns oder 200MHz. Da Ihr Oszilloskop nur 10 MHz hat, wird eine Wellenform angezeigt, die nicht so schnell wie die Rechteckwelle auf und ab schwingen kann.

Eine Bandbreite von 10 MHz würde Ihr Signal abrunden, sodass es eher wie eine Sinuswelle als eine Rechteckwelle aussieht und wahrscheinlich auch eine gewisse Dämpfung verursacht. Es erklärt jedoch nicht, warum Ihr Signal 10-mal kleiner ist, als es sein sollte.

Eine mögliche Ursache für ein solches Verhalten wäre, dass ein Oszilloskop für eine X1-Sonde konfiguriert ist, aber tatsächlich eine X10-Sonde verwendet. Dies würde sich jedoch auch auf den DC-Offset-Pegel auswirken, von dem Sie anscheinend sagen, dass er in etwa korrekt ist.

Daraus schließe ich, dass Ihr System eine Bandbreite aufweisen muss, die erheblich unter den auf Ihrem Oszilloskop angegebenen 10 MHz liegt. Entweder wird Ihr Oszilloskop von einem Hersteller hergestellt, der lügt (ich erkenne die Marke nicht), Ihre Sondenkonfiguration ist nicht für hohe Frequenzen geeignet, oder es stimmt etwas nicht mit der zu testenden Schaltung.