Чому цей компаратор не видає квадратну хвилю?

У мене синусоїдальний вихід 4.43 МГц від ІС, який я хочу перетворити на квадратну хвилю TTL, щоб використовувати як годинник. Сигнал має зміщення постійного струму близько 2,5 В і має амплітуду приблизно від 0,5 В до піку.

Я спробував перетворити це на квадратну хвилю 0-5В, використовуючи високошвидкісний компаратор TLV3501 з цією схемою.

Здається, порівняльник працює так, як очікувалося: при RV1 на одному крайньому рівні вихід у SQ_OUT дорівнює 0В, в іншому - 5В, у точці приблизно посередині я бачу форму хвилі. Однак він має зміщення постійного струму і не дуже схожий на квадратну хвилю.

(Вище - 0,5 В / div, зміщення постійного струму - майже 2 В).

Лист даних показує квадратну хвилю, що генерується із сигналу 50 МГц, тому явно я роблю щось не так. Я використовую дошку, але ІС знаходиться на перехіднику з припаяними до штифтів С1 та С2. Я також спробував відключити SQ_OUT від дошки та виміряти вихід на штифті, але побачив той же результат. Як я можу отримати квадратну хвилю 0-5V?

Редагувати

Виконуючи запропоновані тут пропозиції, я подавав компаратор сигналами в діапазоні від 500 ГГц до 20000 Гц і компенсував 2,5 В постійного струму. Я здебільшого спостерігав той самий результат: для RV1 в одній крайності, 5В плоскої лінії, з іншого 0В, а між формою хвилі близько .5Vp / p і зміщенням приблизно в 2.5V (зсув змінювався залежно від RV1).

Найближчий до мене очікуваний вихід мав плоскі піки на 5В, але все ще не коливався між 0 і 5В.

Здається, це виключає проблеми сфери, тому це повинно бути або електричне середовище (я використовую дошку), або ж я неправильно провів її (у чому я сумніваюся, але я обов'язково проведу потрійну і чотириразову перевірку). Або, можливо, чудовий чіп, який теж здається малоймовірним.

Мені цікаво, чи можуть ці питання стати фактором:

• Я використовую дошку (хоча SQ_OUT не з'єднаний з дошкою).
• Навантаження не підключено, за винятком датчика області. Раніше, коли я годував 4,43 МГц, було підключено навантаження (тактовий вхід на AD724).
• Чи може RV1, який є подільником напруги 20 К, мати надто великий опір?

Редагувати 2

Я вважаю, що мої проблеми були викликані галасливим джерелом живлення (5В нефільтрований USB), що посилювалося бродячою ємністю з макетної плати. З живленням USB у компаратора, здавалося, було 3 стани: плосколінійна напруга при 0 В, плоскостопості на 5 В або напруга на вході. Так було і без жодного сигналу, всього 2,5В постійного струму. Я здогадуюсь, що "середній стан" був коливанням високої частоти. Мені вдалося отримати очікуваний вихід, підключивши ланцюг від акумулятора і отримавши найкращі результати, коли я повністю видалив його з дошки. Тільки тоді я отримав лише плоскі лінії 0V або 5V без "середнього стану". На макетній дошці та подачі сигналу 1000 Гц я бачу квадратну хвилю 0-5В з деякими зигзагами та заг навколо 2,5 В, що показує, що вихід не є чистим. Я думаю, якщо я хочу продовжити цей пристрій, я Треба буде покласти його на власну плату і відфільтрувати джерело живлення. Дякуємо всім, хто зробив свій внесок.

Час наростання діапазону на 10 МГц має бути 0,35 * 1000/10 = 35 нс.

Час напівциклу на частоті 4,43 МГц становить 500 / 4,43 = 113 нс, що більше, ніж у 3 рази перевищує час наростання діапазону, показуючи область дії, повинна бути достатньою для відображення повного відходу вихідного сигналу. Однак надане трасування діапазону виглядає, що CR / час підйому обмежений понад це. Тому перше, на що слід звернути увагу, - це завантаження на виході, і як на аркуші даних LM393 показаний параметр вихідного потокового струму, я б запропонував спершу спробувати підтягуючий резистор розміром 4,7 к від 5 вольт до SQ_OUT. При правильній роботі з виведенням чистої квадратної хвилі я б очікував, що форма сигналу вихідної хвилі буде подібною до нижньої, імітованої JonRB - через обмеження пропускної здатності діапазону - хоча масштаби напруги будуть відрізнятися. У той час як налаштування зонду є важливою для цифрової роботи - я вважаю, що це червона оселедець в цьому випадку.

ОНОВЛЕННЯ

@Batperson у своєму коментарі після відповіді ovirt ви сказали, що ви замінили LM393, який має вихід з відкритого колектора, отже, пропозиція про підключення. Однак це тривіальний контур, і це не повинно бути важко прибити. Спочатку слово поради. Коли виникають проблеми, і ви виявляєте, що відповідаєте "слід", а не "робить" - вам потрібно перевірити, чи є елемент сумніву. Часто існує велика різниця між потребою та тим, що насправді відбувається. наприклад, ця схема повинна ПОЧАТИ виробляти квадратну хвилю.

Те, що ви описуєте, не має сенсу. У вас є вхідний сигнал 0,5 Vp-p, який зміщений при + 2,5 В на землю, підключений до входу компаратора, і ви переміщуєте коефіцієнт порівняння між gnd і + 5V. Як тільки опорна напруга перевищить зміщення осцилятора плюс приблизно 0,25 В, вихід повинен вирівнятись біля gnd. І навпаки, як тільки коефіцієнт подачі знизиться нижче відхилення від мінус приблизно 0,25 В, він повинен бути рівним на рівні близько 5 В. наприклад, вихід повинен бути рівним, коли коефіцієнт відхилення знаходиться поза діапазоном вхідного сигналу. Після того, як ви дослідите це, підвісьте керамічну шару С між 0,1 і футом близько до штифтів IC та спробуйте ще раз. Далі замініть вхід генератора на два 10k R послідовно та підключіть між gnd та + 5V вхід компаратора, підключений до середньої точки. Подивіться на зміну виходу між рівниною + 5 В і GN, коли посилання проходить через середню точку.

МИСЛИ БОЛЬШЕ

@Batperson маючи хоч про дещо більше, я розумію, що ваші сліди в масштабі не мають сенсу. Єдиний спосіб (за винятком -ve зворотного зв’язку) показаної схеми може мати зміщення виходу близько середньої точки - це витрата витрат на рівний час при + 5V та gnd (Отриманий рівень є середнім). Це не видно на малюнках 1 та 2 - це виглядає більше, ніж має бути вхід - майже так, як якщо б основний IC Gnd не був підключений. Тести, які я запропонував вчора, повинні допомогти вирішити це питання. Було б корисно, якщо ви назвали зображення 2 і 3 з опорними точками напруги, масштабом або частотою, оскільки це не зрозуміло з тексту. Також може бути зображення вашої дошки.

Це буде одна з двох речей, і більше, ніж ймовірно, обох:

1. Зонд, який ви використовуєте, не підходить, частотою чи компенсацією (маленький гвинт збоку зонда).

   

2. Діапазон 10 МГц занадто повільний для сигналу 4,5 МГц

Ось накопичення квадратної хвилі до 100-ї гармоніки (фонд 4,43 МГц):

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()

Якщо придбання здатне лише до 10 МГц, вкладники будуть ослаблені та зміщені фази, створюючи спотворену форму хвилі, подібну до тієї, яку ви бачите.

Каскадування двох "ММ" фільтрів 10 МГц (один у зонді, один на вході в область дії) додатково спотворить форму хвилі, що спричинить сигнал, наближений до сигналу, який бачать на області.

Середнє значення квадратної хвилі 0-5В становить 2,5 В. якщо ваш обсяг як "середній вхід", він також створюватиме аналогічну форму хвилі і має тенденцію до 2,5 В. Мене неодноразово ловили, дивлячись на ШІМ, щоб побачити ТІЛЬКИ дуже дивну форму хвилі для того, щоб знайти когось зіпсованого з моїм розмахом і дав можливість "16 середнього зразка"

Вам слід усвідомити, що квадратна хвиля 4,43 МГц має набагато більшу пропускну здатність, ніж 10 МГц.

"Правильна" квадратна хвиля 4,43 МГц буде містити частоти до 50 МГц і більше. Це тому, що квадратна хвиля складається з цілої суми частот (на відміну від синусоїди, яка є лише однією частотою, саме тому ЕЕ використовують її багато).

Якщо у вас була ідеальна квадратна хвиля 4,43 МГц, але дивились на неї через 10 МГц смугу пропускання (як у вашому масштабі), то ви побачили б спотворену трикутникову хвилю. Що ви тут бачите.

Спробуйте ще раз, але з 10-кратною нижчою частотою (або навіть 100 x нижчою) і подивіться, що ви отримаєте.

Інші відповіді висвітлювали питання пропускної здатності вашої області застосування тощо.

Ви говорите, що ви використовуєте пристрій TLV3501, але ваша схематична схема не відповідає конфігураціям штифтів, показаних у таблиці даних TI TLV3501, TLV3502 - наприклад, вихід повинен бути на штифті 6 або штифті 5 залежно від пакета (SOIC або SOT-23 ).

Також ваша схема не показує з'єднання зі штифтом "відключення", який повинен бути підключений до негативного джерела живлення - "GND" в цьому випадку.

Якщо інформація, надана у вашому запитанні, є точною, то виявиться, що пристрій підключено неправильно (якщо тільки вам не вдалося знайти пристрій у пакеті, який не вказаний у зв'язаному аркуші даних).

Як зазначали інші, це, ймовірно, пов’язано з тим, що ваш осцилограф оцінюється лише на 10 МГц. Я хотів пояснити, чому це питання простішими, менш теоретичними термінами.

Рейтинг 10 МГц означає, що він може відображати синусоїду 10 МГц з мінімальним загасанням і спотворенням. Номери частоти завжди даються для синусоїд, а не для квадратних хвиль.

Щоб зрозуміти, чому квадратна хвиля вимагає набагато більше пропускної здатності для відображення, ви повинні розуміти, що частота визначається швидкістю зміни з часом. Тож насправді квадратна хвиля є дуже низькою частотою (близькою до постійного струму або нуля) на плоских частинах, а потім раптом дуже високою частотою при переході від високої до низької або низької до високої.

Якщо ви подивитеся на таблицю даних для компаратора, вона дасть низьку швидкість. Це максимальна швидкість зміни її випуску. Це також залежатиме від вашої схеми, але заради цього прикладу скажімо, що це 1ns / V. Вихід буде коливатися на 5V, забираючи 5ns. Тож частота перехідної частини квадратної хвилі становитиме 1/5ns, або 200 МГц. Оскільки ваш обсяг лише 10 МГц, він відображатиме щось подібне до форми сигналу, яку ви бачите, не в змозі гойдатися вгору та вниз так само швидко, як квадратна хвиля.

Пропускна здатність 10 МГц дозволить округлити ваш сигнал, тому він більше схожий на синусоїду, ніж на квадратну хвилю, і, ймовірно, також може викликати деяке ослаблення, але це не пояснює, чому ваш сигнал у 10 разів менший, ніж повинен бути.

Однією з можливих причин такої поведінки було б наявність областей, налаштованих для зонда X1, але насправді використання зонда X10, але це також вплине на рівень зміщення постійного струму, який, здається, ви говорите, є приблизно правильним.

Отже, я роблю висновок, що ваша система повинна мати пропускну здатність приблизно менше 10 МГц, надруковану у вашій області застосування. Отже, або ваша сфера розроблена виробником, який лежить (я не визнаю бренд), ваша установка зонда не підходить для високих частот, або в тесті ланцюга y тестує щось не так.