Tại sao bộ so sánh này không tạo ra sóng vuông?

Tôi có đầu ra hình sin 4,43 MHz từ một IC mà tôi muốn chuyển đổi thành sóng vuông TTL để sử dụng làm đồng hồ. Tín hiệu có độ lệch DC khoảng 2,5V và có biên độ khoảng 0,5V đến cực đại.

Tôi đã cố gắng chuyển đổi sóng này thành sóng vuông 0-5V bằng bộ so sánh tốc độ cao TLV3501 với mạch này.

Bộ so sánh dường như hoạt động như mong đợi: với RV1 ở một cực trị, đầu ra ở SQ_OUT là 0V, mặt khác là 5V, tại một điểm ở giữa tôi thấy một dạng sóng. Tuy nhiên, nó có phần bù DC và trông không giống sóng vuông.

(Trên là 0,5V / div và có độ lệch DC gần 2V).

Bảng dữ liệu cho thấy một sóng vuông được tạo ra từ tín hiệu 50 MHz nên rõ ràng tôi đang làm gì đó sai. Tôi đang sử dụng bảng mạch bánh nhưng IC nằm trên bộ chuyển đổi có C1 và C2 được hàn vào các chân. Tôi cũng đã thử ngắt kết nối SQ_OUT khỏi bảng điều khiển và đo đầu ra ở chân, nhưng thấy kết quả tương tự. Làm thế nào tôi có thể có được sóng vuông 0-5V?

Chỉnh sửa

Theo các gợi ý ở đây, tôi cung cấp bộ so sánh với các tín hiệu từ 500hz đến 20000hz và bù 2,5VDC. Tôi chủ yếu quan sát kết quả tương tự: với RV1 ở một cực trị, một đường thẳng 5V, ở mức khác, 0V và ở giữa một dạng sóng khoảng 0,55pp / p và bù ở khoảng 2,5V (độ lệch thay đổi tùy theo RV1).

Điểm gần nhất tôi từng đạt được với đầu ra dự kiến ​​có các đỉnh phẳng ở mức 5V nhưng vẫn không dao động trong khoảng từ 0 đến 5V.

Điều này dường như loại trừ các vấn đề về phạm vi, vì vậy nó phải là môi trường điện (tôi đang sử dụng bảng mạch) hoặc nếu không tôi đã kết nối sai (tôi nghi ngờ, nhưng tôi chắc chắn sẽ kiểm tra ba và bốn lần). Hoặc có thể là một con chip dud, mà dường như không thể.

Tôi tự hỏi nếu những vấn đề này có thể là một yếu tố:

• Tôi đang sử dụng một Breadboard (mặc dù SQ_OUT không được kết nối với Breadboard).
• Không có tải kết nối, ngoại trừ đầu dò phạm vi. Trước đây khi tôi đang cho ăn 4,43 MHz, có một tải được kết nối (đầu vào đồng hồ trên AD724).
• RV1 là một bộ chia điện áp 20K có thể là quá nhiều điện trở?

Chỉnh sửa 2

Tôi tin rằng các vấn đề của tôi là do nguồn điện ồn ào (USB không được lọc 5V) và bị trầm trọng hơn bởi điện dung đi lạc từ bảng mạch. Với nguồn cung cấp USB, bộ so sánh dường như có 3 trạng thái: phẳng ở 0V, phẳng ở 5V hoặc điện áp ở đầu vào. Đây là trường hợp ngay cả khi không có bất kỳ tín hiệu, chỉ 2.5VDC. Tôi đoán "trạng thái trung bình" là dao động tần số cao. Tôi đã xoay sở để có được đầu ra dự kiến ​​bằng cách cấp nguồn cho mạch điện từ pin và có kết quả tốt nhất khi tôi loại bỏ nó hoàn toàn khỏi bảng mạch. Chỉ sau đó, tôi chỉ nhận được các đường phẳng 0V hoặc 5V không có "trạng thái trung bình". Trên bảng mạch và cung cấp tín hiệu 1000hz, tôi thấy một sóng vuông 0-5V với một số zigs và zags quanh 2,5V, cho thấy đầu ra không sạch. Tôi đoán nếu tôi muốn tiếp tục với thiết bị này, tôi ' sẽ phải đặt nó lên bo mạch riêng và lọc nguồn điện. Cảm ơn những người đã đóng góp.

Thời gian tăng phạm vi 10 MHz phải là 0,35 * 1000/10 = 35 nS.

Thời gian nửa chu kỳ ở 4,43 MHz là 500 / 4,43 = 113 nS, gấp hơn 3 lần thời gian tăng phạm vi hiển thị phạm vi phải đủ để hiển thị toàn bộ tín hiệu đầu ra. Tuy nhiên, theo dõi phạm vi được cung cấp có vẻ CR / thời gian tăng vượt quá giới hạn này. Do đó, điều đầu tiên cần xem xét là tải đầu ra và vì bảng dữ liệu LM393 hiển thị một tham số cho Dòng đầu ra hiện tại, tôi sẽ đề nghị trong trường hợp đầu tiên, bạn hãy thử điện trở kéo lên 4,7k giữa +5 volt và SQ_OUT. Khi làm việc chính xác xuất ra một sóng vuông sạch, tôi sẽ hy vọng dạng sóng đầu ra phạm vi tương tự như sóng dưới cùng được mô phỏng bởi JonRB - do giới hạn băng thông phạm vi - mặc dù các thang đo điện áp sẽ khác nhau. Trong khi điều chỉnh đầu dò phạm vi là quan trọng đối với công việc kỹ thuật số - tôi tin rằng nó là cá trích đỏ trong trường hợp này.

CẬP NHẬT

@Batperson trong bình luận của bạn sau câu trả lời của ovirt, bạn nói rằng bạn đã thay thế LM393 có đầu ra bộ sưu tập mở, do đó, đề xuất pullup. Tuy nhiên đây là một mạch tầm thường và không nên làm móng. Đầu tiên một lời khuyên. Khi có vấn đề và bạn thấy mình trả lời 'nên' chứ không phải 'làm' - bạn cần kiểm tra vì có yếu tố nghi ngờ. Thường có một sự khác biệt lớn giữa nên và những gì đang thực sự xảy ra. ví dụ: mạch này NÊN tạo ra đầu ra sóng vuông.

Những gì bạn mô tả không có ý nghĩa. Bạn có tín hiệu đầu vào 0,5 Vp-p sai lệch ở mức + 2,5V so với mặt đất được kết nối với đầu vào bộ so sánh và bạn đang dịch chuyển bộ so sánh giữa gnd và + 5V. Khi điện áp tham chiếu vượt quá độ lệch dao động cộng với khoảng 0,25V, đầu ra sẽ phẳng gần gnd. Ngược lại, một khi ref giảm xuống dưới độ lệch âm khoảng 0,25V, nó sẽ phẳng gần + 5V. ví dụ: đầu ra phải phẳng bất cứ khi nào ref nằm ngoài phạm vi tín hiệu đầu vào. Sau khi bạn điều tra, hãy treo một C gốm 0,1uF giữa ref và tiếp đất gần các chân IC và thử lại. Tiếp theo thay thế đầu vào dao động bằng hai chuỗi 10k R và nối giữa gnd và + 5V đầu vào bộ so sánh được kết nối với điểm giữa. Tìm đầu ra thay đổi giữa đường thẳng + 5V và gnd khi ref đi qua điểm giữa.

CẢM ƠN

@Batperson mặc dù về một số nữa tôi nhận ra dấu vết phạm vi của bạn không có ý nghĩa. Cách duy nhất (ngoài phản hồi -ve) mà mạch hiển thị có thể có độ lệch đầu ra gần điểm giữa là đầu ra dành thời gian bằng nhau ở mức + 5V và gnd (Mức kết quả là trung bình). Điều này không rõ ràng trong ảnh phạm vi 1 & 2 của bạn - có vẻ nhiều hơn những gì đầu vào nên - gần như là nếu gnd IC mặt đất không được kết nối. Các xét nghiệm tôi đề nghị hôm qua sẽ giúp giải quyết điều này. Sẽ rất hữu ích nếu bạn đặt tiêu đề cho ảnh 2 & 3 với các điểm tham chiếu điện áp và tỷ lệ hoặc tần số vì nó không rõ ràng trong văn bản của bạn. Cũng có thể là một hình ảnh của Breadboard của bạn.

Đó sẽ là một trong hai điều & nhiều khả năng cả hai:

1. Đầu dò bạn đang sử dụng không phù hợp, có thể là tần số hoặc bù của nó (ốc vít nhỏ ở bên cạnh đầu dò).

   

2. Phạm vi 10 MHz là quá chậm đối với tín hiệu 4,5 MHz

Dưới đây là sự tích tụ của một squarewave lên đến sóng hài thứ 100 (quỹ 4,43 MHz):

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()

Nếu việc mua lại chỉ có khả năng 10 MHz, những người đóng góp sẽ bị suy giảm và dịch pha tạo ra dạng sóng bị biến dạng tương tự như sóng bạn đang thấy.

Xếp chồng hai "bộ lọc" 10 MHz (một trong đầu dò, một ở đầu vào của phạm vi) sẽ làm biến dạng thêm dạng sóng dẫn đến tín hiệu gần hơn với tín hiệu nhìn thấy trên phạm vi.

Giá trị trung bình của squarewave 0-5V là 2,5V. nếu phạm vi của bạn là "đầu vào trung bình", nó cũng sẽ tạo ra dạng sóng tương tự và có xu hướng về 2,5V. Tôi đã bị bắt gặp nhiều lần chỉ nhìn vào PWM để thấy một dạng sóng đi bộ rất lạ CHỈ để thấy ai đó bị rối với phạm vi của tôi và đã kích hoạt "trung bình 16 mẫu"

Bạn nên nhận ra rằng sóng vuông 4,43 MHz có băng thông lớn hơn nhiều so với 10 MHz.

Sóng vuông "thích hợp" 4,43 MHz sẽ chứa tần số lên đến hơn 50 MHz. Đó là bởi vì một sóng vuông được tạo thành từ toàn bộ tần số (trái ngược với sóng hình sin chỉ có một tần số, đây là lý do tại sao EE sử dụng nó rất nhiều).

Nếu bạn có sóng vuông 4,43 MHz lý tưởng nhưng nhìn vào nó thông qua hệ thống băng thông 10 MHz (như phạm vi của bạn) thì bạn sẽ thấy sóng tam giác bị biến dạng. Đó là những gì bạn nhìn thấy ở đây.

Hãy thử lại nhưng với tần suất thấp hơn gấp 10 lần (hoặc thậm chí thấp hơn 100 lần) và xem những gì bạn nhận được.

Các câu trả lời khác đã bao gồm các cân nhắc về băng thông trong phạm vi của bạn, v.v.

Bạn nói rằng bạn đang sử dụng thiết bị TLV3501 nhưng mạch sơ đồ của bạn không khớp với các cấu hình pin được hiển thị trong biểu dữ liệu TI TLV3501, TLV3502 - ví dụ: đầu ra phải ở chân 6 hoặc chân 5 tùy thuộc vào gói (SOIC hoặc SOT-23 ).

Sơ đồ của bạn cũng không hiển thị kết nối với pin "tắt máy" nên được kết nối với nguồn cung cấp âm - "GND" trong trường hợp này.

Nếu thông tin được cung cấp trong câu hỏi của bạn là chính xác thì có vẻ như thiết bị không được kết nối đúng (trừ khi bạn đã tìm được thiết bị trong gói không được liệt kê trong biểu dữ liệu được liên kết).

Như những người khác đã chỉ ra là có khả năng do máy hiện sóng của bạn chỉ được đánh giá cho 10 MHz. Tôi muốn giải thích tại sao đó là một vấn đề trong các thuật ngữ đơn giản hơn, ít lý thuyết hơn.

Xếp hạng 10 MHz có nghĩa là nó có thể hiển thị sóng hình sin 10 MHz với độ suy giảm và biến dạng tối thiểu. Xếp hạng tần số luôn được đưa ra cho sóng hình sin, không phải sóng vuông.

Để hiểu tại sao một sóng vuông đòi hỏi nhiều băng thông hơn để hiển thị, bạn phải hiểu rằng tần số được xác định bởi tốc độ thay đổi theo thời gian. Vì vậy, thực sự một sóng vuông có tần số rất thấp (gần DC hoặc 0) trên các phần phẳng, và sau đó đột nhiên tần số rất cao khi nó chuyển từ cao xuống thấp hoặc thấp đến cao.

Nếu bạn nhìn vào bảng dữ liệu cho bộ so sánh, nó sẽ cho tốc độ quay. Đó là tốc độ thay đổi tối đa của đầu ra của nó. Nó cũng sẽ phụ thuộc vào mạch của bạn, nhưng vì lợi ích của ví dụ này, giả sử nó là 1ns / V. Đầu ra sẽ dao động trên 5V, mất 5ns. Vì vậy, tần số của phần chuyển tiếp của sóng vuông sẽ là 1/5 hoặc 200 MHz. Vì phạm vi của bạn chỉ là 10 MHz, nó sẽ hiển thị một cái gì đó giống như dạng sóng bạn đang thấy, không thể xoay lên xuống nhanh như sóng vuông.

Băng thông 10 MHz sẽ làm tròn tín hiệu của bạn để nó trông giống như hình sin hơn là hình vuông và có thể cũng gây ra một số suy giảm nhưng điều đó không giải thích tại sao tín hiệu của bạn nhỏ hơn 10 lần so với mức cần thiết.

Một nguyên nhân có thể của hành vi như vậy là có một phạm vi được cấu hình cho đầu dò X1 nhưng thực tế sử dụng đầu dò X10 nhưng điều đó cũng sẽ ảnh hưởng đến mức bù DC mà bạn dường như đang nói là gần đúng.

Vì vậy, tôi kết luận rằng hệ thống của bạn phải có băng thông nhỏ hơn đáng kể so với 10 MHz được in trên phạm vi của bạn. Vì vậy, phạm vi của bạn được tạo bởi một nhà sản xuất nói dối (tôi không nhận ra thương hiệu), thiết lập đầu dò của bạn không phù hợp với tần số cao hoặc có gì đó không ổn với mạch điện đang được thử nghiệm.