เหตุใดเครื่องมือเปรียบเทียบนี้จึงไม่ส่งสัญญาณคลื่นสี่เหลี่ยม

ฉันมีเอาต์พุตไซน์ไซน์ 4.43MHz จาก IC ที่ฉันต้องการแปลงเป็นคลื่นสี่เหลี่ยมจตุรัส TTL เพื่อใช้เป็นนาฬิกา สัญญาณมี DC offset ประมาณ 2.5V และมีแอมพลิจูดประมาณ 0.5V peak ถึง peak

ฉันพยายามแปลงสิ่งนี้เป็นคลื่นสี่เหลี่ยม 0-5V โดยใช้ตัวเปรียบเทียบความเร็วสูง TLV3501 กับวงจรนี้

ตัวเปรียบเทียบดูเหมือนจะทำงานได้ตามที่คาดไว้: ด้วย RV1 ที่หนึ่งจุดสุดขีดเอาต์พุตที่ SQ_OUT คือ 0V และอีกอันคือ 5V ที่จุดประมาณกลางที่ฉันเห็นรูปคลื่น อย่างไรก็ตามมันมี DC offset และดูไม่เหมือนคลื่นสี่เหลี่ยม

(ด้านบนคือ 0.5V / div และมี DC offset ของเกือบ 2V)

แผ่นข้อมูลแสดงคลื่นสี่เหลี่ยมที่สร้างจากสัญญาณ 50MHz ดังนั้นเห็นได้ชัดว่าฉันกำลังทำอะไรผิด ฉันกำลังใช้เขียงหั่นขนม แต่ IC อยู่บนอะแดปเตอร์ที่มี C1 และ C2 บัดกรีเพื่อพิน ฉันยังลองตัดการเชื่อมต่อ SQ_OUT จากเขียงหั่นขนมและวัดเอาต์พุตที่ขา แต่เห็นผลลัพธ์เดียวกัน ฉันจะได้รับคลื่นสี่เหลี่ยม 0-5V ได้อย่างไร

แก้ไข

ทำตามคำแนะนำที่นี่ฉันให้อาหารเปรียบเทียบกับสัญญาณตั้งแต่ 500hz ถึง 20000hz และออฟเซ็ต 2.5VDC ฉันสังเกตเห็นผลลัพธ์ที่เหมือนกันเป็นส่วนใหญ่: ด้วย RV1 ที่สุดขั้วหนึ่งแฟลตไลน์ 5V ที่อีก 0V และระหว่างรูปคลื่นประมาณ. 5Vp / p และชดเชยที่ประมาณ 2.5V (ออฟเซ็ตแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับ RV1)

ผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงที่สุดที่ฉันเคยได้รับคาดว่าจะมียอดเขาแบนที่ 5V แต่ก็ยังไม่แกว่งระหว่าง 0 ถึง 5V

ดูเหมือนว่าจะตัดปัญหาเรื่องขอบเขตดังนั้นจึงต้องเป็นสภาพแวดล้อมทางไฟฟ้า (ฉันใช้เขียงหั่นขนม) หรืออื่น ๆ ที่ฉันเชื่อมต่อมันผิด (ซึ่งฉันสงสัยว่า แต่ฉันจะตรวจสอบสามเท่าและสี่เท่า) หรืออาจเป็นชิปที่เล่นไม่ได้

ฉันสงสัยว่าปัญหาเหล่านี้อาจเป็นปัจจัย:

• ฉันใช้เขียงหั่นขนม (SQ_OUT ไม่ได้เชื่อมต่อกับเขียงหั่นขนม)
• ไม่มีโหลดที่เชื่อมต่อยกเว้นสำหรับโพรบขอบเขต ก่อนหน้านี้เมื่อฉันกำลังป้อน 4.43MHz มีการเชื่อมต่อโหลด (อินพุตนาฬิกาบน AD724)
• RV1 ซึ่งเป็นตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า 20K สามารถต้านทานได้มากเกินไปหรือไม่?

แก้ไข 2

ฉันเชื่อว่าปัญหาของฉันเกิดจากแหล่งจ่ายไฟที่มีเสียงดัง (5V แบบไม่มีการกรอง USB) และทำให้รุนแรงขึ้นด้วยความจุจรจัดจากเขียงหั่นขนม เมื่อเปรียบเทียบกับแหล่งจ่ายไฟ USB ตัวเปรียบเทียบดูเหมือนจะมี 3 สถานะคือ flatlining ที่ 0V, flatlining ที่ 5V หรือแรงดันไฟฟ้าที่อินพุต นี่เป็นกรณีที่ไม่มีสัญญาณใด ๆ เพียงแค่ 2.5VDC ฉันเดาว่า "รัฐกลาง" คือการสั่นความถี่สูง ฉันจัดการเพื่อให้ได้ผลลัพธ์ตามที่คาดหวังโดยจ่ายไฟให้กับวงจรจากแบตเตอรี่และได้ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดเมื่อฉันลบออกจาก breadboard อย่างสมบูรณ์ จากนั้นฉันก็จะได้แค่เส้นแบน 0V หรือ 5V ที่ไม่มี "Middle state" บนเขียงหั่นขนมและส่งสัญญาณ 1000hz ฉันเห็นคลื่นสี่เหลี่ยม 0-5V ที่มีซิกแซกและ zags ประมาณ 2.5V แสดงว่าเอาต์พุตไม่สะอาด ฉันเดาว่าฉันต้องการดำเนินการกับอุปกรณ์นี้ต่อหรือไม่ จะต้องวางมันไว้บนบอร์ดของตัวเองและกรองแหล่งจ่ายไฟ ขอบคุณทุกคนที่มีส่วน

เวลาเพิ่มขึ้นของขอบเขต 10 MHz ควรเป็น 0.35 * 1000/10 = 35 nS

เวลาครึ่งรอบที่ 4.43 MHz คือ 500 / 4.43 = 113 nS ซึ่งมากกว่า 3 เท่าของเวลาที่เพิ่มขึ้นของขอบเขตที่แสดงขอบเขตควรเพียงพอสำหรับการแสดงสัญญาณเต็มรูปแบบของสัญญาณขาออก อย่างไรก็ตามการติดตามขอบเขตที่จัดให้มีลักษณะ CR / เวลาเพิ่มขึ้น จำกัด เกินกว่านี้ ดังนั้นสิ่งแรกที่ต้องดูคือการโหลดเอาต์พุตและเป็นแผ่นข้อมูล LM393 แสดงพารามิเตอร์สำหรับ Output Sink ปัจจุบันฉันอยากจะแนะนำในตัวอย่างแรกที่คุณลอง 4.7k pull up resistor ระหว่าง +5 volt และ SQ_OUT เมื่อทำงานอย่างถูกต้องและส่งออกคลื่นสี่เหลี่ยมที่สะอาดฉันคาดว่ารูปคลื่นเอาท์พุทขอบเขตจะคล้ายกับรูปคลื่นด้านล่างซึ่งจำลองโดย JonRB - เนื่องจากขีด จำกัด แบนด์วิดท์ของขอบเขต - แม้ว่าระดับแรงดันไฟฟ้าจะแตกต่างกัน ในขณะที่การปรับโพรบขอบเขตเป็นสิ่งสำคัญสำหรับงานดิจิทัล - ฉันเชื่อว่าเป็นปลาเฮอริ่งแดงในกรณีนี้

UPDATE

@Batperson ในความคิดเห็นของคุณตามคำตอบของ ovirt คุณระบุว่าคุณได้แทนที่ LM393 ซึ่งมีเอาต์พุตแบบเปิดสะสมดังนั้นคำแนะนำแบบดึงขึ้น อย่างไรก็ตามนี่เป็นวงจรที่ไม่สำคัญและไม่ควรตอกตะปู ก่อนอื่นคำแนะนำ เมื่อมีปัญหาและคุณพบว่าตัวเองตอบ 'ควร' มากกว่า 'ทำ' - คุณต้องตรวจสอบเนื่องจากมีข้อสงสัย มักจะมีความแตกต่างใหญ่ระหว่างควรและสิ่งที่เกิดขึ้นจริง เช่นวงจรนี้ควรสร้างเอาต์พุตคลื่นสี่เหลี่ยม

สิ่งที่คุณอธิบายไม่สมเหตุสมผล คุณมีสัญญาณอินพุต 0.5 Vp-p ที่เอนเอียงที่ +2.5V ไปยังกราวด์ที่เชื่อมต่อกับอินพุตเปรียบเทียบและคุณกำลังเลื่อนการอ้างอิง ref เปรียบเทียบระหว่าง gnd และ + 5V เมื่อแรงดันอ้างอิงเกินอคติของออสซิลเลเตอร์บวกประมาณ 0.25V แล้วเอาต์พุตควรแบนใกล้ gnd ในทางกลับกันเมื่อค่าอ้างอิงลดลงต่ำกว่าค่าเบี่ยงเบนลบประมาณ 0.25V มันควรจะมีเส้นแบนใกล้ + 5V เช่นเอาท์พุทควรแบนเมื่อใดก็ตามที่อ้างอิงอยู่นอกช่วงสัญญาณอินพุต หลังจากที่คุณตรวจสอบสิ่งนี้จะแขวน C เซรามิก 0.1uF ระหว่างการอ้างอิงและกราวด์ใกล้กับหมุด IC และลองอีกครั้ง ถัดไปแทนที่อินพุต oscillator ด้วย 10k R สองชุดและเชื่อมต่อระหว่าง gnd และ + 5V อินพุตเปรียบเทียบที่เชื่อมต่อกับจุดกึ่งกลาง ค้นหาเอาต์พุตที่เปลี่ยนแปลงระหว่าง flatline + 5V และ gnd เมื่อ ref อ้างอิงถึงจุดกึ่งกลาง

ความคิดที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้น

@Batperson มี แต่ประมาณฉันรู้ว่าขอบเขตการติดตามของคุณไม่สมเหตุสมผล วิธีเดียว (นอกเหนือจากข้อเสนอแนะ -ve) วงจรที่แสดงสามารถมีอคติเอาท์พุทใกล้จุดกึ่งกลางสำหรับการส่งออกจะใช้เวลาเท่ากันที่ + 5V และ gnd (ระดับผลลัพธ์เป็นค่าเฉลี่ย) สิ่งนี้ไม่ปรากฏในรูปภาพขอบเขตของคุณ 1 & 2 - ดูเพิ่มเติมว่าควรป้อนข้อมูลอย่างไร - ราวกับว่าไม่ได้เชื่อมต่อ IC ภาคพื้นดิน การทดสอบที่ฉันแนะนำเมื่อวานนี้ควรช่วยแก้ไขปัญหานี้ มันจะมีประโยชน์ถ้าคุณตั้งชื่อรูปภาพ 2 & 3 ที่มีจุดอ้างอิงแรงดันไฟฟ้าและสเกลหรือความถี่เนื่องจากไม่ชัดเจนจากข้อความของคุณ อาจเป็นรูปภาพของเขียงหั่นขนมของคุณ

มันจะเป็นหนึ่งในสองสิ่ง & มากกว่าทั้งคู่:

1. โพรบที่คุณใช้ไม่เหมาะสมไม่ว่าจะเป็นความถี่หรือในการชดเชย (สกรูเล็ก ๆ ที่ด้านข้างของโพรบ)

   

2. ขอบเขต 10 MHz ช้าเกินไปสำหรับสัญญาณ 4.5 MHz

นี่คือการสะสมของ squarewave ถึง 100 ฮาร์โมนิ (กองทุน 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()

หากการได้มานั้นมีความสามารถเพียง 10 เมกะเฮิรตซ์ผู้มีส่วนร่วมจะถูกลดทอนและการเลื่อนเฟสทำให้เกิดรูปคลื่นที่บิดเบี้ยวคล้ายกับที่คุณเห็น

"ตัวกรอง" สองตัวที่มีคลื่น 10MHz สองอัน (หนึ่งในโพรบหนึ่งตัวในอินพุตของขอบเขต) จะบิดเบือนรูปแบบของคลื่นเพิ่มเติมซึ่งส่งผลให้สัญญาณใกล้เคียงกับที่เห็นในขอบเขตมากขึ้น

ค่าเฉลี่ยของสแควร์เวฟ 0-5V คือ 2.5V หากขอบเขตของคุณเป็น "อินพุตเฉลี่ย" ก็จะสร้างรูปแบบของคลื่นที่คล้ายกันและมีแนวโน้มไปที่ 2.5V ฉันถูกจับได้หลายครั้งเมื่อดูที่ PWM เพียงเพื่อดูรูปคลื่นการเดินที่แปลกประหลาดเท่านั้นเพื่อหาคนที่ยุ่งกับขอบเขตของฉันและเปิดใช้งาน "ค่าเฉลี่ยตัวอย่าง 16"

คุณควรตระหนักว่าคลื่นสี่เหลี่ยม 4.43 MHz มีแบนด์วิดท์ที่ใหญ่กว่า 10 MHz

คลื่นสี่เหลี่ยม "เหมาะสม" 4.43 MHz จะมีความถี่สูงถึงและสูงกว่า 50 MHz นั่นเป็นเพราะคลื่นจตุรัสประกอบขึ้นจากผลรวมของความถี่ทั้งหมด (ซึ่งต่างจากคลื่นไซน์ซึ่งมีเพียงความถี่เดียวนี่คือสาเหตุที่ EE ใช้มันมาก)

หากคุณมีคลื่นสี่เหลี่ยมที่เหมาะสำหรับ 4.43 MHz แต่ดูผ่านระบบแบนด์วิดท์ 10 MHz (เช่นขอบเขตของคุณ) คุณจะเห็นคลื่นสามเหลี่ยมที่บิดเบี้ยว คุณเห็นอะไรที่นี่

ลองอีกครั้ง แต่ด้วยความถี่ต่ำกว่า 10x (หรือต่ำกว่า 100 เท่า) และดูว่าคุณได้อะไร

คำตอบอื่น ๆ ครอบคลุมถึงการพิจารณาแบนด์วิดท์ของขอบเขตของคุณ ฯลฯ

คุณบอกว่าคุณกำลังใช้อุปกรณ์ TLV3501 แต่วงจรวงจรของคุณไม่ตรงกับการกำหนดค่าพินที่แสดงในแผ่นข้อมูล TI TLV3501, TLV3502 - เช่นเอาต์พุตควรอยู่ที่ขา 6 หรือขา 5 ขึ้นอยู่กับแพ็คเกจ (SOIC หรือ SOT-23 )

แผนผังของคุณไม่แสดงการเชื่อมต่อกับพิน "ปิดเครื่อง" ซึ่งควรเชื่อมต่อกับตัวจ่ายลบ - "GND" ในกรณีนี้

หากข้อมูลที่ให้ไว้ในคำถามของคุณถูกต้องก็จะปรากฏว่าอุปกรณ์นั้นไม่ได้เชื่อมต่ออย่างถูกต้อง (เว้นแต่ว่าคุณมีการจัดการเพื่อค้นหาอุปกรณ์ในแพคเกจที่ไม่ได้ระบุไว้ในแผ่นข้อมูลที่เชื่อมโยง)

ตามที่คนอื่น ๆ ได้ชี้ให้เห็นอาจเป็นเพราะออสซิลโลสโคปของคุณกำลังได้รับการจัดอันดับ 10MHz ฉันต้องการอธิบายว่าเพราะเหตุใดปัญหาจึงเป็นเรื่องที่ง่ายและมีทฤษฎีน้อยกว่า

การให้คะแนน 10MHz หมายความว่าสามารถแสดงคลื่นไซน์ 10MHz ที่มีการลดทอนและการบิดเบือนน้อยที่สุด การจัดอันดับความถี่จะได้รับเสมอสำหรับคลื่นไซน์ไม่ใช่คลื่นสี่เหลี่ยม

เพื่อให้เข้าใจว่าเหตุใดคลื่นสี่เหลี่ยมจึงต้องใช้แบนด์วิดท์ในการแสดงมากขึ้นคุณต้องเข้าใจว่าความถี่ถูกกำหนดโดยอัตราการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ดังนั้นจริง ๆ แล้วคลื่นสี่เหลี่ยมคือความถี่ต่ำมาก (ใกล้กับ DC หรือศูนย์) บนส่วนที่แบนแล้วจากนั้นความถี่สูงมากเมื่อเปลี่ยนจากสูงไปต่ำหรือต่ำถึงสูง

ถ้าคุณดูแผ่นข้อมูลสำหรับตัวเปรียบเทียบมันจะให้อัตราการฆ่า นั่นคืออัตราการเปลี่ยนแปลงสูงสุดของเอาต์พุต มันจะขึ้นอยู่กับวงจรของคุณด้วย แต่สำหรับตัวอย่างนี้สมมติว่ามันคือ 1ns / V เอาต์พุตจะแกว่งผ่าน 5V ใช้เวลา 5ns ดังนั้นความถี่ของการเปลี่ยนแปลงส่วนหนึ่งของคลื่นสี่เหลี่ยมจะเป็น 1 / 5ns หรือ 200MHz เนื่องจากขอบเขตของคุณมีเพียง 10MHz มันจะแสดงรูปแบบของคลื่นที่คุณเห็นไม่สามารถแกว่งขึ้นและลงได้เร็วเท่ากับคลื่นสี่เหลี่ยม

แบนด์วิดท์ 10 MHz จะปัดสัญญาณของคุณดังนั้นมันจึงดูเหมือนเป็นสัญญาณคลื่นวิทยุมากกว่า squarewave และอาจทำให้เกิดการลดทอนสัญญาณบางส่วน แต่ไม่ได้อธิบายว่าทำไมสัญญาณของคุณจึงเล็กกว่า 10 เท่า

สาเหตุหนึ่งที่เป็นไปได้ของพฤติกรรมดังกล่าวคือการกำหนดขอบเขตสำหรับโพรบ X1 แต่ใช้โพรบ X10 จริง ๆ แต่นั่นจะส่งผลต่อระดับออฟเซ็ต DC ซึ่งคุณดูเหมือนจะบอกว่าถูกต้อง

ดังนั้นฉันจึงสรุปได้ว่าระบบของคุณต้องมีแบนด์วิดท์ที่น้อยกว่า 10MHz ที่พิมพ์บนขอบเขตของคุณ ดังนั้นไม่ว่าขอบเขตของคุณจะทำโดยผู้ผลิตที่อยู่ (ฉันไม่รู้จักแบรนด์) การตั้งค่าโพรบของคุณไม่เหมาะสำหรับความถี่สูงหรือมีบางอย่างผิดปกติกับวงจร ythe ที่ทดสอบ