題:
為什麼該比較器不輸出方波?
Batperson
2017-11-05 15:22:00 UTC
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我有一個想從IC轉換為TTL方波用作時鐘的IC的4.43MHz正弦輸出。該信號的DC偏移約為2.5V,並且峰峰值之間的幅度約為0.5V。

我嘗試通過TLV3501高速比較器將此電路轉換為0-5V方波。

tlv3501 updated schematic

比較器似乎按預期方式工作:在RV1處於一個極端的情況下,SQ_OUT的輸出為0V,在另一端為5V,大約在中間的一點處,我看到了波形。但是它具有DC偏移,看起來不像方波。

not square

(以上為0.5V / div,DC偏移接近2V)。

數據表顯示了從50MHz信號產生的方波,因此顯然我做錯了。我使用的是麵包板,但是IC在適配器上,而C1和C2焊接在引腳上。我還嘗試從麵包板上斷開SQ_OUT並測量引腳上的輸出,但是看到了相同的結果。 如何獲得0-5V方波?

Edit

按照此處的建議,我向比較器提供了500hz至20000hz範圍內的信號,並偏移了2.5VDC。我幾乎觀察到了相同的結果:在RV1處於一個極端的情況下,扁平線為5V,在另一端為0V,並且在大約0.5Vp / p的波形和大約2.5V的偏移之間(偏移量取決於RV1)。 / p>

500hz

我最接近預期輸出的峰值在5V處具有平坦的峰值,但仍未在0至5V之間擺動。

100hz

這似乎可以排除範圍問題,因此必須是電氣環境(我正在使用麵包板),否則我接線錯誤(我對此表示懷疑,但我肯定會進行三重和四重檢查) )。或可能是一個過時的芯片,這似乎也不太可能。

我想知道這些問題是否可能是一個因素:

  • 我正在使用麵包板(儘管SQ_OUT未連接到麵包板)。
  • 除示波器探頭外,沒有負載連接。以前,當我為4.43MHz供電時,連接了一個負載(AD724上的時鐘輸入)。
  • 作為20K分壓器的RV1電阻太大嗎?

Edit 2

我相信我的問題是由電源噪聲(未過濾的5V USB)引起的,並且由於麵包板的雜散電容而加劇了問題。 使用USB電源時,比較器似乎具有3種狀態:0V平坦,5V平坦或輸入電壓。即使沒有任何信號,也只有2.5VDC,就是這種情況。我猜“中間狀態”是高頻振盪。 通過用電池為電路供電,我設法獲得了預期的輸出,而當我將它完全從實驗板上移開時,我得到了最佳的結果。只有到那時,我才得到沒有“中間狀態”的0V或5V扁平線。 在麵包板上並提供1000hz信號,我看到一個0-5V方波,在2.5V左右有一些Zig和Zag,表明輸出不是乾淨的。我想,如果我想繼續使用該設備,則必須將其放在自己的板上並過濾電源。感謝所有貢獻者。

Rough square

該波形看起來比較器的速度不足以適應您的負載。輸出上有負載電容嗎?為什麼不在輸入端使用電容器(0.1uF左右)並阻塞正弦輸入的DC?那應該使輸入隨O DC變化,然後具有適當的參考電壓?
測量期間SQ_OUT是浮動的還是末端有負載?
沒有負載,SQ_OUT僅連接到示波器探針。 @rsg1710,比較器的額定值為4.5ns,它當然應該足夠快。
什麼探針?我的回復還指出探針將被過濾,我的回復不只是關於探針補償
只是no-name作用域隨附的no-name探針。
那可能是一個貢獻者(請參閱我的回复)。另外,請檢查示波器通道設置,某些示波器令人討厭的“ X樣本平均”
示波器是模擬型還是數字型(採樣)類型?如果是模擬信號,則10 MHz額定值通常在儀器的-3dB帶寬處。對於4.43 MHz的輸入信號,一個10 MHz的模擬示波器可能會壓縮信號的幅度,並會在信號的上升沿和下降沿引起一些舍入。請注意,如果方波輸入信號的上升時間為10 ns,則該上升時間對應於大約35 MHz的頻率(帶寬),這遠遠超出了示波器的10 MHz頻率響應,因此示波器將扭曲信號的上升沿和下降沿。
@JimFischer這是一個模擬範圍。根據JonB的評論,走線仍應達到信號的峰值,不是嗎?無論頻率為4.43MHz還是400Hz,無論哪種情況,該設備都會產生相似的輸出。
麵包板因雜散電容而臭名昭著。高速比較器對雜散電容非常敏感。嘗試構建原型死蟲樣式。將元件和導線直接焊接到引腳上。使輸出遠離輸入。還要檢查相對於輸入正弦波的輸出正弦波。確認輸出不只是振盪。
您正在使用X10探頭嗎?如果您的探頭可在X1或X10之間切換,請確保您處於X10設置。
@DwayneReid我看到與X1或X10相同的結果。
@user125718我將嘗試完全消除麵包板。我已經有去耦電容器直接焊接到引腳上。也許您可能想讓評論成為答案?
六 答案:
JonRB
2017-11-05 15:27:47 UTC
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這將是&可能做的兩件事之一:

  1. 您使用的探頭不適合使用,無論是在頻率上還是在補償方面(探頭側面的小螺釘)。

    Enter link description here

  2. 10 MHz示波器對於4.5 MHz信號太慢

  3. ol>

    以下是方波的累積,直至100次諧波(4.43 MHz基金):

    enter image description here

     將numpy導入為np
    從matplotlib導入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('正弦波的頻率增加:方波的傅立葉含量')
    pylab.plot(t,x)
    pylab.grid(真)
    
    對於範圍(3,100,2)中的i:
        a =(1 / i)* np.sin(2 * np.pi * F * i * t)
        pylab.plot(t,a)
        x + = a
    
    pylab.subplot(3,1,2)
    pylab.title('等效諧波的方波')
    pylab.plot(t,x)
    pylab.grid(真)
    
    y = np.zeros(len(t))
    
    A = 10e6 * 2 * np.pi * t [1] /(10e6 * 2 * np.pi * t [1] +1)
    對於範圍(1,len(t))中的i:
        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)
    對於範圍(1,len(t))中的i:
        y [i] = y [i-1] + A *(x [i]-y [i-1])
    pylab.plot(t,y)
    pylab.plot(t,y,label ='4.43MHz通過2個級聯濾波器')
    
    pylab.title('將4.43MHz方波通過1個&兩個10MHz一階濾波器的結果')
    pylab.legend()
    
    pylab.grid(真)
    pylab.show()
     

    如果採集僅能進行10 MHz的採集,則貢獻者將被衰減和相移,從而產生類似於您所看到的失真波形。

    級聯兩個10MHz的“濾波器”(一個在探頭中,一個在示波器的輸入上)會進一步使波形失真,從而使信號更接近示波器上看到的信號。

    0-5V方波的平均值為2.5V。如果您將示波器用作“平均輸入”,它將產生類似的波形並趨向於2.5V。我被吸引住了很多次,在看PWM時才發現一個非常奇怪的行走波形,只能發現有人弄亂了我的示波器並啟用了“ 16sample求平均值”

    enter image description here

謝謝,補償應該是正確的,但我會再次檢查。我確實想知道是否會涉及到示波器的偽像,所以我確保在照片中包括“ 10MHz便攜式示波器” :-) 但是,我主要關注的是明顯的2V DC偏移。那也可能是范圍的人工製品嗎?
直流偏移有點可疑。在示波器正常工作的較低頻率下進行測試應該可以消除疑問...
0-5V方波的@Batperson具有2.5V的平均DC分量,因此絕對沒有錯。頻率響應不足會使(表觀)波谷升高,與降低(表觀)波峰的幅度一樣大。
確切地說,我的示例信號是+ -1V信號,比較器是0-5V信號。
我的示波器手冊沒有提到平均,它肯定沒有將其作為可啟用的功能。儘管這是我所知道的所有有用信息。
嘿,您使用了哪個工具來生成正弦波形圖?
python,代碼在我的帖子中
Bimpelrekkie
2017-11-05 20:18:07 UTC
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您應該意識到4.43 MHz的方波具有比10 MHz大得多的帶寬。

“適當的” 4.43 MHz方波將包含高達50 MHz或更高的頻率。這是因為方波由頻率的總和組成(與正弦波相反,正弦波僅是one頻率,這就是EE經常使用它的原因。)

如果您有一個理想的4.43 MHz方波,但通過10 MHz帶寬系統(如您的示波器)觀察,則您會看到一個失真的三角波。您在這裡看到的是什麼。

再試一次,但頻率要低10倍(甚至低100倍),然後看看會得到什麼。

我將嘗試使用較低頻率的信號對其進行測試。我主要是想確認輸出實際上是在4.43MHz的0至5V之間擺動(而不是2至2.5V)。有什麼方法可以確認使用我的有限設備嗎?
在較低的頻率下,您可以輕鬆地進行檢查,然後**如果**運算放大器輸出的負載足夠低(小電容),則可以假設它在4.33 MHz時也可以。要檢查實際情況,由於輸入電容低,您不僅需要一個約200 MHz帶寬的示波器,而且需要一個合適的10:1探頭。
@batperson,也許在您的蝙蝠洞中有一些1n4148二極管和陶瓷電容器,您可以構建一個峰值檢測器。
Venustas
2017-11-08 04:49:52 UTC
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10 MHz示波器上升時間應為0.35 * 1000/10 = 35 nS。

4.43 MHz的半週期時間為500 / 4.43 = 113 nS,這是示波器上升時間的3倍以上,表明示波器應該足以顯示輸出信號的全部偏移。但是,提供的示波器軌跡看起來超出了CR /上升時間。因此,首先要看的是輸出負載,因為LM393數據表顯示了輸出灌電流的參數,所以我建議您首先嘗試在+5伏和SQ_OUT之間使用4.7k上拉電阻。 當正確輸出乾淨的方波時,由於示波器帶寬的限制,我希望示波器的輸出波形與JonRB模擬的底部波形相似,儘管電壓範圍會有所不同。雖然示波器探頭調整對於數字工作很重要-但我相信在這種情況下它會是一個紅鯡魚。

更新

在ovirt回答之後,您在評論中的

@Batperson表示您已替換了具有集電極開路輸出的LM393,因此提出了上拉建議。但是,這是一條微不足道的電路,應該不難確定。首先提個建議。當出現問題時,您發現自己回答“應該”而不是“要做”-您需要進行檢查,因為其中存在疑問。應該和實際發生的事情之間通常會有很大的差異。例如該電路應該產生方波輸出。

您所描述的沒有意義。您有一個0.5 Vp-p輸入信號,該信號以+ 2.5V偏置到接地,並連接到比較器輸入,並且您正在將比較器ref在gnd和+ 5V之間轉換。一旦參考電壓超過振盪器偏置電壓加上大約0.25V,輸出應在gnd附近趨於平坦。相反,一旦ref降至低於偏置負0.25V以下時,它應在+ 5V附近變平。例如每當ref超出輸入信號範圍時,輸出應平坦。在對此進行調查之後,請將一個0.1uF的陶瓷C懸掛在ref和接地之間,靠近IC引腳,然後重試。接下來,用兩個串聯的10k R代替振盪器輸入,並在gnd和+ 5V之間連接比較器輸入,該比較器輸入連接到中點。當參考電壓通過中點時,尋找在平坦+ 5V和gnd之間變化的輸出。您剛剛證明/否定了在DC上運行的比較器。

進一步思考

@Batperson儘管有更多的信息,但我意識到您的範圍跟踪沒有意義。所示電路(除了-ve反饋以外)在中點附近具有輸出偏置的唯一方法是使輸出在+ 5V和gnd上花費相等的時間(所得電平為平均值)。這在您的示波器圖片1 & 2中並不明顯-它看起來應該是更多的輸入-幾乎就像未連接接地IC gnd一樣。我昨天建議的測試應有助於解決此問題。如果您為圖片2 & 3加上標題電壓參考點和比例或頻率作為標題,這將很有幫助,因為您的文本內容不清楚。也許還有麵包板的圖片。

如果您注意到我的答复,請查看範圍線索(頻率或補償)。帶有10MHz示波器的引線最適合10MHz。然後,您將得到兩個級聯的1階10MHz濾波器。讓我更新我的回復以覆蓋兩個過濾器的影響
感謝@JonRB和Venustas。我現在可以肯定的是,在使用.5-20 kHz信號進行測試之後,它不是示波器(也可以使用IIRC為10kHz的示波器測試信號對探頭進行調諧並顯示完美的方波)。 該器件是具有推挽輸出的TLV3501,因此不需要上拉嗎?我通過使用LM393 Eagle lib繪製快速原理圖使所有人感到困惑,但現在已對其進行了更正。
ovirt
2017-11-05 22:41:01 UTC
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其他答案涵蓋了您的示波器帶寬方面的考慮,等等。

您說您正在使用TLV3501器件,但原理圖電路與TI數據表 TLV3501,TLV3502中顯示的引腳配置不匹配-例如根據封裝(SOIC或SOT-23)的不同,輸出應在6或5引腳上。

您的原理圖也未顯示與“關斷”引腳的連接,該引腳應連接到負電源-在這種情況下為“ GND”。

如果問題中提供的信息正確無誤,則表明該設備未正確連接(除非您設法在鏈接數據表中未列出的包裝中找到該設備)。

我應該弄清楚原理圖上的引腳號,它們不准確。我在原理圖中替換了LM393零件,因為TLV3501沒有零件。包括關斷引腳在內的器件已正確連接,並且電路的行為與預期不符,僅為4.43MHz。
@Batperson-感嘆。因此,您使用了不同的部分,但它沒有按預期工作。請閱讀晶體管的答案。
在繪製原理圖時,@WhatRoughBeast S / he替換了不同的部分*,因為邏輯示意圖生成器沒有其實際使用的部分,也沒有通用的部分。
看來我這樣做造成了混亂,我的糟糕。原理圖已更正。
@Batperson好的,謝謝您的幫助。我將在這裡發表評論,因為我還沒有足夠的代表來回答其他問題。如果示波器(和探頭)真正具有10MHz的帶寬,則基本的4.43MHz應該只被最小地衰減。如果查看源信號,示波器會顯示什麼顯示?在任何情況下,您為輸出顯示的顯示(假設電路正在工作)都表明您的測量序列的帶寬被限制為遠遠小於10MHz。偏移量與該情況一致-即偏移量為輸出擺幅的一半。
源信號看起來與輸出信號相似,但幅度較小,僅為0.3V p / p。
user
2017-11-06 17:25:53 UTC
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正如其他人所指出的,可能是由於示波器的額定頻率僅為10MHz。我想用一個簡單的,較少理論的術語解釋為什麼這是一個問題。

10MHz額定值意味著它可以顯示10MHz正弦波,並且衰減和失真最小。頻率額定值總是針對正弦波而不是方波。

要了解為什麼方波需要更多的帶寬來顯示,您必須了解頻率是由時間變化率決定的。因此,實際上,矩形波在扁平部件上的頻率非常低(接近DC或零),然後在從高到低或從低到高過渡時突然變成非常高的頻率。

如果您查看比較器的數據表,它將給出壓擺率。那是其輸出的最大變化率。它也取決於您的電路,但是對於本示例而言,假設它是1ns / V。輸出擺幅超過5V,耗時5ns。因此,方波過渡部分的頻率將為1 / 5ns,即200MHz。由於您的示波器只有10MHz,它將顯示類似您所看到的波形的波形,無法像方波一樣快速地上下擺動。

Peter Green
2017-11-06 23:28:18 UTC
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10 MHz帶寬會使信號變圓整,因此它看起來更像是正弦波而不是方波,並且可能還會引起一定程度的衰減,但這不能解釋為什麼信號比實際值小10倍。

這種行為的一個可能原因是為X1探針配置了示波器,但實際上使用了X10探針,但這也會影響DC偏移水平,您似乎說這是正確的。

因此,我得出結論,您的系統的帶寬必須明顯小於示波器上打印的10MHz。因此,要么您的示波器是由製造商製造的(我不知道這個品牌),要么您的探頭設置不適合高頻使用,或者被測電路有問題。

它不比應該的小10倍,我期望的是5V的峰值並看到2.5V左右。我認為我的示波器範圍是不可配置的(正如我所說的,這是預算),並且該探頭已設置為X1。但是共識似乎是該電路實際上正在工作,而我所看到的是由於我的示波器(或其配置)的限制。一旦有機會,我將嘗試使用人們在這裡提出的建議來確認這一點。


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