このコンパレータはなぜ方形波を出力しないのですか？

クロックとして使用するためにTTL矩形波に変換したいICから4.43MHzの正弦波出力があります。信号のDCオフセットは約2.5Vで、振幅はピーク間で約0.5Vです。

この回路でTLV3501高速コンパレータを使用して、これを0-5Vの方形波に変換しようとしました。

コンパレータは期待どおりに動作しているように見えます。RV1の一方の端でSQ_OUTの出力は0Vで、もう一方の端では5Vで、ほぼ中央のポイントで波形が表示されます。ただし、DCオフセットがあり、方形波のようには見えません。

（上記は0.5V / divで、DCオフセットはほぼ2Vです）。

データシートには、50MHzの信号から生成された方形波が示されているので、明らかに何か間違っています。ブレッドボードを使用していますが、ICはピンにはんだ付けされたC1とC2のアダプター上にあります。また、SQ_OUTをブレッドボードから切断し、ピンの出力を測定してみましたが、同じ結果が見られました。0-5Vの方形波を取得するにはどうすればよいですか？

編集

ここでの提案に従って、コンパレータに500hzから20000hzの範囲の信号を供給し、2.5VDCでオフセットしました。私はほとんど同じ結果を観察しました：RV1を一方の極、5Vのフラットライン、もう一方の極を0V、そして約.5Vp / pの波形と約2.5Vのオフセットの間に（オフセットはRV1によって異なります）。

予想される出力に最も近かったのは、5Vで平坦なピークでしたが、それでも0〜5Vの間でスイングしませんでした。

これはスコープの問題を除外しているように見えるので、電気環境（ブレッドボードを使用している）または間違って配線している必要があります（これは疑わしいですが、確実にトリプルチェックと4倍チェックを行います）。または、おそらくチップではない可能性もあります。

これらの問題が要因になるのではないかと思っています。

• ブレッドボードを使用しています（ただし、SQ_OUTはブレッドボードに接続されていません）。
• スコーププローブを除き、負荷は接続されていません。以前、4.43MHzを供給していたときに、負荷が接続されていました（AD724のクロック入力）。
• 20Kの分圧器であるRV1の抵抗は大きすぎますか？

編集2

私の問題はノイズの多い電源（フィルターなしの5V USB）が原因であり、ブレッドボードからの浮遊容量によって悪化したと考えています。USB電源では、コンパレータは3つの状態を持っているように見えました：0Vでのフラットライニング、5Vでのフラットライニング、または入力での電圧。これは、信号がなくても2.5VDCの場合でした。「中間状態」は高周波振動であったと推測しています。バッテリーから回路に電力を供給することで期待どおりの出力を得ることができ、ブレッドボードから完全に取り外したときに最良の結果が得られました。そのときだけ、「中間状態」のない0Vまたは5Vのフラットラインのみを取得しました。ブレッドボードに1000hzの信号を供給すると、2.5V付近にジグとザグがいくつかある0〜5Vの方形波が表示され、出力がクリーンでないことがわかります。このデバイスを使い続けたいと思うなら 独自のボードに配置し、電源をフィルタリングする必要があります。貢献してくれたすべての人に感謝します。

10 MHzスコープの立ち上がり時間は0.35 * 1000/10 = 35 nSである必要があります。

4.43 MHzでの半サイクル時間は500 / 4.43 = 113 nSであり、これはスコープの立ち上がり時間の3倍以上であり、出力信号の完全な偏位を表示するのに十分であることを示しています。ただし、提供されるスコープトレースは、これを超えて制限されたCR /立ち上がり時間に見えます。したがって、最初に確認することは出力負荷であり、LM393データシートに出力シンク電流のパラメーターが示されているため、最初の例では+5ボルトとSQ_OUTの間に4.7kプルアップ抵抗を試すことをお勧めします。きれいな方形波を正しく出力する場合、スコープの出力波形は、スコープの帯域幅の制限により、電圧スケールは異なりますが、JonRBによってシミュレートされた下部の波形と同様になると予想されます。スコーププローブの調整はデジタル作業にとって重要ですが、この例ではそれがニシンだと思います。

更新

ovirtの回答に続くコメントの@Batpersonは、オープンコレクター出力を備えたLM393を置き換えたと述べたため、プルアップの提案です。ただし、これは簡単な回路であり、簡単に釘付けすることはできません。最初のアドバイス。問題があり、自分が「すべき」ではなく「すべき」と答えた場合、疑わしい要素があるので確認する必要があります。shouldと実際に起こっていることの間には大きな違いがしばしばあります。たとえば、この回路は方形波出力を生成する必要があります。

あなたが説明することは意味をなしません。コンパレータ入力に接続されたグランドに+ 2.5Vでバイアスされた0.5 Vp-p入力信号があり、コンパレータのリファレンスをgndと+ 5Vの間でシフトしています。基準電圧が発振器バイアスに約0.25Vを加えた値を超えると、出力はgnd付近で平坦になります。逆に、refがバイアスから約0.25Vを下回ると、+ 5V付近で平坦になります。例えば、refが入力信号範囲の外にあるときはいつでも、出力はフラットラインになります。これを調査した後、refとICピンの近くのグランドとの間に0.1uFのセラミックCを掛けて、もう一度試してください。次に、発振器の入力を直列の2つの10k Rに置き換え、gndと+ 5Vの間に、中点に接続されたコンパレータ入力を接続します。refが中間点を通過するときに、フラットライン+ 5Vとgndの間で変化する出力を探します。

さらに考える

@Batpersonは、スコープトレースが意味をなさないことを理解しています。示された回路が中点近くで出力バイアスを持つことができる唯一の方法（-veフィードバック以外）は、出力が+ 5Vとgndで等しい時間を費やすことです（結果のレベルは平均です）。これは、スコープの写真1と2では明らかではありません-入力がどうあるべきかをよりよく見ます-まるでグランドIC gndが接続されていないかのようです。昨日提案したテストは、これを解決するのに役立つはずです。あなたのテキストから明確ではないので、電圧基準点とスケールまたは周波数で写真2と3にタイトルをつけたならば、それは役に立ちます。また、ブレッドボードの写真かもしれません。

それは2つのことの1つであり、おそらく両方ともあります：

1. 使用しているプローブは、周波数またはその補正（プローブの側面にある小さなネジ）が適切ではありません。

   

2. 10 MHzスコープは、4.5 MHz信号には遅すぎます

以下は、100次高調波（4.43 MHzファンド）までの矩形波の蓄積です。

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()

集録が10 MHzしか実行できない場合、寄与成分は減衰され、位相シフトされて、表示されている波形に似た歪んだ波形が生成されます。

2つの10MHz "フィルター"（プローブに1つ、スコープの入力に1つ）をカスケード接続すると、波形がさらに歪んで、スコープで見られる信号に近くなります。

0-5V方形波の平均は2.5Vです。スコープを「平均入力」として使用すると、同様の波形が生成され、2.5Vに向かう傾向があります。私は非常に奇妙な歩行波形を見るためだけにPWMを見て何度もキャッチされ、誰かが私のスコープを台無しにして、「16sample平均化」を有効にしていました。

4.43 MHzの方形波の帯域幅は10 MHzよりもはるかに大きいことに注意してください。

「適切な」4.43 MHzの方形波には、最大50 MHz以上の周波数が含まれます。これは、方形波が周波数の合計で構成されているためです（1つの周波数のみである正弦波とは対照的に、EEがそれを多く使用する理由です）。

理想的な4.43 MHzの方形波があり、10 MHz帯域幅システム（スコープなど）を通して見ると、歪んだ三角波が表示されます。これがここに表示されるものです。

10倍低い周波数（または100倍低い周波数）でもう一度試して、何が得られるかを確認してください。

他の回答は、スコープなどの帯域幅の考慮事項をカバーしています。

TLV3501デバイスを使用しているが、回路図回路がTIデータシートに示されているピン構成と一致しないと言う TLV3501、TLV3502にたとえば、出力はパッケージ（SOICまたはSOT-23に応じてピン6またはピン5 ）。

回路図には、負電源（この場合は「GND」）に接続する必要がある「シャットダウン」ピンへの接続も表示されません。

質問で提供された情報が正確な場合、デバイスが正しく接続されていないように見えます（リンクされたデータシートにリストされていないパッケージでデバイスを見つけられない限り）。

他の人が指摘しているように、オシロスコープの定格は10MHzのみである可能性があります。なぜそれが問題なのかを、より単純で理論的な用語で説明したいと思いました。

10MHzの定格は、最小の減衰と歪みで10MHzの正弦波を表示できることを意味します。周波数定格は、矩形波ではなく、正弦波に対して常に与えられます。

方形波を表示するためにより多くの帯域幅が必要な理由を理解するには、周波数は時間の経過に伴う変化率によって決定されることを理解する必要があります。したがって、実際には、方形波は平坦な部分では非常に低い周波数（DCまたはゼロに近い）であり、その後、高から低、または低から高に移行すると突然非常に高い周波数になります。

コンパレータのデータシートを見ると、スルーレートがわかります。それが出力の最大変化率です。回路にも依存しますが、この例のために、1ns / Vとしましょう。出力は5Vでスイングし、5nsかかります。したがって、方形波の遷移部分の周波数は1 / 5ns、つまり200MHzになります。スコープはわずか10MHzであるため、表示されている波形のようなものが表示され、方形波ほど速く上下にスイングすることはできません。

10 MHzの帯域幅は信号を四捨五入するため、方形波よりも正弦波のように見え、減衰も引き起こす可能性がありますが、信号が本来の10分の1である理由を説明していません。

このような動作の考えられる原因の1つは、スコープをX1プローブ用に構成しているが、実際にはX10プローブを使用していることですが、それはDCオフセットレベルにも影響します。

したがって、システムの帯域幅は、スコープに印刷されている10MHzよりもかなり小さい必要があると結論付けています。そのため、製造元がスコープを製造している（ブランドを認識していません）か、プローブのセットアップが高周波に適していないか、テスト対象の回路に何か問題があります。