为什么该比较器不输出方波？

我有一个来自IC的4.43MHz正弦输出，我想将其转换为TTL方波以用作时钟。该信号的DC偏移约为2.5V，并且峰峰值之间的幅度约为0.5V。

我尝试使用带有该电路的TLV3501高速比较器将其转换为0-5V方波。

比较器似乎按预期工作：在RV1处于一个极端的情况下，SQ_OUT的输出为0V，在另一端为5V，大约在中间的一点，我看到了波形。但是，它具有DC偏移，看起来不像方波。

（以上为0.5V / div，DC偏移接近2V）。

数据表显示了从50MHz信号产生的方波，因此显然我在做错事。我使用的是面包板，但是IC在适配器上，而C1和C2焊接到了引脚上。我还尝试从面包板上断开SQ_OUT并测量引脚上的输出，但是看到了相同的结果。如何获得0-5V方波？

编辑

按照这里的建议，我向比较器提供范围从500hz到20000hz的信号，并偏移2.5VDC。我主要观察到了相同的结果：RV1处于一个极端，5V平坦，另一个为0V，介于约.5Vp / p的波形和约2.5V的偏移之间（偏移因RV1而异）。

我最接近预期的输出在5V处具有平坦的峰值，但仍未在0至5V之间摆动。

这似乎可以排除范围问题，因此它必须是电气环境（我正在使用面包板），否则可能是接线错误（我对此表示怀疑，但我肯定会进行三重和四重检查）。或可能是一个过时的芯片，这似乎也不太可能。

我想知道这些问题是否可能是一个因素：

• 我正在使用面包板（尽管SQ_OUT未连接到面包板）。
• 除示波器探头外，未连接任何负载。以前，当我为4.43MHz供电时，连接了一个负载（AD724上的时钟输入）。
• RV1（20K分压器）电阻太大吗？

编辑2

我相信我的问题是由电源噪声（未过滤的5V USB）引起的，并且由于面包板的杂散电容而加剧了问题。使用USB电源时，比较器似乎具有3种状态：0V时平坦化，5V时平坦化或输入电压。即使没有任何信号，也只有2.5VDC，就是这种情况。我猜“中间状态”是高频振荡。通过用电池为电路供电，我设法获得了预期的输出，而当我将它完全从实验板上移开时，我得到了最佳的结果。只有那时，我才得到没有“中间状态”的0V或5V扁平线。在面包板上并提供1000hz信号，我看到一个0-5V方波，在2.5V左右有一些曲折，表明输出不是干净的。我想我是否要继续使用该设备，必须将其放在自己的板上并过滤电源。感谢所有贡献者。

10 MHz示波器上升时间应为0.35 * 1000/10 = 35 nS。

在4.43 MHz处的半周期时间为500 / 4.43 = 113 nS，是示波器上升时间的3倍以上，显示示波器应该足以显示输出信号的全部偏移。但是，提供的示波器轨迹看起来超出了CR /上升时间。因此，首先要看的是输出负载，因为LM393数据表显示了输出灌电流的参数，所以我建议您首先尝试在+5 V和SQ_OUT之间使用4.7k上拉电阻。当正确输出干净的方波时，由于示波器的带宽限制，我希望示波器的输出波形类似于JonRB模拟的底部波形，尽管电压范围会有所不同。尽管示波器探头调整对于数字工作很重要-但我认为在这种情况下，它是一个红鲱鱼。

更新

在ovirt回答之后，@ Batperson在您的评论中表示您已替换了具有开放收集器输出的LM393，因此提出了上拉建议。但是，这是一条微不足道的电路，应该不难确定。首先提个建议。当出现问题时，您发现自己回答“应该”而不是“要做”-您需要进行检查，因为其中存在一些疑问。应该和实际发生的事情之间通常会有很大的差异。例如，该电路应产生方波输出。

您所描述的没有意义。您有一个0.5 Vp-p输入信号，该信号以+ 2.5V偏置到接地，并连接到比较器输入，并且您正在将比较器ref在gnd和+ 5V之间转换。一旦参考电压超过振荡器偏置电压加上大约0.25V，输出应在gnd附近趋于平坦。相反，一旦ref降至低于偏置负0.25V以下时，它应在+ 5V附近变平。例如，当ref超出输入信号范围时，输出应平坦。在对此进行调查之后，请将一个0.1uF的陶瓷C挂在ref与接地之间，靠近IC引脚，然后重试。接下来，用两个串联的10k R代替振荡器输入，并在gnd和+ 5V之间连接比较器输入，该比较器输入连接到中点。当参考电压通过中点时，寻找在Flatline + 5V和gnd之间变化的输出。

思考更多

@Batperson虽然还有更多，但我意识到您的范围跟踪没有意义。所示电路（除了-ve反馈以外）可以在中点附近具有输出偏置的唯一方法是使输出在+ 5V和gnd上花费相等的时间（所得电平为平均值）。这在您的示波器图片1和2中并不明显-它看起来应该是更多输入-几乎好像未连接接地IC gnd。我昨天建议的测试应有助于解决此问题。如果您用电压参考点和比例或频率为图片2和3加上标题，则可能会有所帮助，因为文本内容不清楚。也可能是面包板的图片。

这将是两件事之一，而且可能两者兼而有之：

1. 您使用的探头不合适，无论是频率还是补偿（探头侧面的小螺钉）。

   

2. 10 MHz示波器对于4.5 MHz信号太慢

这是方波到100次谐波（4.43 MHz基金）的累积：

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()

如果采集只能以10 MHz的频率进行采集，则贡献者将被衰减和相移，从而产生类似于您所看到的失真波形。

级联两个10MHz的“滤波器”（一个在探头中，一个在示波器的输入上）将使波形进一步失真，从而使信号更接近示波器上看到的信号。

0-5V方波的平均值为2.5V。如果您将示波器用作“平均输入”，它也会产生类似的波形并趋向于2.5V。我被PWM吸引住了很多次，只是看到一个非常奇怪的行走波形，只能发现有人弄乱了我的示波器并启用了“ 16sample平均值”

您应该意识到4.43 MHz方波的带宽比10 MHz大得多。

“适当的” 4.43 MHz方波将包含高达50 MHz或更高的频率。这是因为方波由频率的总和组成（与仅一个频率的正弦波相反，这就是EE经常使用它的原因）。

如果您有一个理想的4.43 MHz方波，但通过10 MHz带宽系统（如您的示波器）观察它，那么您会看到失真的三角波。您在这里看到的是什么。

再试一次，但频率要低10倍（甚至低100倍），然后看看会得到什么。

其他答案涵盖了您的示波器的带宽考虑因素等。

您说您正在使用TLV3501器件，但原理图电路与TI数据表TLV3501，TLV3502中显示的引脚配置不匹配 -例如，根据封装（SOIC或SOT-23），输出应在引脚6或引脚5上）。

原理图也未显示与“关断”引脚的连接，该引脚应连接到负电源-在这种情况下为“ GND”。

如果问题中提供的信息正确无误，则表明该设备未正确连接（除非您设法以链接数据表中未列出的包装形式找到该设备）。

正如其他人指出的，这可能是由于示波器的额定频率仅为10MHz。我想用一个简单的，较少理论的术语解释为什么这是一个问题。

10MHz额定值意味着它可以显示10MHz正弦波，并且衰减和失真最小。频率额定值总是针对正弦波而非方波给出。

要了解为什么方波需要更多的带宽来显示，您必须了解频率是由时间变化率决定的。因此，实际上，方波在扁平部件上的频率非常低（接近DC或零），然后在从高到低或从低到高过渡时突然变成非常高的频率。

如果您查看比较器的数据表，它将给出压摆率。那是其输出的最大变化率。它也取决于您的电路，但是对于此示例，假设它是1ns / V。输出将摆幅超过5V，耗时5ns。因此，方波过渡部分的频率将为1 / 5ns，即200MHz。由于示波器只有10MHz，它将显示类似您所看到的波形的波形，无法像方波一样快速地上下摆动。

10 MHz带宽会使信号变圆整，因此它看起来更像是正弦波而不是方波，并且可能还会引起一定的衰减，但这不能解释为什么信号比实际值小10倍。

造成这种现象的一个可能原因是为X1探针配置了示波器，但实际上使用了X10探针，但这也会影响DC偏移电平，您似乎说这是正确的。

因此，我得出结论，您的系统的带宽必须明显小于示波器上打印的10MHz。因此，或者您的示波器是由制造商制造的（我不知道这个品牌），或者您的探头设置不适合高频使用，或者被测电路存在问题。