Как это приложение CD4013 должно работать?

Я пытаюсь устранить проблему в моем синтезаторе, синтезаторе ранних 80-х от Roland, который называется RS-09. Я только начинаю изучать логику и озадачен происходящим. В этом синтезаторе 4013 используется в качестве делителя частоты для разделения или не разделения триггерного сигнала от главного генератора на основе того, выбрал ли пользователь функцию, называемую «понижением октавы», с помощью переключателя. Выход Q 4013 затем передается в «генератор верхней октавы», который использует его для генерации 12 нот хроматической шкалы, из которых затем делаются все другие ноты. Сейчас он работает только в режиме «Октава вниз»; без выбора «Octave down» все клавиши просто производят шум. Вот крупный план этой части схемы. Вертикальная линия, обозначенная «10», соединяется с выключателем,

4013 настроен таким образом, чтобы «высокое» напряжение составляло 0 В, а «низкое» напряжение составляло -10 В (стрелка вниз обозначает питание -10 В). Когда выбрано «Octave down» и 4013 должен делиться, переключатель подает -10 В, который посылает немного меньше, чем -10 В на SET (вывод 8) через резистор 15 кОм; когда «Octave down» не выбран, 0V подключен к этому пути. В режиме пониженной октавы это -10 В также может проходить через диод D206 к СБРОСУ (вывод 10) (меньше 0,6-0,7 В от падения диода), а при сбросе и установке в низком состоянии триггер тактовый режим, реагирующий на триггерный сигнал от ведущего генератора. Кажется, это работает просто отлично. Если Q / подключен к D как есть, триггер также «двоично делит», и Q выводит прямоугольную волну с частотой 1/2 частоты запуска.

Моя проблема в том, что я не понимаю, что должно происходить, когда не выбрано «Octave down». Я не вижу, как это могло бы работать, и это не так. Это то, что я понимаю, но что-то должно быть не так:

~ 0 В на SET удерживает его в высоком состоянии, но не может пройти через D206 для СБРОСА, оставляя сброс открытым для получения его «инструкций» от генератора (прямой режим). Триггерный генератор начинает колебаться между +5 и -10 В, но диод зажимает его на 0 В, чтобы отрезать положительную часть, и затем отправляется в RESET [править: это не совсем то, что происходит на самом деле - см. Изображения осциллографа ниже]. Но с установленным на высоком уровне единственным возможным исходом для Q являются высокие состояния, когда генератор находится в своей нижней точке, посылающий ~ -10 В для сброса, когда Q высокий и Q / равен 0, и «запрещенное состояние» обоих Установите и сбросите значение высокого уровня, что приведет к тому, что значения Q и Q / будут высокими, когда осциллятор находится в верхней точке. Поэтому Q просто посылает постоянное «высокое напряжение» (в данном случае 0 В) с небольшим шумом. Это то, что я ожидал, и что я вижу, это делает. Измерения моего измерителя и осциллографа подтверждают, что это именно то, что происходит.

Как это должно работать? Что-то явно не так, как в моей интерпретации того, как она должна работать, так и в том, как на самом деле работает схема, но я столько раз ее просматривал и до сих пор не могу понять.

Ваша помощь очень ценится!

Изменить: я добавляю эти снимки осциллографа, показывая различные входы и выходы в настройке, которая не работает (более высокая октава). Я оставил вертикальное положение, где центр 0V, чтобы показать их относительное положение. Я на 0,5 В / дел. Я был удивлен, увидев, насколько отрицательный сигнал при сбросе и насколько мала амплитуда. Это немного отличается от того, что я думал, что я наблюдал раньше, и, по-видимому, «неправильно».

Выходной сигнал задающего генератора (где он поступает в CLOCK) также не является великолепно выглядящим сигналом триггера, и я понимаю, что 4013 требует хорошего триггера, но, похоже, он работает в тактовом режиме, так что, возможно, это не проблема.

Я знаю, что этот поток неактивен, но я подумал, что было бы хорошей идеей публиковать в любом случае, если это будет полезно для кого-то, работающего над старым синтезатором Roland с проблемами на основе 4013.

В частности, я работал над внутренними часами арпеджиатора на панели назначения клавиш Roland Jupiter-4 (Jupiter-4 был выпущен в том же году, что и RS-09). Рассматриваемая схема ниже:

Первоначально может показаться, что, если линия Set (вывод 6) первого триггера привязана высоко, то ни в коем случае 1Q (вывод 1) не будет отличаться от высокого, так что сигнал на CP5 будет быть зафиксированным на высоком уровне, решительно не пульсовая волна, показанная на диаграмме. И это действительно то, что происходит, если в схеме используется современный CD4013 с традиционным поведением Set / Reset (то есть, когда и Set, и Reset высоки, и Q, и Q / высоки). Однако, похоже, что не все 4013 ведут себя так.

Далее, в руководстве по обслуживанию Jupiter-4 Роланд указывает, что следует использовать TC4013 от Toshiba (в частности, TC4013BP, согласно спецификации):

Даже позже, в руководстве по обслуживанию, Roland предоставляет таблицу выводов и истинности для TC4013, и вот, TC4013 использует функцию Set / Reset, которая отличается от обычной CD4013. В частности, TC4013 ведет себя так, что, когда и Set, и Reset высоки, Q низок, а Q / высок; то есть Reset имеет приоритет над Set, поскольку эта таблица из руководства по обслуживанию указывает:

Именно это странное поведение Set / Reset является критическим для создания пульсовой волны на CP5 в схеме Юпитера-4 выше. Я полагаю, что проблемы на основе 4013 в синтезаторах Roland этой эпохи - такие как RS-09 в этой теме, а также проблемы «совместимости», выявленные в других местах для SH-101 - вероятно, проистекают из этого расхождения с традиционным CD4013 Set / Reset поведение. Роланд, очевидно, принял сомнительное дизайнерское решение, полагаясь на то, что производители чипов, вероятно, считали «недопустимой» конфигурацией Set / Reset ...

В любом случае Toshiba по-прежнему производит TC4013BP в 14-контактном DIP-корпусе , но из текущей таблицы данных видно, что Toshiba приняла традиционное поведение CD4013 Set / Reset безизменение суффикса детали. Я не могу найти никакой документации о том, когда произошло это изменение, но, судя по таблицам данных, которые я видел в Интернете, кажется, что это изменение в поведении было реализовано где-то до конца 1990-х годов. Это означает, что хотя старые TC4013 могут быть доступны, например, на eBay, я не знаю, как вы узнали бы, достаточно ли они стары, чтобы предшествовать этому изменению в функциональности. Вам, вероятно, потребуется протестировать чип на макете - завязать линии Set и Reset и посмотреть, как отреагирует выход Q - чтобы определить, можно ли использовать старый TC4013BP в синтезаторе Roland. И, насколько я знаю, ни один современный чип 4013 не демонстрирует такого странного поведения Set / Reset, которое требуется синтезаторам Roland этой эпохи.

В любом случае, я надеюсь, что это поможет лучше понять, что происходит с вашим RS-09 ...!

Вот симуляция того, как это должно работать. Объяснение ниже.

Обратите внимание, что IC204, главный тактовый делитель TC4013BP, как известно , выходит из строя на Roland RS-09. Вот запись, во время которой это не удалось.

Если тщательная перепайка IC204 с флюсом (чтобы убедиться, что это не просто паяное соединение с холодным припоем) не решает проблему, вы можете получить заменяющую микросхему здесь.

Вывод RESET IC204 поднимается через резистор R215 и подается от линии синхронизации через диод D205.

Когда часы становятся низкими, диод D205 проводит и сбрасывает RESET на низкий уровень. Когда часы становятся высокими, диод перестает проводить, и R215 медленно заряжает емкость контакта RESET. Через некоторое время напряжение на RESET достигает высокого порогового логического напряжения, и выход Q сбрасывается. Выход остается низким до следующего нарастающего фронта часов. Чистый эффект состоит в том, что выход переключается на той же частоте, что и часы.

Когда переключатель Octave-Down замкнут, RESET удерживается на низком уровне через диод D206. При низком RESET выход переключается на половину тактовой частоты, потому что$\overline Q$ выход привязан к D-входу.

Хорошо, я не уверен, считается ли это «ответом», потому что я не чувствую, что понимаю, почему это произошло, но я решил проблему с моим синтезатором, по крайней мере.

Наконец-то я получил рассматриваемый RS-09, заменив 4013 на тот, который я извлек из другого RS-09 (ради этого объяснения я назову его RS-09-2). Когда я вставил новый 4013 в RS-09-2, он также не работал. Переключив их обратно (и обратно) и вставив еще один новый 4013 в каждый на случай, если первый, с которым я тестировал, был плохим, я подтвердил, что оба RS-09 будут работать только с очень старым CD4013 в них. Я бы предположил, что все RS-09 такие. Я видел это в другой раз, когда схема, разработанная в 1980-х годах, не работала с новой CMOS IC. Ни в том, ни в другом случае в схеме не было объяснения, почему. Если посмотреть на схему в 2017 или 1982 году, у человека будет такая же реакция: да, это должно сработать. Но если вы вставите CMOS IC, сделанную в 1982 году, это сработает,

Я не очень доволен результатом, потому что вопрос «Почему ?!» все еще остается, но это так.

Я хотел бы поблагодарить всех, кто пытался помочь мне разобраться в этом!