Tondecoder 567

In diesem Artikel soll der Umgang mit verschiedenen Tondecoderchips, die vom NE567 abstammen, behandelt werden. Dieser Beitrag entstand im Rahmen des folgenden Forumsthreads: https://www.mikrocontroller.net/topic/582610#8018974. Dort finden sich noch weitere Hinweise. Es handelt sich um Work in Progress, im Zweifel hat immer das Datenblatt des Herstellers recht!

Vorgeschichte

Der NE567 wurde vermutlich Ende der 1960er Jahre vom Schweizer Hans R. Camenzind noch vor dem Kassenschlager 555 entwickelt, wie es aus dem Wikipediaartikel hervorgeht. Der NE567 und seine Derivate dienen der unter anderem zu folgenden Zwecken:

• Erkennung von Tonwählzeichen
• Aufbau eines Präzisionsoszillators
• Frequenzmonitoring und Kontrolle
• Ultraschall-Fernbedienungen
• Decodierung von Pagersignalen

Wie auch beim 555 gibt es zahlreiche Derivate, die sich insbesondere im empfohlenen Spannungsbereich, im Frequenzbereich und bei den Formeln zur Ermittlung der Werte für die betriebsbestimmenden Bauteile unterscheiden. Die Entwicklung dieser Bausteine ist inzwischen eingestellt. Etliche Hersteller haben auch die Produktion eingestellt und verkaufen nur noch Lagerbestände.

Überblick verfügbarer Varianten

Bezeichner	Hersteller	Datenblatt-Link	Mindest-spannung	Maximal-spannung	Beschreibung
LMC567	Texas Instruments	Texas Instruments	2V	9V
LMC567	National Semiconductor	Digikey	2V	9V	wurde von TI übernommen, aktuellere Datenblätter dann unter TI
NE567/SE567	Philips Semiconductor	Uni Ulm	4,75V	9V
LM567	Texas Instruments	Texas Instruments	4,75V	9V
BA1604	Rohm Semiconductor	Mouser	4,75V	9V
NJM567	JRC	Mouser	4,75V	9V
XR-567	EXAR	Bitsavers komplettes Datenbuch, Seite 57ff	4,75V	9V
KA567	Samsung	Jerzy Kazojć	4,75V	9V
DBL567	Daewoo Semiconductor	Ersin Elektronik	4,75V	9V

Pinout

Die Belegung der 8 Pins ist bei jedem der Bausteine identisch, auch wenn die Dimensionierung der frequenzbestimmenden Bauteile, die daran angeschlossen werden, variiert. In diesem Artikel werden die Kondensatoren, die in der Schaltung verwendet werden, nach der Pin-Nummer benannt, an der der jeweilige Kondensator angeschlossen ist. Die Nummerierung ist in verschiedenen Datenblättern und Beispielen im Netz teilweise abweichend.

Pin	Name	Typ	Beschreibung
1	OF-Cap	Input	Output Filter Kondensator
2	LF-Cap	Input	Loop Filter Kondensator
3	IN	Input	Signaleingang
4	Vcc	Input	Vcc
5	T-Cap	Input	Timing Kondensator für Oszillator
6	T-Res	Input	Timing Widerstand für Oszillator
7	GND	Input	GND
8	Out	Ouput	Ausgangssignal

Bemessung der Bauteile

Berechnung der Oszillatorfrequenz

Die Oszillatorfrequenz wird über den Kondensator an Pin 5 und den Widerstand zwischen Pin 5 und 6 bestimmt. Die Basisformel zur Berechnung der Oszillatorfrequenz lautet: [math]\displaystyle{ f_{0}=\frac{1}{C_{f}*R_{f}} }[/math]. Wenn man in diese Formel die SI-Einheiten eingibt, zeigt sich gleich die Richtigkeit dieser Formel: [math]\displaystyle{ \frac{1}{( m^{-2}*kg^{-1} *s^{4}*A^{2}) ( m^{2}*kg *s^{-3}*A^{-2} )}=\frac{1}{s} }[/math] Um Effekte der Chip-internen Komponenten auszugleichen, wird der Divisor bei den verschiedenen Chips mit einem Chip-spezifischen Faktor multipliziert. In manchen Datenblättern werden in den Formeln die Kapazitäts- und Widerstandswerte in etlichen Formeln auch in SI-Vorsilben eingegeben. Hier lauert die ein oder andere Falle. Nach aktueller Recherche schwingt der Oszillator bei allen Varianten mit der zu erkennenden Eingangsfrequenz. Lediglich beim LMC schwingt der Oszillator mit der doppelten Eingangsfrequenz. Die Kontrolle eines optimal eingestellten Oszillators erfolgt, während Pin3 (Eingangssignal) auf Masse gezogen wird. Ansonsten verändert sich die spannungsgesteuerte Frequenz durch das Eingangssignal. Dies gilt auch für einen offenen Eingang.

Bei den LMC-Varianten gilt dem Datenblatt nach, dass der frequenzbestimmende Widerstand an Pin 6 so groß als möglich sein soll, allerdings müssen bei sich daraus ergebenden Kondensatorwerten von unter 100pF mit dem Einfluss von Streukapazitäten der Schaltung gerechnet werden, die das Ergebnis verfälschen oder sogar zu Instabilitäten führen.

In den meisten Datenblättern der Nicht-LMC Varianten findet sich der Hinweis, dass der frequenzbestimmende Widerstand im Bereich von 2kΩ bis 20kΩ liegen soll. Dies führt zu deutlich größeren Kapazitätswerten, als bei den LMC Varianten, obwohl dort der Oszillator mit der doppelten Frequenz der zu erwartenden Eingangsfrequenz schwingt.

Wenn der Oszillator mit gänzlich abweichenden Werten schwingt, als sich durch die Berechnung nach dem Datenblatt ergeben hat, ist man u.U. einer Fälschung aufgesessen oder hat das falsche Datenblatt (Faktor!) ausgewählt. Eine einfache Kontrolle, ob man wirklich einen LMC vor sich hat, ist es, die Versorgungsspannung auf 3,3 oder noch weniger (bis hinunter zu 2V) zu reduzieren. Stoppt der Oszillator, so ist es mit hoher Wahrscheinlichkeit kein LMC. Feststellen, ob man einem Fake LMC aufgessesen ist: Oszillator schwingt nicht, wenn Vin deutlich unter 5V (z.B. 3,3V)

Bemessung des Loop-Filter Kondensators an Pin 2

Bemessung beim LMC567

Beim LMC wird der Wert für den Loop-Filter Kondensator über die Diagramme 2 und 4 des Datenblattes bestimmt.

Dazu wird entweder vom Effektivwert des Eingangssignalspannung ausgehend, in Diagramm 2 eine maximal mögliche Bandbreite ermittelt. Danach kann in Diagramm 4 für diese Bandbreite ein Wert ermittelt werden, aus dem sich in Abhängigkeit von der Frequenz der Wert des Kondensators in µF ermitteln lässt. Im hier rot markierten Beispiel läge dieser Wert bei ca. 900. Für eine Frequenz von 175Hz ergäbe sich dann ein Wert von [math]\displaystyle{ \frac{900}{175}=5,14\mu F }[/math]

Bemessung beim LM567 und seinen Verwandten

In den meisten Datenblättern der Klone vom NE567 findet sich eine ähnliche Grafik, die im Wertebereich auf den hellblau markierten Bereich reduziert ist. Der Wert für den Kondensator an Pin 1 ist dabei doppelt so hoch, wie der an Pin 2. Diese Regel findet sich auch explizit in den Datenblättern der NE567/LM567 kompatiblen Chips. Indirekt gilt diese Regel wohl auch für den LMC567. Denn im Kapitel 9.4.1 "Operation as LM567" findet sich der Hinweis, dass die Werte für die Kondensatoren an Pin 1 und Pin2 um den Faktor 8 reduziert werden müssen, um einen LM567 durch einen LMC zu ersetzen. Da nach dieser Reduktion die beiden Kondensatoren nun am LMC auch im Verhältnis 1:2 stehen, gilt diese Regel wohl auch für den LMC.

Unterschiede und Gemeinsamkeiten beim LMC567 und den NE567/LM567 kompatiblen Chips

Eigenschaft	NE567/LM567	LMC567
Versorgungsspannung	4,75V - 9V	2V - 9V
Spannung des Eingangssignals	-10V bis Vcc+0,5V; jedoch >= +/-20mV	Widerspruch in Kapitel 7.1: Nur Mindestspannung von 2V, keine Maximalspannung; nach Diagramm 2 mindestens ca. 30mV, Diagramm geht bis 300mV, nennt aber keine Obergrenze; ggf. Spannungen wie beim LM567 möglich, Kapitel 9.4.1 (Betrieb anstelle eines LM567) nennt hier keine Einschränkung wie z.B. bei den Kondensatoren oder dem Ausgangsstrom
Koppelung des Eingangssignals	Koppelkondensator zwingend wegen interner Biasspannung	Koppelkondensator nicht notwendig, wenn kein Gleichstromanteil vorliegt (Kapitel 9.3.2)
Ausgangsstrom	100mA	20mA (Kapitel 1); 30mA (Kapitel 7.1)
Oszillatorfrequenz	identisch mit zu erkennender Eingangsfrequenz	doppelt so hoch, wie die zu erkennende Eingangsfrequenz
Oszillatorwiderstand	2k bis 20k; entsprechend hohe Kapazitäten	kann bis in den MΩ-Bereich gehen, der Kondensator sollte jedoch nicht kleiner als 100pF sein, da sonst Streukapazitäten der Schaltung einen zu großen Einfluß gewinnen können

Weblinks

LM567 Tone Decoder IC Features, Datasheet and Applications LM567 Calculator Tool == Sonstiges