Comment cette application CD4013 est-elle censée fonctionner?

J'essaie de résoudre un problème dans un synthétiseur que j'ai, un synthétiseur du début des années 80 de Roland appelé RS-09. Je commence tout juste à étudier la logique et je suis perplexe face à ce qui se passe. Dans ce synthétiseur, un 4013 est utilisé comme diviseur de fréquence pour diviser ou non un signal de déclenchement provenant d'un oscillateur maître selon que l'utilisateur a sélectionné une fonction appelée "Octave down" via un commutateur. La sortie Q du 4013 passe ensuite à un "générateur d'octave supérieur" qui l'utilise pour générer les 12 notes d'une gamme chromatique à partir de laquelle toutes les autres notes sont ensuite prises. Pour l'instant, cela ne fonctionne qu'en mode "Octave down"; sans "Octave down" sélectionné, toutes les touches produisent juste du bruit. Voici un gros plan de cette partie du schéma. La ligne verticale étiquetée "10" se connecte au commutateur,

Le 4013 est configuré de manière à ce que la tension "haute" soit 0V et la tension "basse" soit -10V (la flèche vers le bas correspond à l'alimentation -10V). Lorsque "Octave down" est sélectionné et que le 4013 est censé se diviser, le commutateur applique -10V qui envoie un peu moins que -10V à SET (broche 8) via la résistance de 15kohm; lorsque "Octave down" n'est pas sélectionné, 0V est connecté à ce chemin. En mode Octave down, ce -10 V peut également passer à travers la diode D206 pour RESET (broche 10) (moins 0,6-0,7 V de la chute de la diode) et avec une réinitialisation et un réglage maintenus à l'état bas, la bascule est en mode cadencé, répondant au signal de déclenchement de l'oscillateur maître. Cela semble fonctionner très bien. Avec Q / connecté à D tel quel, la bascule "divise également binaire" et Q émet une onde carrée à la moitié de la fréquence du déclencheur.

Mon problème est que je ne comprends pas ce qui est censé se produire lorsque "Octave down" n'est pas sélectionné. Je ne vois pas comment cela pourrait éventuellement fonctionner, et ce n'est pas le cas. C'est ce que je comprends, mais quelque chose doit être faux:

Le ~ 0 V à SET le maintient à l'état haut mais ne peut pas passer par D206 pour RESET, laissant la réinitialisation ouverte pour recevoir ses "instructions" de l'oscillateur (mode direct). L'oscillateur de déclenchement commence par osciller entre +5 et -10V mais la diode le fixe à 0V pour couper la partie positive et est ensuite envoyée à RESET [modifier: ce n'est pas tout à fait ce qui se passe réellement - voir les images de l'oscilloscope ci-dessous]. Mais avec l'ensemble maintenu haut, les seuls résultats possibles pour Q sont l'état haut lorsque l'oscillateur est à son point bas envoyant ~ -10 V à Reset, lorsque Q est haut et Q / est 0, et "l'état interdit" des deux Set et Reset étant élevés, ce qui conduit à la fois à Q et Q / à être élevés, lorsque l'oscillateur est à son point haut. Par conséquent, Q envoie juste une "haute tension" constante (0 V dans ce cas) avec un peu de bruit. C'est ce à quoi je m'attendais et ce que je vois faire. Mes mesures au mètre et à l'oscilloscope confirment que c'est ce qui se passe.

Comment est-ce censé fonctionner? Quelque chose cloche à la fois dans mon interprétation de la façon dont cela devrait fonctionner et dans la façon dont le circuit fonctionne réellement, mais je l'ai regardé tellement de fois et je ne peux toujours pas le comprendre.

Votre aide est très appréciée!

Edit: j'ajoute ces plans de l'oscilloscope montrant différentes entrées et sorties dans le réglage qui ne fonctionne pas (octave supérieure). J'ai quitté la position verticale où le centre est 0V pour montrer leurs positions relatives. Je suis sous 0,5 V / div. J'ai été surpris de voir à quel point la forme d'onde à Reset est négative et à quel point l'amplitude est petite. C'est un peu différent de ce que je pensais avoir observé auparavant et plus apparemment "incorrect".

La sortie de l'oscillateur maître (où il arrive à CLOCK) n'est pas non plus une forme d'onde de déclenchement magnifique, et je croyais que le 4013 nécessite un bon déclencheur, mais il semble fonctionner en mode cadencé, alors ce n'est peut-être pas un problème.

Je sais que ce fil est devenu dormant, mais j'ai pensé que ce serait une bonne idée de publier de toute façon au cas où il serait utile à quelqu'un travaillant sur un vieux synthé Roland avec des problèmes basés sur 4013.

Plus précisément, j'ai travaillé l'horloge d'arpégiateur interne sur la carte d'affectation des touches d'un Roland Jupiter-4 (le Jupiter-4 est sorti la même année que le RS-09). Le circuit en question est ci-dessous:

Initialement, il semblerait que, avec la ligne Set (broche 6) de la première bascule attachée haut, il n'y aurait aucun moyen que le 1Q (broche 1) soit autre chose que haut, de sorte que le signal au CP5 serait être fixé haut, décidément pas l'onde d'impulsion montrée dans le diagramme. Et c'est bien ce qui se passe si l'on utilise dans le circuit un CD4013 moderne avec le comportement Set / Reset conventionnel (c'est-à-dire que lorsque Set et Reset sont élevés, Q et Q / sont tous les deux élevés). Cependant, il semble que tous les 4013 ne se comportent pas de cette façon.

À savoir, plus loin dans le manuel de service Jupiter-4, Roland spécifie que le TC4013 de Toshiba doit être utilisé (en particulier, le TC4013BP, selon la nomenclature):

Encore plus loin dans le manuel de service, Roland fournit le tableau de brochage et de vérité pour le TC4013, et voilà, le TC4013 utilise une fonctionnalité Set / Reset qui diffère du CD4013 conventionnel. Plus précisément, le TC4013 se comporte de telle sorte que, lorsque Set et Reset sont élevés, Q est faible et Q / est élevé; c'est-à-dire que Reset a priorité sur Set, comme l'indique ce tableau du manuel de service:

C'est ce comportement étrange Set / Reset qui est essentiel pour produire l'onde d'impulsion à CP5 dans le circuit Jupiter-4 ci-dessus. Je crois que les problèmes basés sur 4013 dans les synthés Roland de cette époque - comme le RS-09 dans ce fil ainsi que les problèmes de "compatibilité" identifiés ailleurs pour le SH-101 - proviennent probablement de cette divergence par rapport au CD4013 Set / Reset conventionnel comportement. Roland a apparemment pris la décision de conception douteuse de s'appuyer sur ce que les fabricants de puces considéraient probablement comme une configuration Set / Reset "non autorisée" ...

En tout état de cause, Toshiba fabrique toujours le TC4013BP dans un boîtier DIP à 14 broches , mais il ressort de la fiche technique actuelle que Toshiba a adopté le comportement Set / Reset CD4013 conventionnel, sanschanger le suffixe de la pièce. Je ne trouve aucune documentation sur le moment où ce changement s'est produit, mais, à en juger par les fiches techniques que j'ai vues sur le Web, il semble que ce changement de comportement a été mis en œuvre avant la fin des années 1990. Cela signifie que, alors que les anciens TC4013 pourraient être disponibles sur, disons, eBay, je ne sais pas comment vous sauriez s'ils seraient assez vieux pour précéder ce changement de fonctionnalité. Vous auriez probablement besoin de tester la puce sur une maquette - en liant les lignes Set et Reset à un niveau élevé et en voyant comment la sortie Q réagit - pour pouvoir déterminer si un ancien TC4013BP est utilisable dans un synthétiseur Roland. Et, pour autant que je sache, aucune puce 4013 moderne ne présente ce comportement étrange Set / Reset requis par les synthés Roland de cette époque.

Quoi qu'il en soit, j'espère que cela vous aidera à mieux comprendre ce qui se passe avec votre RS-09 ...!

Voici une simulation de la façon dont cela devrait fonctionner. Explication ci-dessous.

Notez que IC204, le diviseur d'horloge maître TC4013BP, est connu pour échouer sur le Roland RS-09. Voici un enregistrement au cours duquel il a échoué.

Si une resouder soigneusement IC204 avec du flux (pour s'assurer qu'il ne s'agit pas seulement d'un joint de soudure à froid) ne résout pas le problème, vous pouvez obtenir un IC de remplacement ici.

La broche RESET de IC204 est tirée vers le haut via la résistance R215 et entraînée depuis la ligne d'horloge à travers la diode D205.

Lorsque l'horloge devient basse, la diode D205 conduit et tire RESET bas. Lorsque l'horloge est élevée, la diode cesse de conduire et R215 charge lentement la capacité de la broche RESET. Après un certain temps, la tension sur RESET atteint la tension de seuil haut logique et la sortie Q est réinitialisée. La sortie reste faible jusqu'au prochain front d'horloge montant. L'effet net est que la sortie bascule à la même fréquence que l'horloge.

Lorsque le commutateur Octave-Down est fermé, RESET est maintenu bas via la diode D206. Avec RESET low, la sortie bascule à la moitié de la fréquence d'horloge car le$\overline Q$ la sortie est liée à l'entrée D.

OK, je ne sais pas si cela compte comme une "réponse" car je n'ai pas l'impression de comprendre pourquoi cela s'est produit, mais j'ai au moins résolu le problème de mon synthétiseur.

J'ai finalement réussi à faire fonctionner le RS-09 en question en remplaçant le 4013 par un que j'ai retiré d'un autre RS-09 (je l'appellerai RS-09-2 pour cette explication). Quand j'ai mis un nouveau 4013 dans RS-09-2, ça n'a PAS marché non plus. En les commutant en arrière (et en arrière) et en mettant un autre tout nouveau 4013 dans chacun au cas où le premier que j'ai testé était mauvais, j'ai confirmé que les deux RS-09 ne fonctionneraient qu'avec un très vieux CD4013. Je suppose que tous les RS-09 sont de cette façon. J'ai vu cela se produire une autre fois, où un circuit conçu dans les années 1980 ne fonctionnera pas avec un nouveau circuit intégré CMOS. Dans aucun des deux cas, rien sur le circuit ne permettait d'expliquer pourquoi. En regardant le schéma en 2017 ou 1982, une personne aurait la même réaction: oui, cela devrait fonctionner. Mais si vous mettez un IC CMOS fabriqué en 1982, cela fonctionne,

Je ne suis pas vraiment satisfait du résultat car la question "Pourquoi?!" reste toujours, mais il est là.

Je tiens à remercier tous ceux qui ont essayé de m'aider à comprendre cela!