034.Элемент с тремя состояниями выхода (Ответы на экзаменационные билеты (МСТ))

Элемент с тремя состояниями выхода

На рис. 2.9, а в условном виде показана упрощенная электрическая схема элемента с тремя состояниями выхода (3-state output, Z-буфер). Иногда называют неверно: с тремя устойчивыми состояниями. Когда на входе элемента, обозначенном Z, уровень НИЗКИЙ, то транзистор VT3 заперт и не влияет на работу схемы элемента, выполняющего обычным образом операцию И-НЕ. Если сигнал Z имеет высокий уровень, то низкий уровень коллектора открытого транзистора VT3 передается через диоды на базы выходных транзисторов VT1 и VT2 и запирает их оба. В результате связь логической части элемента с его выходом разрывается, элемент со стороны выхода приобретает высокий импеданс (high impedance). Уровень потенциала на выходе уже не определен (плавающий потенциал — floating level). Он может быть любым в зависимости от соотношения токов утечки транзисторов VT1 и VT2, но такое состояние потенциала в качестве значения входного сигнала не используется. Третье состояние выхода в отличие от 1 и 0 обозначается Z. На рис. 2.9, б показано условное

Рис. 2.9. Элемент с тремя состояниями выхода

обозначение элемента с тремя состояниями выхода. Символ такого выхода — ромб с поперечной чертой. На рис. 2.9, в показан способ изображения 2-буфера на функциональных схемах, распространенный в переводной литературе. Таблица 2.2 иллюстрирует табличный способ задания работы элемента с тремя состояниями выхода.

2-буфер характеризуется задержками распространения двух трактов: логические входы — выход при 1=0 и вход — выход.

Элементы с тремя состояниями выхода разработаны специально для применения в качестве выходного управляемого буфера для подключения цифровых блоков к магистралям. Схема такой магистрали аналогична показанной на рис. 2.8, г, только в качестве элементов 2 использованы Z-буферы. Принцип обмена данными между устройствами такой же, как и по магистралям с открытым коллектором. Подключение магистрали к источнику питания через подтягивающий резистор не обязательно, так как Z-буфер задает на выходе и нижний, и верхний уровни сигнала.

Поскольку выходной каскад Z-буфера построен на основе двух последовательно включенных транзисторов, подача разрешающих сигналов на Z-входы сразу двух буферов магистрали недопустима: результат будет такой же, как и при объединении выходов двух обычных логических элементов.

Благодаря наличию в схеме на рис. 2.9, а транзистора VT1, быстро заряжающего паразитную емкость шины до высокого уровня, частотные свойства шины, управляемой буферами с тремя состояниями, выше, чем шины, управляемой буферами с открытым коллектором, или, при тех же частотных свойствах, меньше потребляемая мощность. Зато шина с открытым коллектором оказывается fool proof: она не боится ошибочного открытия сразу каких-либо и двух, и более выходных буферов. Подробнее прочесть о буферах и магистралях с тремя состояниями можно в [3] и другой литературе, посвященной микропроцессорам. Примеры буферов с тремя состояниями выхода или, как их еще называют, шинных драйверов — микросхемы К589АП16, К589АП26, K561J1H1.

Способ обмена с помощью магистралей помимо небольших затрат оборудования очень удобен для расширения системы, когда в процессе ее эксплуатации требуется подключение дополнительных устройств. Для этого достаточно подсоединить двунаправленные выводы этих устройств к шине данных, а выбирающие выводы — к адресной шине. Функцию элемента ИЛИ выполняет сам способ подключения, монтаж.