Чижма С.Н. - Основы схемотехники 2008 (1055377), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Преобразователи уровня используются для согласования входных и выходных сигналов по нв-,,г," „"; пряжению н току нри построении цифровых устройств на различных логи ~ее кнх элементах. Логические элементы, в зависимости от элементной базы, на которой они построены, имеют разные напряжения питания и разные значения входных ',,к;,.:: 292 ; я сигналов. Кроме того, однотипные микросхемы могут допускать - и.-:„~рвпизйн а"~ряжение питания, н при таком их использовании в разных частях ФВФ'го ' ,еврейства также требуется согласование уровнеи ° „; - 'Раук;.для микросхем транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ), кото ;; -'» --.'~:~~ух!5оеиы на биполярных транзисторах, уровень логического 0 входного '-„,-, ~~~Мига'< 0,8 В, уровень логического 0 выходного напряжения < 0,4 В, ":-!~! ~„','йь",логической 1 входного напряжения > 2,4 В, а уровень логической 1 -'- и~э)р1пго напряжения > 2,8 В.
Напряжение питания ТТЛ равно 5В. .и -., Дни микросхем, построенных на полевых транзисторах (КМОП), напр- ..' ':-"я~~йцмтаиияЕпягобыч лежит в пределах от 5 до 15 В, а уровень логичес'.:.ймим!'.":.й"вхподиого напряжения — 0,2 Епю, уровень логического 0 выходного ;.;.!~~фрвйкейия равен О В, уровень логической! входного напряжения > 0,8Еппп ;! "::„'апв)йзиинь ЛОГИЧЕСКОЙ 1 ВЫХОДНОГО НаПряжЕНИя раВЕН Еппг .;;.,' !1:, пороговое напряжение переключения для ТТЛ составляет 1,2 В, а для ;" ='ЙМ6Ф вЂ”.0,5 Еппг , -, Креметого, некоторые КМОП- элементы имеют малые выходные токи, по'".'':.вар)'мук ним нельзя подключать даже один вход ТТЛ даже при одинаковых Еппг Так,для согласования выходов КМОП элементов со входами ТТЛ можно ".
'818зймиеиять микросхемы к!76пУ1, к! 76пУ2, к176пУз, к561пУ4, кр1561пУ4 :;::; 'ДФ!йринпнпу функционирования они аналогичны друг другу, но имеют разное ':::::,йр)ксиг)входов и некоторые помимо преобразования еще осуществляют инвер,,::"и)3)й::'еигнава 1пУ1, пУ2). например, микросхема кР1561пУ4 (рис. 20.23 а) :::::-".'зя$йва:6 входОВ и выходов и позволяет при подаче на нее напряжения питания ;.-;":;5::"ф'-;й; йодключении ее входов к выходам КМОП вЂ” микросхем подключать к ' м ' „:;.~8ЙФ дрму из ее выходов от двух до восьми микросхем ТТЛ в зависимости от их ;,"-;: ~йе8)ртехнической реализации КР15б1ПУ4 Кбб!ПУ7 11 —, 1О 13 12 б Рис. 20.23.
ИМС: а — К Р1561ПУ4; б — К561 ПУ7 293 Для коммутации сигналов в цифровых устройствах, например, сигналов адреса, сигналов управления, подключения внешних устройств к системной шине данных в микропроцессорной системе, используются шинные форма. ',. ",'. рователи (шинные драйверы, буферные элементы). Реализуются они на логических элементах с повышенной нагрузе и!ои способностью, имеющих открытзяй выход (коллекторный или стоковыи) или три состояния выхода. Они могут быт как однонаправленные, так н двунаправленные (могут осуществлять передачу данных как со входов на выход, так и наоборот). Так, микросхема К555АП5 !рис20,24, а) представляет собой восемь бу ферных элементов„выходы которых имеют три состояния. Буферные элементы сформированы в две группы, каждая из кагорых имеет инверсный вход упрячете.
ния, Включение элементов каждой группы происходит при подаче на соответствующий вход управления Е или Е! логического нуля, переход в высокоимпедансное состояние осуществляется при подаче на эти входы логической единицы К555А!!б я 1 !! !! !з !7 !я !я !я !! !з Рис. 20.24. ИМС: а — К555АП5; б — К555АП6 294 Микросхема К555АП6 (рис. 20.24, б) представляет собой восемь зву- ",,":,,'!' направленных буферных элементов, все выводы которых имеют три состоя" ния, а также имеются два входа управления.
Логический нуль на входе Е разрешает включение буферных элементов, и если при этом на вход Т поляна '- '!:.;: логическая 1, то выводы А ! — А 8 являются входами, а выводы В! — В8 выхо* ',';.'::.''!.'. дами. При логическом 0 на входе Т выводы В! — ВВ являются входами. ,а выводы А! — А8 выходами. При логической 1 на входе Е все выводы перево пят ся в высокоимпедансное состояние. ГЛАВА 21 СОПРЯЖЕНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ Э'иектронные устройства, работающих как с аналоговыми, гак и с циф'='~-:."-"~иогигнвдаыи, имеют аналоговые входные и выходные блоки (усилители, т, '* кя ., '-~".;;~""".'."','~~~~итд.), АЦП н ЦАП и цифровые блоки.
Однако зачастую нет необходиь . '-''~ц'и)~йменять полный АЦН или ЦАп, достаточно связать дискретное устрой- 7-' '~реьоередственно с цифровой частью схемы. такими дискретными устрой;-; ',' "вами могут быть устройства цифрового ввода (переключатели. клавиатура, : „",~~к)эмпараторов и т. д.) и цифрового вывода (индикаторные лампы, реле) ;, „-'„и~вьотрим вопросы схемотехнических особенностей различных типов мик- ',',:„::~~', их сопряжения между собой и внешними устройствами.
Актуальным "-~"1~уфдГГгом-'также вопросы ввода и вывода цифровых сигналов на платы и во —;, ~увз1эихе приборы, а также способы их передачи по кабелю ИЛ. Соирижеиие логических КМОП и ТТЛ элементов ;;,ЯйрГда в одних и тех же устройствах приходится по тем или иным сооб-';:)эаэйрИИямпрнменять элементы разных схемотехнологических типов.
Наибо-;;-:-;.дй~ФюГо встречающаяся ситуация — одновременное использование элсмен!"":~й!ЮЛ,и КМОП. Так как ТТЛ и ТТЛШ близки по параметрам и схемотехни-',;;;, Фф„''''будом' рассматривать только ТТЛ, как представителя от этих обоих се,,.;;"'.Жйеквг Зйание входных и выходных характеристик логического семейства р:',.~.~3фч)гоудомэо Для организации любых взаимосвязей с внешним миром Входные н выходные характеристики элементов ТТЛ и КМОП.
Все циф",: ~~й))тч Фбгические семейства строятся таким образом, чтобы к выходу каждо :„,"",.~~';,Овдрмента можно было подключить большое число входов, принадлежащих ' -,„':;йФев)ввутам того же семейства Типичное значение коэффициента разветвления :'~";!;,:!~ФМФОду равно 10. Это означает, что к выходу, например, вентиля или григ;- ''-.„;:;"-~МЗнарушения технических требований можно подсоединить ! 0 входов ';""!:.",.',:. Другими словами, в обычной практике цифровых разработок можно об,":"'~фФ~Юбеэ каких-либо сведений, касающихся электрических свойст в исполь;::::::;;;!~~Х.кристапса. Это возможно до тех пор, пока схема состоит только из .' '~,,~~агфФоаХп)логических элементов одного и того же семейства и фактически не- ':,~'!~~~~~ФИМоднтся думать о том, что же в действительности происходит на по ги;:,'~®„всходах и выходах ''.".':-;:...,'Оудйако как только необходимо управлять цифровыми схемами при по- : -~:Виещннх сигналов, аналоговых или цифровых, или же использовать оь),"„.'-',*,'- 1' 295 в выходы цифровой логики для управления другими устройствами, придется выяснить, что в действительности потребляет логический вход и чем может нагружаться логический выход.
Кроме того, при объединении логических се ':!!: мейств надо знать схемотехнические свойства входов и выходов. Между микросхемамн возможны три возможных типа несовместимое. тн логических семейств: либо ИС-приемник управляется слишком высоким напряженнем, либо ИС-источник не обеспечивает достаточно высокое напра. жение, ко~орое достоверно распознаналось бы ИС-приемником как сигнал','.: ',."; высокого логического уровня, либо ИС-источник не может обеспечить необ .,'::::;-' ходимого тока для управления ИС-приемником.
Для то~ о чтобы восполъзоваться современными, все более доступнымй .::-:, ' БИС, выполненными по МОП-технологии, необходимо знать, каким образом' объединяются логические схемы различных типов. В последующих разделах подробно рассматриваются схемотехнические свойства логических входов и" ",'::; выходов и приводятся примеры сопряжения, как между разными логически.':,: ":,'- ми семейсэвами, так и между логическими устройствами и внешним миромг::.:,!~1 Входнзле характеристики, На рисунке 21,1 показаныважные хараюерис-; ':: тики входов ТТЛ и КМОП вЂ” зависимости входных токов от входных напряже- '- .,';:,, ний. По осн входного напряжения графики расширены за пределы диапазона, встречающегося в чисто цифровых схемах, так как при сопряжении схем зна-' ' ':.„; чения входных сигналов могут легко превысить напряжение питания.
Рис. 21.1. Входные характеристики логических элементов ТТЛ и КМОП Когда на вход элемента ТТЛ подается низкий уровень, он действу*-~ как источник тока заметной величины, а при высоком уровне — как нагрузка, потребляющая малый ток (до 40 мкА). Входной ток высокого уровня фактнчес ки представляет собой коллекторный ток кинверсного» выходного транзнсто ра Ъ'ТЗ (рис.
20.11). Для правильного управления входом элемента ТТЛ непер ходимо обеспечить отвод тока порядка 1 мА при уровне входного напряженна не более 0 4 В. Недопонимание этого условия часто приводит к неправильной работе элемента в интерфейсной схеме. 296 ф'::,,,; ~~ -: трицательных напряжений вход ТТЛ действует как фиксирующий = ".'-."' " Ф~цьочвиный наз - лю, ал я напряж» й выше" 5 В вход эьвивален ,.", втору С небольшим напряжением пробоя (несколько выше ь5,5 В) у: эементов КМОП отсутствует входной ток при входных напряжениях ;;.;:":- „„' ~~ще от 0 до Илиг(за исключением тока утечки). Для сигналов, превы:-;,;:,« '.~~1~идзтацазон напряжений питания, вход микросхемы представляет со 6.;:~".~',,'.~~~афиисирующих диода, один из которых подключен к положительному.
а.' йоточника, а второй — к земле (рис. 21.2) 1 :.,:-;:-~" ".д',,Ьтс. 21'.2. Модель КМОП вентиля для больших входных сигналов -'~:,-:,! .-' '- Жн входные диоды защищают элементы КМОП, которые крайне подвер;,".,:!~йтлояреждениям отстатическога электричества ;,'„,:=" -.',,2яиходиыехароктериствки. Выходная схема вентиля ТТЛ содержит и-р-п ';!;;,"":1~$$зйвтрр, включенный на землю, и п-р-п-повторитель, подключенный к шине '-;-'"";Ффй)С'т6коограничивающим резистором в коллекторной цспи, а иногда диодом, .;;".'«3~ЙМвньгм последовательно с эмиттером (рис. 20.10).
Когда один из транзисто ",'-,';:,~ЙЬ((сйщен,другой закрыт. В результате элемент ТТЛ может отводить на землю ;: =;; ~ФФФЬныйток (до 16 мА) при небольшом падении напряжения (насыщение), а ',:;"'~',„Маевкам уровне на выходе (около ' 3,5 В) может служить источником тока '.":".'-'"~~а;'нееколькнх мнллнампер. Схема выхода предназначена для управления "'-~й.рьЛ н имеет коэффициент разветвления по выходу 1О ",,;;:„:,:,-:-'::::,:— :Жиходная схема элемента КМОП представляет собой двухтактную пару ,":.~~МД$(рйентарных полсвых МОП-транзисторов, олин из которых открыт, адру.;-:,-'!,:-...":,;(заййвгт (рнс.
21.2). При малых токах выходная схема ведет себя как рези- '«-".:~":в нцскалько сотен Ом, подключенный к земле или к шине гглиг, а при ;-:,'.";.1$~фФ~гьй токах, для которых выходное напряжение приблизительно на 1В от .;:,'„; -... сл)кг Ивт, выход в известном смысле превращается в кисточник тока» -';~';;-".я;:„.;,,, Нидзе выходные характеристики представлены на рисунке 21.3 297 ивах В ея !вьи Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
