Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 39
Текст из файла (страница 39)
Сток верхнего транзистора с л-канвлом остается внутри схемы не присоединенным ни к чему, поэтому если сигнал на выходе не соответствует низкому уровню, то выход «разомкнут», как указано ва рис. 3.49(Ь). Иногда выходе открытым стоком обозначается подчеркнутым ромбом (рис. 3.49(с)1. Аналогичная структура имеется в семействах ТТЛ-схем; она называется «схемой с открытым коллектором» и описана в разделе 3.10.5. Ф'сс .. »,14.
бэ) А В 01 Дз Е (а) ой ой орви Е Н ой оп орел Н Е оп ой орел Н Н оп оп Рис. 3.49. КМОП-схема И-НЕ с открытым стоком; (а) принципиальная схема; (Ь) таблица, описывающая работу схемы (Е- низкий уровень, Н вЂ” высокий уровень; оп — открыт, о(( — закрыт; орел — разомкнут); (с) условное обозначение Схеме с открыты м стоком требуется внешний ладлтгиваюи(ий резистор (риП- ир г«айаг) для пассивного подтягивания (рагз(уе риП-ир) выхода к высокому уровню.
Например, парис. 3.50 показан КМОП-вентиль И-НЕ с открытым стоком с подтягиваощим резистором и с подключенной нагрузкой. для обеспечения максимального возможного быстродействия, подтягивающий резистор в схеме с открытым стоком должен быть как можно меньше; это минимизирует постоянную времени РС при переходе с низкого уровня на высо. кий (время нарастания).
Однако сопротивление подтягнвающего резистора не может быть сколь угодно малым; его минимальное значение определяется максимальнымм током у, который может втекать в схему с открытым стоком со стооьвэх' роны ее выхода. Например, у КМОП-схем серий НС и НСТ 7 „= 4 мА и сопротивление подтягивающего резистора не может быть меньше, чем 5 0 ги4 мА или 1,25 кОм. Так как эта величина на порядок больше, чем сопротивление «открытого» транзистора с р-каналом в обычном КМОП-»ентиле, переключение выходного напряже- 3.7.Другив варианты входных и выходных цепей КМОП-схем 161 ния с низкого уровня на высокий в случае вентиля с открытым стоком происходит медленнее, чем в случае обычного вентиля с активным подтягиванием. Предположим, например, что используется КМОП-вентиль с открытым стоком серии НС (рис.
3. 50) с сопротивлением подтягиваюшего резистора 1.5 кОм и емкостью нагрузки 100 пФ. В разделе 3.5.2 было показано, что при наличии на выходе низкого уровня выходное сопротивление КМОП-вентиля серии НС равно примерно 80 Ом, Таким образом, постоянная времеви при переходе с высокого уровня на низкий равна приблизительно 80 Ом . 100 пФ =- 8 нс, и время спада выходного сигнала составляет 8 нс. Однако для перехода с низкого уровня на высокий постоянная времени равняется примерно 1.5 кОм 100 пФ = 150 нс, н время нарастания составляет 150 нс. Таким образом, нарастание выходного напряжения происходит относительно медленно в противоположность значительно более быстрому спаду напряжения, как показано нарос. 3.51.
Один из приятелей автора называет такое медленное нарастание сигнала на выходе болотом 1оозе). +5В А В .".ио. 3.60. КМОП-вентиль И-НЕ с открытым стоком с подключенной нагрузкой. 'оот ва в.в в за в ов мо зоо вРемя 50~ НВ о и~ рис.3.61. НарастаниеиспаднапрнжениянавыходеКМОП-вентилясоткрытым стоком Так почему схемы с открытым стоком все же применяются? Несмотря на большое время нарастания, они могут быть полезны, по крайней мере, в трех случаях: для подключения светодиодов и других устройств, лля реализации монтажной логики и для создания шин с многими источниками сигналов.
11 Зек 2!57 162 Глава 3. Цифровые схемы '3.7.5. Подключение светодиодов Рис. 3.52. Подключение свето- диода к выходу вентиля с откры- тым стоком "сс светодиод =Олтн А ц'-:т.,'~,' в ~'-: Чтобы найти нужное сопротивление резистора й, необходимы следующие данные: 1. Ток светодиода уьяо, необходимый для получения желаемой яркости; для типичного светодиода эта величина составляет! 0 мА. 2. Падение напряжения на светодиоде в «открытом» состоянии 1'ьво, приблизительно равное 1.б В в типичном случае. 3. Напряжение на выходе вентиля с открытым стоком К „, в который втекает ток светодиода. В КМОП-схемах серий 74АС и 74АСТ значение К равно 0,37 В.
Если в выходную цепь вентиля втекает ток 7 н на выходе поддерживается напряжение меньшее, скажем, 0,2 В, то вычисляемое ниже сопротивление резистора оказывается немного меньше требуемого, но обычно это не причиняет вреда. Через светодиод потечет немного больший ток, чем 1, и он ьво' будет светиться чуть ярче, чем ожидалось. Схему с открытым стоком, можно использовать для включения светодиода, как показано на рис. 3.52, Если сигнал на входе А или В имеет низкий уровень, то соответствующий транзистор с и-каналом закрыт и светодиод погашен.
Когда на входы А и В одновременно подан высокий уровень, оба транзистора открыты, на выходе 2 сигнал имеет низкий уровень и светодиод светится. Сопротивление подтягивающего резистора л выбрано таким, чтобы во включенном состоянии через светодиод протекал надлежащий ток. Обычно для нормальной яркости свечения светодиодов требуется ток порядка 1О мА. У КМОП-схем серии НС и НСТ втекающий или вытекающий ток составляет 4 мА и они, как правило, не применяются для включения светодиодов. Однако у более совершенных КМОП-схем типа 74АС и 74АСТ втекающий ток достигает 24 мА и больше„и их можно эффективно использовать для включения светодиодов.
3.7. Другие варианты входных и выходных цепей КМОП-схеы 063 Используя перечисленные данные, можно записать следующее соотношение: )ОЬ + )7ЬЕ(Э + (3 ЬЕ(З 03) )7СС Принимая )7 = 5.0 В и беря приведенные выше типичные значения, можно найти требуемое значение )(: 0=-0 — — — и (30-037-3,630730 0=3030 и -Е -р А~ еп Заметьте, что для подключения светодиода необязательно использовать выход с открытым стоиэм. На рис. 3.53(а) показано, как подключить светодиод к выходу обыкновенного КМОП-вентиля И-НЕ. Если на обоих входах имеется высокий уровень, то нижние (и-канальные) транзисторы обеспечивают на выходе низкий уровень, как и в случае схемы с открытым стоком.
Если на любом из входов действует низкий уровень, то выходное напряжение имеет высокий уровень; при этом хотя бы один из верхних (р-канальных) транзисторов открыт и через светодиод ток не течет. Некоторые семейства КМОП-схем позволяют включать светодиод, когда на выходе имеется высокий уровень, как показано на рис. 3.53(Ь). Это возможно, если вытекающий ток достаточен для удовлетворения требованиям, предъявляемым светодиодом.
Однако последний вариант применяется не так часто как первый, потому что в большинстве случаев КМОП- и ТТЛ- схемы при наличии высокого уровня на выходе не могут давать такой же большой выходной ток, какой может втекать в них со стороны выхода прн низком уровне. (Ь) аиетадиад аае33диад рис. 3.53. Подключение светодиода к выходам обычных КМОП-схем: (а) светодиод светится, когда по нему течет ток, втекающий в схему при низком уровне :- а ее выходе; (Ь) светодиод светится, когда по нему течет ток, вытекающий из схемы при высоком уровне на ее выходе 164 Глава 3. Цифровью схемы СОПРОТИВЛЕНИЙ РЕЗИСТОРОВ В большинстве случаев точное значение сопротивления резистора, включаемого последовательно со светодиодом, несущественно, поскольку для получения одинаково воспринимаемой яркости у многих близких по параметрам светодиодов необходимы примерно одни и те же токи н сопротивления резисторов.
В примере данного раздела можно воспользоваться любым нз имеющихся в наличии резисторов с номинальными сопротивлениями 270, 300 или 330 Ом. "3.7.6. Шины с несколькими источниками сигналов Выходы с открытым стоком можно соединять вместе для того, чтобы позволить нескольким устройствам выдавать информацию иа общую шилу горел-й ат ьиз), но только одному из них в данный момент. В любой момент времени все выходы, подключенные к шине, кроме одного, находятся в состоянии, соответствующем высокому уровню (то есть в разомкнутом состоянии).
Остающийся выход либо поддерживает высокий уровень на шине, либо создает на шине низкий уровень в зависимости оттого, что требуется передать по шине: логическую! или логический О. Блок управления указывает конкретную схему„которой разрешается использовать шину в течение некоторого времени. Например, на рис.3.54 к общей шине подключены восемь выходов 2-входовых схем И-НЕ с открытым стоком.
На верхний вход каждого элемента И-НЕ поступает бит данных, а нижний вход является управляющим. В любой момент времени не более чем на одном управляющем входе присутствует высокий уровень, позволяя передать соответствующий бит данных по шине. (Фактически на шину попадает инверсное значение бита данных) Выходы других вентилей находятся в состоянии, соответствующем высокому уровню, то есть «разомкнуты», поэтому значение сигнала на шине определяется сигналом на входе данных того из вентилей, на управляющий вход которого подан сигнал разрешения. "~с зис.
3.54. Шина с подключенными к ней восемью схемами с открытым стоком "3.7.7. Монтажная логика 1одключая несколько выходов схем с откРытым стоком к одному резистору, со*,линяющему эти выходы с шивой питания, можно Реализовать так называемую зонтижнуюлогику(вй ей!огас) Мы получаем здесь логическую функцию И, так 3.7. Другие варианты входных и выходных цепей КМОП-схем 165 как высокий уровень возникает на объединенном выходе (в действительности, выходы всех схем будут при этом разомкнуты) только в том случае, югда все выходы отдельных вентилей находятся в состоянии, соответствующем высокому уровню; достаточно на любом из выхолов появиться низкому уровню, как объединенный выход также перейдет на низкий уровень Например, на рис. 3.55 показана реализация функции «но«татское И» (и !ге«!АИО) с тремя входами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
