Электроника:Цифровая электроника/Логические вентили/Специальные выходы в вентилях

Материал из Онлайн справочника
Перейти к навигацииПерейти к поиску

Перевод: Макаров В. (valemak) Контакты:</br>* Habr: @vakemak</br>* Сайт: www.valemak.com</br>Перевёл статей: 648.
Проверка/Оформление/Редактирование: Мякишев Е.А.


Специальные выходы в вентилях[1]

Дополнительные выходы в вентилях

Иногда имеет смысл, когда логический вентиль обеспечивает одновременно как инвертированные, так и неинвертированные выходы. Например, это может быть вентиль с единственным входом, при этом логический элемент одновременно является как буфером, так и инвертором, и для каждой функции есть свой выход.

Или это может быть двухвходовый вентиль, который обеспечивает одновременно функции И и И-НЕ в одной схеме. Подобные вентили бывают, это так называемые вентили с дополнительными выходами. Ещё в ходу название дополненные вентили.

Символические обозначения дополненных вентилей следуют единому стандарту – это основной символ вентиля, который «упирается» в полоску, из которой исходят две линии. Вот несколько примеров стандартных вентилей с дополнительными выходами:

Рис. 1. Дополненные вентили, обеспечивающие как инвертированные, так и неинвертированные выходы.
Рис. 1. Дополненные вентили, обеспечивающие как инвертированные, так и неинвертированные выходы.

Использование дополнительных выходов в вентилях

Дополненные вентили особенно полезны в «тесных» схемах, где наблюдается недостаток физического места для установки дополнительных компонентов интегральной схемы, необходимых для обеспечения как инвертированных, так и неинвертированных выходов с использованием стандартных вентилей и дополнительных инверторов. Они также полезны в приложениях, где необходим дополнительный выход от вентиля, но добавление отдельного инвертора приведёт к нежелательному запаздыванию инвертированного выхода по сравнению с неинвертированным выходом.

При этом дополненные вентили так устроены, что как инвертированные, так и неинвертированные выходы изменяют состояние практически одновременно:

Рис. 2. Внутреннее устройство дополненных вентилей таково, что и инвертированные, и неинвертированные выходы изменяют состояние почти в одно и то же время.
Рис. 2. Внутреннее устройство дополненных вентилей таково, что и инвертированные, и неинвертированные выходы изменяют состояние почти в одно и то же время.

Вентили с тремя состояниями выходов

Есть ещё один специальный тип выхода вентиля – выход с тремя состояниями, обеспечивающий три различных режима вывода: потребление тока («низкий» логический уровень), источник тока («высокий» логический уровень) и плавающий («высокий Z» или «высокоомный»). Выходы с тремя состояниями обычно находятся в качестве дополнительной функции на буферных вентилях. Такие вентили требуют дополнительный вход для управления режимом «высокий Z», ещё этот вход обычно называют разрешающим входом или просто разрешением.

Рис. 3. Буферный вентиль с тремя состояниями выхода.
Рис. 3. Буферный вентиль с тремя состояниями выхода.

Когда разрешающий вход находится на «высоком уровне» (1), вентиль действует как обычный буфер с выходным столбовым каскадом: он способен как обеспечивать, так и потреблять ток. Однако выход «плавает» (переходит в режим «высокий Z»), если когда-либо разрешающий вход заземляется (устанавливается «низкий» логический уровень), независимо от логического уровня сигнала входных данных.

Другими словами, установка разрешающего входа в «низкое» состояние (0) эффективно отключает вентиль от того, к чему подключен его выход, в результате чего не будет никакого эффекта, независимо от того, что подано на основной вход.

Схемное обозначение и таблица истинности буферов с тремя состояниями выхода

Буферы с тремя состояниями выхода отмечаются на электрических схемах с помощью треугольника, находящегося внутри основного символа вентиля:

Рис. 4. Треугольник внутри основного символа вентиля указывает, что для выхода возможны не два, а три состояния.
Рис. 4. Треугольник внутри основного символа вентиля указывает, что для выхода возможны не два, а три состояния.

Работа с буфером с тремя состояниями выхода, где вход разрешения инвертирован

Буферы с тремя состояниями выхода можно реализовать с инвертированным входом разрешения. Такой вентиль работает в обычном режиме, когда разрешающий вход «низкий» (0), или же переходит в выходной режим «высокий Z», когда вход разрешения «высокий» (1):

Рис. 5. Буферы с тремя состояниями могут иметь инвертированный вход разрешения.
Рис. 5. Буферы с тремя состояниями могут иметь инвертированный вход разрешения.

Двухпозиционный переключатель

Один особый тип затвора, известный как двухпозиционный переключатель, использует управляемые затвором MOSFET-транзисторы, действующие как переключатели включения/выключения электрических сигналов, аналоговых или цифровых. Сопротивление «Вкл.» такого переключателя находится в пределах нескольких сотен Ом, сопротивление «Выкл.» - в пределах нескольких сотен МОм (т.е. в миллионы раз больше).

Двухпозиционные переключатели изображаются на схемах как SPST-переключатели (от англ. Single Pole, Single Throw – что переводится как Один полюс, одно направление), заключённые внутри прямоугольника. К одной из длинных сторон прямоугольника подведён вывод управления:

Рис. 6. На схеме двухпозиционный SPST-переключатель ограничен прямоугольником, к одной из его длинных сторон подведён вывод управления.
Рис. 6. На схеме двухпозиционный SPST-переключатель ограничен прямоугольником, к одной из его длинных сторон подведён вывод управления.

Двухпозиционный переключатель лучше всего представить как твердотельную (полупроводниковую) версию электромеханического реле: управляемый сигналом переключающий контакт, который может использоваться для передачи практически любого типа электрического сигнала. Конечно, поскольку двухпозиционный переключатель является твердотельным, он не имеет нежелательных характеристик электромеханических реле, как-то: «подрагивание» контактов, искрение, низкая скорость, чувствительность к механической вибрации.

И наоборот, их токопроводящая способность довольно ограничена. Кроме того, сигнал, передаваемый «контактом», не должен превышать напряжения «шины» источника питания, питающего схему двухпозиционного переключателя.

Для примера приведём популярную интегральную схемы модели «4066», внутри которой размещены четыре двухпозиционных переключателя:

Рис. 7. Четыре двухпозиционных переключателя заключены внутри популярной интегральной схемы модели «4066».
Рис. 7. Четыре двухпозиционных переключателя заключены внутри популярной интегральной схемы модели «4066».

Итог

  • Дополненные вентили (вентили с дополнительными выходами) обеспечивают как инвертированные, так и неинвертированные выходные сигналы таким образом, что ни один из них не задерживается относительно другого.
  • Вентили с тремя состояниями выхода, как видно из их названия, обеспечивают не два, а три различных состояния вывода: высокий, низкий и «плавающий» («высокое Z»). Такие вентили переводятся в режимы выхода с высоким импедансом с помощью отдельной входа, называемого входом разрешения.
  • Двухпозиционные переключатели представляют собой MOSFET-схемы, обеспечивающие включение/выключение различных типов электрических сигналов (аналоговых и цифровых), управляемых сигналами напряжения логического уровня. По сути, это твердотельные реле с очень низкой способностью выдерживать ток.

См.также

Внешние ссылки