13.3.2. Выходной каскад с тремя устойчивыми состояниями
Существует категория ИС, способных принимать еще и третье высокоимпедансное состояние, при котором выходные транзисторы заперты сигналом управляющего входа. Выходное сопротивление запертых транзисторов велико, поэтому выход ИС полностью отключен от источника питания. При этом напряжение на выходе ИС определяется другими источниками сигнала, связанными с этим выходом.
Пример реализации выходного каскада КМОП ИС с тремя устойчивыми состояниями показан на рис. 13 .5, а. Для этого последовательно с транзисторами инвертора (рис. 13 .4, а) включают два комплементарных транзистора VT3, VT4, управляемых сигналом х1. Если ключи VT3, VT4 открыты, то выходной каскад действует подобно обычному, а если закрыты, то выход ИС переходит в высокоимпедансное состояние Z по отношению к обеим шинам питания. Таблица истинности такого каскада показана на рис. 13 .5, б.
При использовании ИС с тремя устойчивыми состояниями их выходы подключают к общей системной шине (рис. 13 .5, в). Управление ИС организуется так, что в любой момент времени выходы всех ИС, кроме одной, находятся в высокоимпедансном состоянии. Это позволяет по одной шине передавать в разных направлениях информацию от разных источников сигнала и сократить количество информационных магистралей.
Рис. 13.5. Выходной каскад ИС с тремя состояниями: схема (а); таблица истинности (б);
подключение ИС, имеющих состояние Z, к системной шине (в)
13.4. Сопряжение ис ттл и кмоп
В общем случае задача сопряжения ИС разных семейств состоит из двух компонентов: согласования по логическим уровням напряжений и согласования по току.
Сопряжение ИС КМОП→ТТЛ. При управлении ИС ТТЛ, ТТЛШ от КМОП питающихся от одного источника питания уровни логических напряжений обеспечиваются. Однако в этом случае для некоторых серий КМОП возникают проблемы согласования по току (табл. 13.2). Наихудшим согласованием по току обладает серия К561, за исключением ИС К561ЛН2, К561ПУ4, а наилучшим ИС – серии КР1554. Кроме того, серия КР1554 обеспечивает еще и полную функциональную взаимозаменяемость со всеми ИС семейства ТТЛ, что позволяет во многих случаях применять в разработках комбинации КМОП (КР1554) – ТТЛ. Другие ИС серии К561 можно согласовать с ТТЛ с помощью транзисторного ключа (рис. 13 .6, а).
Таблица 13.2. Согласование ИС КМОП→ТТЛ по току
ИС-передатчик |
Коэффициент разветвления по выходу |
||
К155 |
К555 |
КР1533 |
|
К561 |
0 |
0 |
1 |
К561ЛН2, К561ПУ4 |
2 |
9 |
16 |
КР1564 |
2 |
10 |
20 |
КР1554 |
15 |
66 |
120 |
Рис. 13.6. Сопряжение ИС:
КМОП→ТТЛ (а); ТТЛ→КМОП при одинаковом (б) и разном напряжении питания (в)
При напряжении питания ИС КМОП большем, чем напряжение питания ИС ТТЛ применяют специальные буферные ИС, например К561ЛН2. К564ПУ4, которые питаются от напряжения питания ИС ТТЛ. При этом на входы этих буферных ИС можно подавать повышенное напряжение, вплоть до 15В.
Сопряжение ИС ТТЛ→КМОП. Так как входные токи КМОП ИС очень малы, то согласование по току обеспечивается автоматически. Для согласования уровней напряжения при одном и том же напряжении питания применяют схему (рис. 13 .6, б). Сопротивление резистора R выбирают в пределах 2 .. 5 кОм в зависимости от серии ТТЛ.
Если сопрягаемые ИС питаются от источников с разными напряжениями питания, то применяют ИС ТТЛ с открытым коллекторным выходом (рис. 13 .6, в). Еще одним вариантом согласования может быть применение буферных ИС КМОП, которые питаются напряжением сопрягаемых ИС КМОП. Примером буферных ИС являются инвертор 564ПУ7 и преобразователь уровня (повторитель) 564ПУ8.