*3.13.2. Входы, допускающие напряжение 5 в

На входы вентиля не всегда можно подавать напряжение, превышающее напряже­ние питания V_CC. Эта проблема возникает в том случае, если в системе применя­ются схемы как 5-вольтовых, так и 3.3-вольтовых логических семейств. Если, напри­мер, 5-вольтовые КМОП-схемы нагружены не сильно, то они вполне могут иметь на выходе 4.9 В, и даже при умеренной нагрузке КМОП- и ТТЛ-схемы обычно дают на выходе 4.0 В. Такие высокие напряжения могут «не понравиться» входам 3.3-вольтовых схем.

Максимальное напряжение Vlmax, которое можно подать на вход, указывается в разделе сообщаемых производителем справочных данных, озаглавленном «Пре-дельные значения». Для схем серии НС величина Vlmax равняется напряжению питания fcc Таким образом, если у схемы из этой серии напряжение питания равно 3.3 В, то на ее входы нельзя подавать сигналы с каких бы то ни было выходов 5-вольтовых ТТЛ- или КМОП-схем. С другой стороны, для схем серии VHC напряжение УЫгк равно 7 В; следовательно, схемы VHC с напряжением питания 3.3 В можно применять для преобразования выходных сигналов 5-вольтовых схем к уровням 3.3-вольтовых устройств для совместного использования с микропроцессорами, блоками памяти и другими устройствами в подсистемах с напряжением питания 3.3В.

Из рис. 3.86 видно, почему на одни входы можно подавать напряжение 5 В, а на другие нельзя. Как показано на рис. 3.86(а), входная цепь схем НС и НСТ, в действи­тельности, содержит два смещенных в обратном направлении фиксирующих диода (clamp diodes), которые мы прежде не показывали: один диод включен между каждым из входов и шиной питания V_CC, а другой - между входом и землей. Назна­чение этих диодов состоит в том, чтобы с помощью диода D1 шунтировать вход на землю, когда входной сигнал во время переходного процесса становится отрица­тельным, а с помощью диода D2 замыкать вход на шину питания, когда входной сигнал превышает напряжение питания V_CC. Такие кратковременные всплески могут происходить в результате отражений в линии передачи (см. параграф 11.4). Шунтирование входа на землю на время отрицательных выбросов напряжения или на шину питания V_CC на время положительных выбросов уменьшает амплиту­ду и длительность отраженных сигналов.

Р ис. 3.86. Входные цепи КМОП-схем: (а) семейство НС, не допускающее появ­ления на входе напряжения, равного 5 В; (b) семейство VHC, допускающее по­явление на входе напряжения, равного 5 В

С помощью диода D2 нельзя, конечно, отличить кратковременный положи­тельный выброс от превышения входным напряжением напряжения питания V в течение длительного времени. Следовательно, если выход 5-вольтовой схемы соединен с одним из таких входов, то у этого входа не будет очень большого сопро­тивления, которое обычно ассоциируется с входом КМОП-схемы. Вместо этого входное сопротивление схемы будет относительно малым, равным сопротивле­нию смещенного теперь в прямом направлении диода D2, подключенного к шине питания V_CC, по которому потечет большой ток.

На рис. 3-86(b) показан фрагмент КМОП-схемы, на вход которой можно пода­вать напряжение 5 В. Во входной цепи этой схемы просто отсутствует диод D2; благодаря диоду D1 сохраняется шунтирование входа при отрицательных выбро­сах напряжения. Такой вид имеет входная цепь в схемах VHC и АНС.

Структура входной цепи должна быть такой, как показано на рис. 3.86(b), но этого не достаточно, чтобы вход допускал подачу на него напряжения 5 В. Процесс изготовления микросхем должен включать создание транзисторов, способных выдерживать ббльшие напряжения, чем VQC. По этой причине в семействе VHC напряжение V ограничено величиной 7.0 В. В технологическом процессе изго­товления многих специализированных интегральных схем с напряжением питания 3.3 В нет возможности получить входы, допускающие напряжение 5 В, даже если есть желание отказаться от выгод, связанных с диодом D2, который шунтирует вход при положительных всплесках в линии передачи.