Согласование уровней сигналов при сопряжении разнотипных элементов

Иногда в одних и тех же устройствах приходится по тем или иным сообра­жениям применять элементы разных схемотехнологических типов. Самая типичная ситуация – одновременное использование элементов КМОП и ТТЛ(Ш). Различие элементов требует рассмотрения их совместимости по уровням напряжений, токов, быстродействию и т. д.

Согласование элементов КМОП и ТТЛ(Ш) отличается простотой. Выход­ные уровни U₁ и U₀ элементов КМОП близки соответственно к уровню питания и нулевому уровню, отличаясь от них на несколько процентов (например, в серии КР1554 при напряжениях питания 3–5 В U₁ = Ucc–0,1 В, a U₀ = 0,1 В). При подключении к выходу элемента КМОП входов элементов ТТЛ(Ш) оказывается приемлемой прямая передача сигналов от элемента к элементу (рис. 12, а). При этом низкий нулевой уровень, по­ступающий от КМОП-элемента, оказывается более "хорошим", чем ана­логичный уровень, получаемый от "своего" элемента ТТЛ(Ш). Высокий уровень логической единицы у элементов КМОП близок к напряжению питания, а у элементов ТТЛ(Ш) этот уровень приблизительно вдвое меньше. Повышение уровня логической единицы благоприятно для по­вышения помехоустойчивости схемы, но может быть опасно с точки зре­ния возможности пробоя входных цепей. Если повышение уровня U₁ до­пустимо, то прямое управление элементом ТТЛ(Ш) от элемента КМОП вполне приемлемо. В частности, такое управление рекомендуется для из­вестных серий микросхем КР1533 и КР1554.

В сочетаниях элементов ТТЛ(Ш)–КМОП напряжение высокого уровня, формируемое выходным каскадом ТТЛ(Ш), обычно недостаточно для надле­жащего управления элементами КМОП, и должно быть увеличено. В типовой схеме сопряжения (рис. 12, б) это выполняется с помощью цепочки Ucc–R. На первый взгляд схема рис. 12, б может показаться странной, поскольку в ней дополнительная цепочка Ucc–R должна воздействовать на выходное на­пряжение элемента ТТЛ(Ш). Выходные сопротивления элементов малы, что позволяет им работать на большие нагрузки и не поддаваться внешним воз­действиям, жестко сохраняя выработанные сигналы. Поэтому, как правило, никакие сигналы на выходы элементов не подаются. Однако в рассматривае­мом случае ситуация иная. Типичная выходная цепь элемента ТТЛ(Ш) изо­бражена на рис. 12, в.

а б

в г

Рис. 12. Схемы согласования элементов КМОП и ТТЛ(Ш) (а, б) и пояснения к их работе (з, г)

При формировании высокого уровня напряжения транзистор Tl работает в схеме эмиттерного повторителя и создает малое выходное сопротивление для тока, вытекающего из выходной цепи. Ток, втекающий извне в выходной электрод, напротив, встречает чрезвычайно высокое сопротивление запер­того транзистора Т2 и сопротивление обратно включенного диода D. Такая резкая асимметрия выходных сопротивлений каскада для вытекающего тока (обычного рабочего режима) и втекающего, создаваемого цепочкой Ucc–R' позволяет этой цепочке определять напряжение в линии связи между эле­ментами, задавая уровень Ub приблизительно равный Ucc, что и требуется Для элемента КМОП (рис. 12, г). Рекомендуемые для сопряжения элемен­тов серий КР1533 и КР1554 значения сопротивления резистора равны при­близительно 5 кОм.