2. Устройства согласования работы цифровых устройств

К устройствам согласования работы цифровых устройств относятся преобразователи уровней и элементы с тремя выходными состояниями.

Преобразователи уровней используются для согласования работы цифровых устройств по напряжению и по току при применении в одном устройстве логических элементов разных серий (на полевых и биполярных транзисторах). Преобразование уровней напряжения требуется также в устройстве, если различные его части имеют разное напряжение питания.

Например, большинство КМОП ИС имеют малые выходные токи – выходы не могут быть нагружены даже на один вход ТТЛ-серии. Для согласования уровней выходных и входных напряжений и токов выпускаются дополнительные логические элементы, которые имеют входные цепи (рис. 3.74, а), отличающиеся от входных цепей всех остальных логических элементов (рис. 3.74, б). Так как во входных цепях таких логических элементов отсутствуют диоды защиты, подключенные к Uп, то на их входы можно подавать напряжение U_вх > Uп. Для обеспечения необходимого уровня выходного тока, позволяющего подключать к выходу несколько логических элементов ТТЛ-серии, логические элементы имеют выходной каскад с открытым стоком и подключенный к выходу резистор (рис. 3.74, в).

а) б) в)

Рис. 3.79. Входная цепь логического элемента КМОП, допускающего подавать на вход напряжение больше напряжения питания (а), входная цепь обычных логических элементов КМОП (б), схема повышения выходного тока логического элемента КМОП (в)

Рис. 3.80. Структурная схема цифрового устройства, работающего с общей шиной

Элементы (инверторы и повторители) с тремя выходными состояниями: логический 0, логическая 1 и состояние с бесконечным сопротивлением (практически разрыв) – используются при работе цифровых устройств через общую шину.

Через такие элементы к общей шине могут подключаться выходы нескольких цифровых устройств (рис. 3.75). В этом случае необходимо организовать поочередное подключение выходов устройств к общей шине для передачи в нее информации и соответствующий порядок подключения устройств, считывающих с нее информацию.

3. Устройства, согласующие работу элементов цифровой и аналоговой техники

   2. Цифроаналоговые преобразователи

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) осуществляют преобразование n-разрядного двоичного кода (n – количество цифровых входов ЦАП) в аналоговый сигнал, пропорциональный этому коду.

При построении ЦАП используют принцип получения токовых сигналов, пропорциональных каждому разряду кода. Затем токовые сигналы, соответствующие единицам заданного кода, суммируются и с помощью операционного усилителя преобразуются в напряжение (рис. 4.1).

Рис. 4.81. Преобразователь ток – напряжение на операционном усилителе

Величину токов с разными весовыми коэффициентами формируют с помощью наборов сопротивлений. Существует два распространенных способа получения пропорционального коду тока.

I. Первый способ использует сопротивления со значениями, кратными 2ⁱ, где i = 0…n-1; n – количество разрядов двоичного кода (рис. 4.2). Ключ замыкается тогда, когда на соответствующий разряд поступает логическая единица. Благодаря тому, что операционный усилитель с помощью резистора Rос охвачен петлей отрицательной обратной связи, узел суммирования остается под нулевым потенциалом, при этом исключается взаимное влияние составляющих токов при суммировании. Основным недостатком такой схемы является необходимость использования большого количества прецизионных резисторов разных номиналов. В то же время схема отличается простотой.

Рис. 4.82. ЦАП с сопротивлениями, кратными степени двойки

II. Второй способ использует два набора сопротивлений, величины которых отличаются в два раза: R и 2R (рис. 4.3). Работа матрицы R-2R основана на том, что выходное сопротивление любой отсекаемой от нее выходной части схемы, содержащей целое число R-2R звеньев, определяется параллельным соединением двух цепей, сопротивления каждой из которых равно 2R. Поясним это. Между узлом «a» матрицы и общей шиной параллельно включены два резистора 2R, поэтому выходное сопротивление матрицы относительно узла «a» равно R. Между узлом «b» и общей шиной схемы также параллельно включены резистор 2R и последовательно соединенные резистор R и выходное сопротивление матрицы относительно узла «a», равное R. Поэтому выходное сопротивление матрицы относительно узла «b» также равно R и т.д.

Рис. 4.83. ЦАП с резистивной матрицей R-2R