Приём цифровых логических сигналов в МК

March 15, 2011 by admin Комментировать »

Исторически, технологически и концептуально МК являются цифровыми приборами, следовательно, они должны уметь на равных общаться с себе подобными логическими микросхемами. На практике к МК чаще всего подключают цифровые микросхемы средней степени интеграции. Среди них можно условно выделить три поколения [3-34].

Первое поколение (Табл. 3.3) берёт начало от базовых ТТЛ-микросхем серии 74хх/54хх фирмы Texas Instruments. Дальнейшие модификации отличались от прародителя пониженным энергопотреблением, повышенным быстродействием, расширенной номенклатурой типовых элементов. По традиции в названиях новых микросхем были оставлены числа «74» (коммерческое применение) и «54» (военная техника), но с другими входящими буквами, например, 74LS, 74AS и т.д. Из КМОП-микросхем к первому поколению относятся серии 4000, 4000А.

Таблица 3.3. Параметры серий логических микросхем первого поколения

 

Второе поколение (Табл. 3.4) связывают с расцветом КМОП-технологии, когда удалось сделать первую серию микросхем 74НСхххх, совместимую с ТТЛ по функциональному назначению и цоколёвке выводов. Основное достоинство — сверхнизкое потребление тока в статике и высокое быстродействие в динамике. Дополнительными преимуществами являются широкий диапазон питающих напряжений и симметричность токов нагрузки.

Таблица 3.4, Параметры серий логических микросхем второго поколения

 

Третье поколение (Табл. 3.5) обязано своим появлениям крупным технологическим достижениям последнего десятилетия. Новые производственные допуски изготовления транзисторов и пониженное напряжение питания от 1.2… 1.4 до 2.7…3.6 В были заимствованы от современных СБИС, ПЛИС, МК.

Таблицей 3,5. Параметры серий логических микросхем третьего поколения

 

Что дальше? На очереди переход к четвёртому поколению логических микросхем, для которых нижний предел напряжения питания начинается с 0.9 В. Именно такие микросхемы идеально подходят для работы с гальваническими батареями, ведь они в начале эксплуатации имеют напряжение на зажимах 1.5… 1.6 В, а в конце — 0.9 В. В микроконтроллерной технике первым «сверхнизковольтным» МК широкого применения стал С8051F930 фирмы Silicon Laboratories.

На сегодняшний день в секторе микросхем стандартной логики второго и третьего поколения активно позиционируются фирмы: Texas Instruments, Fairchild, STMicroelectronics, ON Semiconductor, «Интеграл». Интересно отметить, что морально устаревшие микросхемы первого поколения всё ещё не сняты с производства и выпускаются небольшими партиями для дооснащения и ремонта.

Основной проблемой, с которой сталкивается разработчик при подключении стандартных логических элементов к МК, является сопряжение уровней. Необходимо, чтобы НИЗКИЙ и ВЫСОКИЙ уровни соответствовали допустимым для конкретного типа МК и не выходили за граничные пределы. От чего это зависит?

Во-первых, от серии подключаемой микросхемы — ТТЛ, МОП или КМОП.

Во-вторых, от питания, если оно разное у логической микросхемы и у МК.

В-третьих, от передаточной характеристики линии порта М К (обычная линейная зависимость или с характеристикой триггера Шмитта).

На Рис. 3.16, а…м показаны схемы сопряжения стандартных логических микросхем с МК по входу. Предполагается, что все линии портов МК примерно эквивалентны по электрическим параметрам обычным вентилям из КМОП-серий 74НС/74АС с триггерами Шмитта на входе.

 

а) сопряжение «КМОП — КМОП» производится напрямую (/?, = 0) или с антизвонным резистором R1 при больших частотах, расстояниях или помехах;

б) сопряжение «ТТЛ — КМОП» в случае, если ТТЛ-микросхема имеет выход с открытым коллектором. Чем меньше сопротивление резистора /?/, тем круче фронты сигнала;

в) триггер Шмитта DDI выполняет функцию преобразователя сигналов произвольной формы в импульсную последовательность. Подбором сопротивлений в делителе /?/, можно выставить ограничение сигнала, близкое к симметричному;

г) микросхема DDI подключается напрямую к МК и используется как делитель входной частоты 30… 120 МГц на 16 (возможно на 8; 4; 2 с других выводов/)/)/, соответственно, 12; 13; 14);

д) верхний и нижний элементы «4ИЛИ-НЕ» микросхемы DDI имеют отличающиеся друг от друга пороги срабатывания. Это связано с разным числом параллельно включённых входов, для линии «А» — один, для линии «В» — три. Если провести связь, как показано на схеме пунктиром, то можно программно измерить длительность фронта входного импульса по двум порогам;

е) сопряжение с КМОП-инвертором DDI, допускающим повышенную амплитуду на входе;

ж) сопряжение с КМОП-повторителем DDI, допускающим повышенную амплитуду на входе. Возможная замена микросхемы DDI — КР1561ПУ4;

з)     сопряжение «ТТЛ — КМОП» (стандартные вентили) производится с подтягивающим резистором /?/сопротивлением 1…10 кОм. Иногда резистор RI может отсутствовать, что проверяется экспериментально по устойчивости функционирования;

и)      конденсатор С/ укорачивает длительность входного сигнала, поскольку образуется дифференцирующая цепочка с внутренним «pull-up» резистором МК;

к) сопряжение «МОП — КМОП». Это может понадобиться при работе с устаревшей БИС DDI, которая питается от источника отрицательного напряжения;

л) согласование уровней на ключевом транзисторе VT1 при разных питаниях вентиля DDI и МК. В программе надо учесть дополнительную «транзисторную» инверсию сигнала;

м) сопряжение «ТТЛ — КМОП» {DDI и МК) производится через буферный КМОП-элемент DD2, имеющий входные пороги, совместимые с ТТЛ, а выходные логические уровни, совместимые с КМОП.

 

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты