Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения с К572ПВ1

Расчет и описание работы преобразователя уровней (ПУ)

Описание ПУ

Преобразователь уровней (ПУ) - специальная схема, преобразующая выходные сигналы цифровой ИС (интегральная схема) одного типа во входные сигналы цифровой ИС другого типа (Иногда ПУ называют транслятором уровней).

ПУ должен обеспечить преобразование выходного логического уровня одного элемента ЛЭ1 во входной логический уровень другого элемента ЛЭ2 с заданным коэффициентом разветвления n. (т.е. ПУ должен давать требуемый логический уровень для n элементов ЛЭ2, параллельно подключенных к выходу ПУ).

При проектировании микроэлектронной аппаратуры на цифровых интегральных микросхемах на практике возникает необходимость в совместном использовании цифровых ИМС (интегральные микросхемы) различных серий. Эти ИМС могут существенно различаться как конструктивно-технологическими, схемотехническими решениями, так и электрическим и параметрами, вследствие чего они не могут сопрягаться непосредственно. Использование ПУ позволяет обеспечить управление интегрального логического элемента (ЛЭ) одной серии интегральным логическим элементом другой серии, т.е. добиться электрического и временного сопряжения этих двух элементов.

Каждый ЛЭ характеризуется набором входных и выходных статических и динамических параметров. К статическим параметрам относятся: входные (Uвх) и выходные (Uвых) напряжения; уровни логической "1" (U1) и логического "0" (U0); входные и выходные токи ЛЭ в состояниях логического "0" и логической "1м по входу и выходу; Iн - ток нагрузки; Uп+ - допустимая положительная статическая помеха при уровне на выходе (помехозащищенность снизу) и Uп- - допустимая статическая помеха при уровне У на выходе (помехозащищённость сверху).

Средние значения этих параметров, пределы их изменений и их полярности у различных ЛЭ разные.

На рис.1 представлена обобщенная структурная схема согласования элементов ЛЭ1 и ЛЭ2 с различными типами логики и схемотехники. Основным элементом схемы согласования является преобразователь уровня ПУ. Входной П1 и выходной ПЗ каскады обеспечивают согласование выходов ЛЭ1 со входом П2 и выхода П2 с входом ЛЭ2. В отличие от логических элементов, у которых значения уровней входных и выходных сигналов, как правило, совпадают, у ПУ значения входных и выходных сигналов всегда различны. Это характерный признак ПУ. Поэтому простейшим способом обеспечения полного сопряжения уровней ЛЭ1 и ЛЭ2 является способ построения схемы, при котором входной каскад ПУ - П1 был реализован аналогично схеме выходного каскада ЛЭ1. Аналогично выходной каскад ПУ - ПЗ должен быть реализован по схеме входного каскада ЛЭ2. Чтобы обеспечить выполнение этих условий при таком способе построения ПУ необходимо одновременно использовать питающие напряжения как ЛЭ1, так и ЛЭ2. В практических случаях, когда ЛЭ1, ПУ, ЛЭ2 размещены на одной и той же плате или в одном корпусе микросхемы, схему ОУ можно упростить, исключив из нее каскады П1 или ПЗ или оба. В интегральном варианте ПУ может содержать все три каскада П1-П2-ПЗ, так как при этом ограничения на соединения между ПУ и цифровыми ИС с ЛЭ будут такими же, как для связей между цифровыми ИС в данной аппаратуре. Это в определенной степени облегчит конструирование электронных блоков аппаратуры.

Кроме обеспечения совместимости уровней сигналов ПУ должны удовлетворять специальным требованиям, например, таким как:

  • - сохранение преобразователем порогового уровня управляющего элемента ЛЭ1 и уровней токов элементов ЛЭ1 и ЛЭ2;
  • - обеспечение преобразования уровней с логической или без инверсии;
  • - обеспечение заданных требований по нагрузочной способности и параметрам быстродействия.

Обеспечение заданных требований по нагрузочной способности сводится к обеспечению преобразования выходного логического уровня элемента ЛЭ1 во входной логический уровень элемента ЛЭ2 с заданным коэффициентом разветвления n (т.е. ПУ должен давать требуемый логический уровень для n элементов ЛЭ2 параллельно подключенных к выходу ПУ).

Обеспечение заданных требований по параметрам быстродействия обычно сводится к тому, что ПУ не должен ухудшать быстродействие цифрового устройства, в котором он используется, т.е. задержка на переключение ПУ должна быть не больше задержки более медленного из элементов ЛЭ1 и ЛЭ2.

Можно сформулировать общие правила построения ПУ, пригодные для большинства возможных вариантов преобразователей уровня:

  • - преобразователи уровней проектируются для конкретных схем с обязательным учетом выходных характеристик и параметров управляющего элемента и входных характеристик и параметров управляемого элемента;
  • - перепад логических уровней управляющего элемента должен быть достаточным для надежного функционирования преобразователей уровней;
  • - преобразователь уровней должен обеспечивать необходимые динамические параметры с учетом емкостных и активных нагрузок.

По схемотехнической реализации основных логических функций цифровые ИМС, наиболее распространенные в настоящее время, подразделяются на следующие группы ИМС:

  • - ИМС транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ, ТТЛШ);
  • - ИМС эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ);
  • - ИМС на МДП-транзисторах (КМДП-логика, p-МДП-логика, n-МДП-логика);
  • - ИМС на элементах инжекционной логики (и2л).

Расчет преобразователя уровня (ПУ). Исходные данные

Согласуемые элементы, серии ИС: ТТЛ (К155) -» КМДП (К176).

Нагрузочная способность: 1

Частота переключения: 1

Температурный диапазон: -10 + 45 °С

Из справочника выбираем конкретные микросхемы серии К155 и К176:

К155ЛАЗ - два элемента 2И-НЕ; К176ЛА7 отличается от микросхемы

К155ЛАЗ только нумерацией выводов двух средних (по схеме) логических элементов 2 И - НЕ

Типовые статистические параметры используемых микросхем

Параметр

ТТЛ

КМДП

Е,В

5 ±5%

(5 + 9)±5%

и",В

0,4

0,3

и1,в

2,4+4,5

4,5 + 8,2

1'вх, мА

0,1

1,5*10""'

1"вх, мА

1,6

1,5*10"J

1'вых, мА

1

2,5

1°вых, мА

16

2,5

U„,b

0,6

1 + 3

Справочные данные для K155JIA3

Параметр

Е,В=5В±5%

Uu,B=0,4

Uu,B=0,4

U1,B=2,4

1'вх, MA=0,04

1"вх, MA=-1,6

I вых, mA=16

1ивых, mA=-0,4

Цп(Помех-ть)=0.9

Краз=10

Коэффициент разветвления по выходу (при работе элементов на аналогичные) КРАЗ =10, данные параметры обеспечиваются в диапазоне температур -10°С+...+45°С

Корпус ИМСК155ЛЛЗ

К155 Л A3 (четыре логических элемента 2И-НЕ)

Условное графическое обозначение

  • 1,2,4,5,9,10,12,13 - входы Х1-Х8; 3 - выход Y1;
  • 6 - выход Y2
  • 7 - общий
  • 8 - выход Y3
  • 11 - выход Y4
  • 14 - напряжение питания;

Справочные данные для К176ЛА7:

Параметр

Е,В=9В±5%

U",в=о,з

U'вых = 8,2В

I1bx, мА=0,1

10вх, мА=-0,1

11вых, мА=0,3

10вых, mA=0,3

Цп(Помех-ть)=0.9

Условное графическое обозначение

  • 1,2,4,5,9,10,12,13 - входы X1-X8;
  • 6 - выход Y1; 7 - общий;
  • 8 - выход Y2; 14 - напряжение питания;

К1 76ЛА7

В том случае, когда ставится задача спроектировать ПУ ТТЛ--»КМДП для расположенных на одной и той же плате конкретных ТТЛ ИС и КМДП ИС с заданной нагрузочной способностью ПУ, частотой переключения и температурным диапазоном работы ПУ, схема преобразователя может содержать только один биполярный транзистор VT и резисторы Re, RK (рис 6,7).

(рис 7)

 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Предыдущая   СОДЕРЖАНИЕ   Следующая >
 

СКАЧАТЬ ОРИГИНАЛ
Аналого-цифровой преобразователь последовательного приближения с К572ПВ1