Ošetření nevyužitých vstupů. Připojování vstupů

Transkript

1 Připojování vsupů Je nuné dodrže požadované napěťové úrovně vsupních signálů. Při věších vsupních proudech někerých logických obvodů (až i IL = m u SL) respekova aké omezení velikosi vniřního odporu zdroje signálu. Je řeba respekova minimální přípusnou srmos hran vsupního logického signálu (např. limi V/µs pro běžné obvody L a až V/s pro obvody s hyserezní převodní charakerisikou). Ošeření nevyužiých vsupů Plaí zásada neponecháva nevyužié vsupy logických obvodů L nepřipojené připojíme nevyužiý vsup na zdroj napěí definované úrovně L nebo H ak, aby nebyla narušena logická funkce ošeřovaného obvodu. U sandardních obvodů L se vsup vyhodnocuje jako by byl nasaven na úroveň H, ale má v omo případě velmi nízkou odolnos proi rušení. U požadavků na rychlos odezvy ěcho obvodů se může projevi zpoždění způsobené nabíjecím procesem, vázaným na paraziní kapaciu nepřipojeného vsupu (u obvodů L ns na každý nepřipojený vsup). V případě vsupů digiálních obvodů jde především o následující aplikační zásady: ošeření nevyužiých vsupů, připojování vsupů nevyužiých logických obvodů, přizpůsobování napěťových úrovní, zpracování signálů mechanických konaků logickými obvody. (< 5,5 V) + D ÍEJ NSV (< 5,5 V) { SN 79 D D L D D L O 7 D D D U Y = Obvody MOS - vysoká vsupní impedance (ypicky Ω) do nepřipojených vsupů se snadno indukuje rušivý signál. Nevyužié vsupy se připojují na U, na společný vodič nebo na použiý vsup, jinak výsup může mí nedefinovanou úroveň nebo se několikanásobně zvýší proudový odběr z napájecího zdroje. Volba kam připoji nevyužiý vsup není zcela libovolná - dá se jí ovlivni i zaížielnos výsupu obvodu. Připojením nevyužiých vsupů k použiým se pařičně zvěšuje proudová zaížielnos výsupu (zvěšuje i OH u členů NND a i OL u členů NO) z výsupu vícevsupových hradel lze budi i věší záěže. Připojování vsupů nevyužiých logických obvodů Pokud na desce s plošnými spoji zůsane nevyuži jeden nebo dokonce více logických členů je vhodné připoji vsupy ěcho nevyužiých obvodů na akovou úroveň, aby spořeba ěcho obvodů byla minimální. Např. hradlo L NND má proudovou spořebu asi m při výsupní úrovni H a spořebu asi 3 m při výsupní úrovni L je vhodné vsupy nevyužiých obvodů NND připoji na zem (ušeříme m na každý logický člen). U nevyužiých logických obvodů MOS jsou akové úvahy zbyečné. Vždy je alespoň jeden z řeězce spínacích ranzisorů zahrazen - obvodem eče jen neparný klidový proud a logické členy (pokud pracují) ve saickém režimu mají zanedbaelně malý příkon.

2 Přizpůsobování napěťových úrovní Vzájemné propojení obvodů L a MOS Signály přiváděné na vsupy logických obvodů jsou dodávány z obvodů, jejichž výsupní signál může mí jiné úrovně H a L, než jaké jsou pořeba k buzení vsupů daných logických obvodů. Signály s věším rozkmiem obvykle sačí okroji (a) Signály, keré nemají dosaečnou velikos předběžně zesíli (b) Signály ležící v jiné napěťové oblasi nuno přesunou do požadované oblasi a popř. ješě dále upravi (c). (7) () K = U = 5 V (77, 77) () U = 5 V K U > U V H D L D U > U U ZD < 5 V H U < -,7 V L U 3 U > U V U < D H L - 5 V -,7 V 8 V 3 K H L L MOS () ( 77) (7) U = 5 V DD L MOS (3) (K 58) (7) > 5 V U = 5 V = 7K K - 5 V a b c < (u IL - U )/i IL MOS L MOS L Logické obvody MOS u IL <,3 (j. pro = 5 V je požadováno u IL <,5 V) u IH >,7 až,8 (pro = 5 V edy u IH > 3,5 až V) Zpracování signálů mechanických konaků logickými obvody Logické obvody L výsupní napěí u OL <, až,5 V a u OH >, až,7 V Z hlediska návrhu nejčisší řešení ohoo problému poskyují obvody MOS ve verzích H a jejichž vsupní napěí u IL, u IH jsou v olerancích planých pro obvody L. Vazba MOS na L Obvody MOS řady /5 mají malou proudovou vydanos, proo je nuné použí: buď výkonové MOS 9, 5, nebo MOS řady H, H, a, keré se vyznačují velkou proudovou vydanosí výsupů a na druhé sraně aplikací obvodů L v řadách LS, LS a S, jejichž vsupní proudy jsou značně redukovány ve srovnání se saršími řadami. Paří sem různé spínače, přepínače, lačíka, relé, klávesnice apod. Výsupní signál logického členu s mechanickým konakem může bý v okamžiku zapnuí nebo vypnuí konaku doprovázen po dobu až několika milisekund zákmiy (mechanického původu), keré se dosávají na vsup připojených logických obvodů a pronikají do nich, což může mí nežádoucí důsledky v kriických případech je nezbyné signál z mechanických konaků ošeři speciálními obvody. V nejjednodušším případě použijeme za spínačem inegrační článek k časovému překlenuí přechodného děje při zapnuí nebo vypnuí konaku (τ ms). Výsupní napěí členu se zpracovává inverorem s hyserezí.

3 Zpracování signálů mechanických konaků logickými obvody MOS +5 V K K7 H L +5 V K7 7S zásady ošeřování signálů dodávaných z konakových logických členů jsou pro obvody MOS obdobné jako u jiných echnologií: H L a 7 +5 V H L K b LS5 S S S 7H ( V) K n M V ( ) 7 MOS c K d NUL K K? překlápění klopného obvodu,? vliv opakovaného slačení éhož lačíka,? zákmiy při spínání lačíka, přechodné děje? dimenzování dvojbranu Výsupy digiálních obvodů je řeba dodrže mezní hodnoy výsupních napěí a proudů, při buzení dalších logických obvodů ze sledovaného výsupu nesmíme překroči povolené zaížení výsupu, keré se udává logickou zaížielnosí N, logická zaížielnos určuje nejvěší poče logických vsupů, keré můžeme z daného výsupu budi (např. z hradla 7 (N =) můžeme dodáva výsupní logický signál do desei vsupů logických obvodů L), přepočem N.i VS snadno můžeme zjisi povolené hodnoy výsupních proudů. 7 i Z >, m proud i H = (U - u VÝSH )/ se přičíá k výsupnímu proudu -i VÝSH logického obvodu. při změně výsupní úrovně na L poeče výsupem IO proud Z i VÝSL = i L = (U - u VÝSL )/ i L i VÝSLmax (U - u VÝSL )/ i VÝSL max Pro L s logickou zaížielnosí N = je 3 Ω a pro výkonové obvody s N = 3 je Ω. Přídavný proud i H je pak až 8,6 m popř. až 6 m 7 KF58 budicí proud i i /h e je dodáván do báze U P z výsupu logického obvodu i Z (u VÝSH - u E )/i (,7 V)/i P L (N < ) i uvažujeme-li u VÝSH, V a u E,7 V, pak p (U - u VÝSH )/i (,6 V)/i Proud i l ze kompenzova pomocí proudu rezisorem p ak, že výsup logického obvodu k vorbě proudu i prakicky nepřispívá.

4 Spínání velkých proudů Ovládání výkonových záěží obvody MOS při akivní úrovni H 73 U P > KU 66 (3 V) + U U D U D U i (K8) Z i <= 8 7HU K Z KUN 5 7H8 (8) LOGIKÝ SIGNÁL I D 7H8 (8) K D KY 3 I e,5 KF 58 proože u VÝSH u Es + u E3s,7 V +, V = 3, V, není při provozu nikdy překročeno dovolené výsupní napěí logického členu, i když je rezisor napájen ze sběrnice +3 V, ranzisory a musejí bý vybrány s ohledem na dosaečnou proudovou vydanos a na předpokládané provozní napěí, (U p u Es u Es ).h es.h es /i!! proudová zaížielnos hradla MOS, napěí logické úrovně,!! k dosažení proudové slučielnosi je použia pro zapínání budicí cívky relé e Darlingonova dvojice ranzisorů a,!! proč dioda?? uzení výkonové záěže při akivní úrovni L D a K e U = i Z 7H 7LS5 K 8 7 b Ž 3 V/5 m U~ ZÁ EŽ Spoje a přenos signálů Při přenosu signálu používáme v zásadě dva ypy přenosových vedení:. nesymerická (jeden vodič je uzemněn),. symerická (rozdílová). Volba vhodné konsrukce vedení závisí i na požadovaném druhu přenosu:. jednosměrný přenos,. podmíněně obousměrný přenos, 3. přenos muliplexní sběrnicí. i Z i G Indukcí rušivého signálu vzniká z vnějších zdrojů šum u Š a ve společném vodiči exisuje mezi oběma konci vedení poenciální rozdíl u ZEM. c U N < V d Vsupní napěí přijímače je dáno superpozicí u K = u V + u ZEM u Š.

5 Model nesymerického vedení Model symerického vedení nesymerické vedení - konsrukčně jednoduché, neboť každá signálová cesa je vořena jedním vodičem, přičemž signál je vzažen ke společnému vodiči (zemi) symerické vedení využívá k přenosu signálu rozdílový signál dvou vodičů, keré jsou buzeny symericky vůči společnému vodiči, jenž se na přenosu signálu nepodílí, vedení je buzeno z vysílače se dvěma komplemenárními výsupy, přijímač pracuje jako rozdílový zesilovač (komparáor), rušivé napěí u Š se indukuje do obou signálových vodičů a působí jako souhlasné napěí, jímž je podložen přenášený signál, rušivé napěí u ZEM rozdílu zemních poenciálů společného vodiče působí rovněž jako souhlasné napěí na vsupech přijímače Dosažení velkého odsupu signálu od šumu. použí síněné vodiče k polačení přeslechů,. zvěši úroveň výsupního signálu vysílače, 3. zmenši odpor společného vodiče a ím minimalizova napěí u ZEM,. dosaečně oddáli signálové vodiče od napájecího rozvodu a od sousedních signálových vodičů, 5. upravi sklon hran výsupních impulsů vysílače ak, aby se zmenšily přeslechy vzniklé kapaciní vazbou, 6. použí přijímač s hyserezní charakerisikou, 7. zkrái spoje ak, aby se zmenšila možnos působení rušivých zdrojů na vedení, použí vhodnou kombinaci předchozích způsobů. každý z uvedených způsobů má však i své nedosaky, např. první ři způsoby jsou ekonomicky náročné, páý a šesý způsob znamenají zpomalení zpracování signálu a zkracování spojů nebývá vždy možné Spoje plošné spoje, jednoduché dráové vodiče, dvojié a vícenásobné vodiče, zkroucené vodiče nebo koaxiální kabely Elekricky kráké vedení - signál jím projde za kraší dobu než je rvání nejsrmější hrany signálu. Může bý impedančně nepřizpůsobeno a přeso nedojde k rušení signálu odraženým impulsem. Elekricky dlouhé vedení - podél něho signál prochází déle než je doba rvání hrany jeho impulsu. ušivý signál vzniklý odrazem na nepřizpůsobeném konci vedení doznívá až po skončení hrany signálu a způsobuje rušení. yp hr [ns] l m [m] 7 5,5 7S,5,3 7S,5,3 7L 5,5 7LS 6,55 7LS 3,35 7H 7,65

6 dynamické odpory vsupů a výsupů nejsou sejné a navíc se liší i podle druhu hrany impulsu, edy při změně H L a L H v abulce jsou hodnoy dynamického výsupního odporu r VÝS a dynamického vsupního odporu r VS pro obě hrany procházejícího impulsu. obvod hrana H L hrana L H r VÝS [Ω] r VS [Ω] r VÝS [Ω] r VS [Ω] 7 7S H 6 Jednoduchý vodič z hlediska přenosu signálu se jeví jako nesymerické vedení, nemůže mí jednoznačně definovanou charakerisickou impedanci - záleží na jeho geomerickém varu a poloze vzhledem ke společné zemnicí ploše (Z sovky až isíce Ω) Z = L/ Dvojiý vodič a paralelní vícenásobné vodiče impedance silně závisí na jejich geomerickém uspořádání a na blízkosi osaních vodičů v přísroji Vedení se zkroucenými vodiči vořeno dvěma souběžnými izolovanými vodiči s průměrem dráu,5 mm nebo,3 mm, navzájem kolem sebe zkroucenými ak, že na m délky připadá 5 až zkruů, ím je zaručena konsanní hodnoa charakerisické impedance, a by měla bý co nejmenší, jinak vzrůsají přeslechy Vlasnosi vedení se zkroucenými vodiči snadné impedanční přizpůsobení, může bý použio i pro přenos na elekricky dlouhé vzdálenosi, je odolné proi rušení, charakerisický odpor vedení bývá až 3 Ω (někdy 5 až Ω) při průměru dráu,5 mm, loušťce izolace,5 až, mm a při až zkruech na mer délky, průměrná kapacia je 3 až 8 pf na mer délky vedení, Přenos signálu nepřizpůsobeným vedením díky konsanní hodnoě charakerisické impedance jsou zkroucené vodiče vhodné pro přenosy na velké vzdálenosi (až m) s poměrně vysokými kmiočy (až nad 5 MHz), maximální úlum na kmioču 5 MHz je přibližně,8 d pro vedení dlouhé 3 m.

7 Vlasnosi vedení s koaxiálním kabelem Koaxiální kabely - věšinou jen pro nejnáročnější případy harakerisický odpor bývá 5 až 8 Ω. Kapacia = 3 až pf/m. Malý úlum (asi až 5 d/ m na kmioču MHz). Jsou používány jako nesymerická vedení. Koaxiální kabely mají však i nevýhody Zabírají více mísa. Obížně se napojují. Mají věší hmonos. Jsou dražší. Přizpůsobení konce nesymerického vedení () 7 l = 5 m () 7 D l = 5 m 7 73 U nepřizpůsobeného vedení se nejhůře přenáší hrana H L impulsů. Na přizpůsobovacím rezisoru na začáku vedení se zmenší skok H L ak, že na konci vedení bude souče předchozí úrovně H, přímého a odraženého impulsu nulový. = ρ Z - r VÝS ρ = (r VS -Z)/(r VS + Z) ρ Z r VÝS r VS činiel odrazu na konci vedení charakerisický odpor vedení výsupní odpor vysílače vsupní odpor přijímače při přenášené hraně H L. L NND: r VÝS Ω a r VS, kω - zkroucený dvojvodič s Z 3 Ω, ρ,8 9 Ω. Volíme =, nebo lépe při sledování průběhu () na osciloskopu opimalizujeme hodnou experimenálně nasavením rimru. plikační zásady pro návrh zařízení s digiálními obvody zabezpečení dosaečného chlazení součásek vhodným umísěním výkonově namáhaných součásek a chladičů, vyloučení přeslechů vhodným prosorovým umísěním vodičů nebo jejich síněním, kvaliní rozvod zemí a napájecích napěí, spojování zemí různých zdrojů a čásí obvodu, spojení zemí s kosrou a propojení zemí se spolupracujícím zařízením, ochrana zdrojů proi zkrau a ochrana inegrovaných obvodů proi přepěí, dosaečná filrace napájecích napěí elekrolyickými kapaciory a ve skupinách inegrovaných obvodů keramickými kapaciory, ochrana konekorů proi chybnému připojení označením nebo mechanickými klíči, snadná výměna součásek s kraší dobou živoa (pojisky, žárovky), ošeření signálů z mechanických konaků proi vlivu odskakování konaků, zpracování pomalu se měnících signálů logickými obvody s hyserezní charakerisikou Schmiova klopného obvodu, ošeření nepoužiých vsupů logických obvodů a vsupů nepoužiých obvodů, k výsupům číslicových obvodů nepřipojova přímo kapaciory s kapaciou věší než,5 až nf, ochrana logických obvodů a ranzisorů s indukční záěží (relé) aniparalelně zapojenou ochrannou diodou, ochrana vsupů a výsupů obvodů proi přepěí, zaruči, aby nemohlo bý na vsupy obvodů MOS přivedeno napěí, pokud obvody nemají připojeno napájecí napěí UDD, správný návrh delších přenosových vedení a jejich správné impedanční zakončení (zkroucený dvojvodič a koaxiální kabely), zajisi snadnou diagnosiku zařízení, zabránění výskyu hazardních impulsů a savů, nasavení definovaného savu po zapnuí přísroje,

8 dodržení bezpečnosních předpisů; obsluha zařízení musí bý za všech okolnosí bezpečná, kvaliní, úplná a jednoznačná dokumenace pro případné opravy nebo zhoovení dalšího kusu, ochrana proi vnějšímu rušení, zabráni generování rušivých signálů, nepřekroči povolené mezní paramery použiých součásek. 6. VOVÁNÍ, GENEOVÁNÍ ZPOŽĎOVÁNÍ IMPULSŮ Jednou z nejčasějších úloh navrhování číslicových obvodů a sysémů je řešení obvodů pro časové manipulace s logickými signály. Pod pojmem časová manipulace budeme rozumě: generování sandardizovaných impulsů na vyžádání hranou logického signálu, prodlužování, zkracování a časové posouvání (zpožďování, zdržování ) impulsů nebo kombinace ěcho operací, včeně k omu pořebného ošeření hran signálu. Úprava hran logických signálů Základní zapojení monosabilních klopných obvodů L - srmos hran musí bý věší než V/µs, jinak vsupní signál při průchodu rozhodovací oblasí (,3 až,5 V) na vsupu logického obvodu L vyvolá na jeho výsupu jeden nebo několik zákmiů než přejde výsupní napěí na odpovídající usálenou úroveň mezní přípusné hodnoy srmosi vsupního signálu u sandardních obvodů L :,5 V/µs pro vzesupnou hranu -3,3 V/µs pro sesupnou hranu. 7 u u = u VÝS VS =, V u V V 6 µs 6 µs 6 µs 7H + k 6k +5V + ' 7H 7H ', 7 až,

9 Prodlužování impulsů MKO ve funkci časového spínače u N8 u u 33n S (...33)k +(...)µ S 3k3 3 k VÝSUP ln, 7 U P,7V i ln + U DD díky malým vsupním proudům obvodů MOS lze dosáhnou doby kyvu až desíek sekund např. pro = 5 V bude i,8 a při = V bude i,76 MKO s obvody 7 a H538 klidový sav spoušení z spoušení z nulování znovuspoušení S _ +5V NUL 3 S 3 _ 5 +5V vsup vsup vsup nulování vývod pro pripojení a rr,7 pro doporučené hodnoy: = pf až µf = až kω,8 + 7 Ω další MKO: 73, 7LS, 7H3, 7H538, 7 a časovače 555 a 556 výsup τ τ τ bude-li šířka výsupního impulsu > µs, plaí: k (činiel k lze naléz v kaalogovém lisu) zoavovací doba rr UDD 35

10 Časovač 555 Časovač 555 jako MKO 8 Napájení U Nulování +U Vsup I 6 5 EF F Vsup I 5k K + - 5k 5k K + - U KO S NE 555 > 3 > 7 výsup Oevrený kolekor 6 5 I NE 555 S > F I 3 7 IN NUL (5 až 5 V) NE I S > 3 OU 5 F I 7 F, Spolecný vodic Neauonomní generáory impulsů Zkracování impulsů s obvody s pasivním derivačním článkem +5V Řízení doby kyvu MKO I (U ) 7LS u u 7 u +U IN NUL F NE I S > 3 OU 5 F I 7 3 U D pro ranzisorový zdroj proudu plaí: I I E = I ku pro dosažení rozhodovací úrovně při nabíjení plaí ( U U ) Ř Ř ( ( )) kde k = + / 3 ( + ) 3 V u V - U V u 6V U ( U ) i / U / 3 = I U + Ř i = (U / 3 U ) / ( I ku ) Ř V - V

11 Zkracování impulsů s obvody s pasivním inegračním článkem 7H 7H 7H u u 7H Zkracování impulsů s obvody s pasivním inegračním článkem u 7H 7H86 = odpor musí pro mezní případ splňova podmínku: ( uvsl u ) ivsl / VÝSL u u V V u V Pro L (,8,).,6 = 5 Ω H MOS M Ω V V U U V U V V V Srovnání časových charakerisik log. obvodů L Srovnání časových charakerisik log. obvodů MOS vše v nanosekundách L LS LS FS hradla NO, NND SN7LS SN7LS 7F plh, phl yp. 5 3,7 max. 5 5 klopné obvody SN7LS7 SN7LS7 7F7 plh, phl yp. 5 6, (hodiny na ) max. 8 8 číače SN7LS63 SN7LS63 7F63 plh, phl yp. 8 7 (hodiny na ) max. 7 7 vše v nanosekundách MOS HMOS F hradla NO, NND M M7H M7 plh, phl yp max ,5 klopné obvody M3 M7H7 M77 plh, phl yp (hodiny na ) max. 35,5 číače M63 M7H63 M763 plh, phl yp (hodiny na ) max. 7 5

12 varování pravoúhlých kmiů varování pravoúhlých kmiů u u a u d u.5.5 b u e u.5 u u c f varování pravoúhlých kmiů Zpožďovací úlohy v synchronních sysémech u 733 g u IO P S S S IO IO IO 3 IN DS LK P IO IO 5, I/O h u.5 IO 6 IO 7 I/O I/O.5 7 I/O 3