Специальные выходы логических элементов: комплементарные, трисостояния и двусторонние ключи

Элементы с комплементарными выходами

Во многих проектах инженерам нужен элемент, выдающий одновременно инвертированный и неинвертированный выходы из одного логического блока. Классический пример — одновходовый буфер, также выступающий инвертором, с отдельными выводами для каждой функции.

Также доступны двухвходовые элементы, одновременно выдающие AND и NAND. Такие устройства называются элементами с комплементарными выходами.

Стандартный символ — базовая форма элемента с черточкой и двумя выходными линиями. Массив комплементарных символов показан ниже:

Преимущества комплементарных элементов

Комплементарные элементы незаменимы в плотной схемотехнике, где место на плате на вес золоте. Они устраняют необходимость лишних инверторных микросхем, экономя площадь и уменьшая количество компонентов.

Поскольку инвертированный и неинвертированный выходы переключаются почти одновременно, между ними нет заметного задержки распространения. Это критично для тайминг-чувствительных приложений.

Трисостояные элементы (Tristate)

Трисостояные выходы могут принимать три различных состояния: управление логическим низким (приёмка тока), управление логическим высоким (источение тока) или висячее (высокое импеданс — high-Z). Часто добавляют к буферным элементам через дополнительный управляющий вывод enable.

Когда enable высок (логическая 1), буфер ведёт себя как обычный push-pull. Когда enable низок (0), выход переходит в high-Z, фактически отключая элемент от схемы.

В условных обозначениях трисостояный буфер отмечается треугольником внутри символа элемента:

Некоторые производители делают инвертированную версию enable, где high-Z наступает при высоком enable:

Двусторонние ключи (Bilateral Switches)

Двусторонние ключи — твердотельные SPST устройства на MOSFET. В состоянии ON сопротивление всего несколько сотен ом; в OFF — несколько сотен мегаом.

В схемах изображаются как прямоугольник с управляющим выводом и двумя терминалами, похоже на реле, но без движущихся частей. Будучи полупроводниковыми, избегают механических проблем: дребезга, дуг, вибрации.

Однако у двусторонних ключей ограниченная пропускная способность по току, и напряжение сигнала должно оставаться в пределах питания ключевой микросхемы.

Микросхема 4066 содержит четыре независимых двусторонних ключа:

Краткий обзор

• Комплементарные элементы выдают инвертированный и неинвертированный выходы с пренебрежимой задержкой.
• Трисостояные элементы дают высокий, низкий и high-Z выходы, управляемые enable.
• Двусторонние ключи — твердотельные реле для аналоговых или цифровых сигналов, но с modeste током.

Связанный рабочий лист

• Рабочий лист по булевой алгебре