Třístavová logika - Three-state logic
V digitální elektronice umožňuje třístupňová , třístavová nebo třístavová logika výstupu nebo vstupnímu kolíku / podložce převzít stav vysoké impedance , čímž účinně odstraní výstup z obvodu, kromě logických úrovní 0 a 1 .
To umožňuje více obvodům sdílet stejné výstupní vedení nebo linky (například sběrnici, která nemůže poslouchat více než jedno zařízení najednou).
Třístavové výstupy jsou implementovány v mnoha registrech , budičích sběrnic a klopných obvodech řady 7400 a 4000 i v jiných typech, ale také interně v mnoha integrovaných obvodech . Další typická použití jsou interní a externí sběrnice v mikroprocesorech , paměti počítače a periferních zařízeních . Mnoho zařízení je ovládáno aktivním nízkým vstupem zvaným OE (Output Enable), který určuje, zda by měly být výstupy udržovány ve stavu vysoké impedance nebo řídit jejich příslušné zátěže (buď na 0 nebo 1 úroveň).
Termín tri-state by neměl být zaměňován s ternární logikou ( 3- logika hodnoty ).
| VSTUP | VÝSTUP | |
|---|---|---|
| A | B | C |
| 0 | 0 | Z (vysoká impedance) |
| 1 | Z (vysoká impedance) | |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | |
Použití
Základní koncept třetího stavu, vysoké impedance (Hi-Z), je efektivně odstranit vliv zařízení od zbytku obvodu. Pokud je více než jedno zařízení elektricky připojeno k jinému zařízení, uvedení výstupu do stavu Hi-Z se často používá, aby se zabránilo zkratům, nebo jedno zařízení je vysoké (logické 1) proti jinému zařízení, které je nízké (logické 0).
Třístavové vyrovnávací paměti lze také použít k implementaci efektivních multiplexerů , zejména těch s velkým počtem vstupů.
Třífázové vyrovnávací paměti jsou nezbytné pro provoz sdílené elektronické sběrnice .
Logika se třemi stavy může snížit počet vodičů potřebných k řízení sady LED (třístupňový multiplex nebo Charlieplexing ).
Povolení výstupu vs. výběr čipu
Mnoho paměťových zařízení určených k připojení na sběrnici (například čipy RAM a ROM) má piny CS ( chip select ) a OE (output enable), které povrchně vypadají, že dělají totéž. Pokud není CS uplatněno, jsou výstupy vysokou impedancí.
Rozdíl spočívá v době potřebné k výstupu signálu. Když je výběr čipu zrušen, čip interně nefunguje a mezi poskytnutím adresy a přijetím dat bude značné zpoždění. (Výhodou samozřejmě je, že čip v tomto případě spotřebovává minimální energii.)
Když je uplatněn výběr čipu, čip interně provádí přístup a pouze konečné ovladače výstupu jsou deaktivovány deaktivací výstupu povolit. To lze provést, když se sběrnice používá pro jiné účely, a když se konečně potvrdí povolení výstupu, data se objeví s minimálním zpožděním. Čip ROM nebo statická RAM s řádkem umožňujícím výstup bude obvykle uvádět dva přístupové časy: jeden z uplatněného výběru čipu a platnou adresu a druhý, kratší čas začínající při uplatnění povolení výstupu.
Použití přítahů a rozevírání
Když jsou výstupy trojhlasé (ve stavu Hi-Z), jejich vliv na zbytek obvodu je odstraněn a uzel obvodu bude „plovoucí“, pokud žádný stav obvodu neurčí jeho stav. Designéři obvodů často používají pull-up nebo pull-down rezistory (obvykle v rozsahu 1–100 kΩ), aby ovlivnily obvod, když je výstup uveden na tři hodnoty.
PCI místní sběrnice poskytuje pull-up rezistory, ale oni by si vyžádalo několik taktů vytáhnout vysoký signál dal do autobusu je velká distribuovány kapacitní . Aby bylo možné povolit vysokorychlostní provoz, protokol vyžaduje, aby každé zařízení připojené ke sběrnici řídilo důležité řídicí signály vysoké po dobu alespoň jednoho taktu, než přejde do stavu Hi-Z. Tímto způsobem jsou pull-up rezistory odpovědné pouze za udržování signálů sběrnice tváří v tvář svodovému proudu .
Intel označuje tuto konvenci jako „udržitelný trojstát“ a také ji používá v sběrnici s nízkým počtem pinů .
Alternativy ke třístavovému autobusu
Otevřený kolektor vstup / výstup je populární alternativou k třístavová logika. Například protokol sběrnice I²C (obousměrný komunikační protokol sběrnice často používaný mezi zařízeními) specifikuje použití pull-up rezistorů na dvou komunikačních linkách. Když jsou zařízení neaktivní, „uvolňují“ komunikační linky a třístupňové jejich výstupy, čímž odstraňují jejich vliv na obvod. Když všechna zařízení na sběrnici „uvolnily“ komunikační linky, má na obvod jediný vliv pull-up rezistory, které táhnou linky vysoko. Když chce zařízení komunikovat, vyjde ze stavu Hi-Z a sníží linku. Zařízení komunikující pomocí tohoto protokolu buď nechávají linku vznášet se vysoko, nebo ji snižují - čímž se zabrání jakékoli situaci v konfliktu sběrnice, kdy jedno zařízení řídí linku vysoko a jiné nízko.
Časné mikrokontroléry často mají některé piny, které mohou fungovat pouze jako vstup, jiné piny, které mohou fungovat pouze jako push-pull výstup , a několik pinů, které mohou fungovat pouze jako otevřený kolektorový vstup / výstup. Typický moderní mikrokontrolér má mnoho třístavových univerzálních vstupních / výstupních pinů, které lze naprogramovat tak, aby fungovaly jako kterékoli z těchto druhů pinů.
Třístavový sběrnice se obvykle používá mezi čipy na jedné desce s plošnými spoji (PCB), nebo někdy mezi PCB zapojen do společné základní desce .
Použití třístavové logiky se nedoporučuje pro připojení na čipu, ale spíše pro připojení mezi čipy.
Třístavové vyrovnávací paměti používané k umožnění komunikace více zařízení na datové sběrnici lze funkčně nahradit multiplexerem . To pomůže vybrat výstup z řady zařízení a zapsat jedno na sběrnici.
Viz také
Poznámky a odkazy
- ^ Tri-state je registrovaná ochranná známka společnosti National Semiconductor, ale často se používá k popisu zařízení od jakéhokoli výrobce.
- ^ Hill, Winfield; Horowitz, Paul (1989). Umění elektroniky . Cambridge University Press. str. 495–497. ISBN 0-521-37095-7.
- ^ 경종민, On-Chip Buses / Networks for SoC „On-Chip Buses [have] No use of tri-state signály [because] Tri-state bus is obtížné pro statickou analýzu časování“
- ^ „Tri State Buffer“ .
externí odkazy
- Brány se zvláštním výstupem na obvodech All About Circuits
- Princip multiplexování Tristate