Логика с тремя состояниями - Three-state logic

В цифровой электронике с тремя состояниями , тремя состояниями , или 3-состояния логика позволяет выходной или входной контакт / площадку , чтобы принять высокий импеданс состояние, эффективно удаляя выход из схемы, в дополнение к 0 и 1 логических уровней .

Это позволяет нескольким схемам совместно использовать одну и ту же выходную линию или линии (например, шину, которая не может слушать более одного устройства одновременно).

Три государственные мероприятия реализуются во многих регистрах , водителей автобусов , и флип-флоп в 7400 и 4000 серий, а также в других видах, но и внутренне во многих интегральных схемах . Другие типичные применения - это внутренние и внешние шины в микропроцессорах , компьютерной памяти и периферийных устройствах . Многие устройства управляются входом с активным низким уровнем, который называется OE (Output Enable), который определяет, должны ли выходы удерживаться в состоянии высокого импеданса или управлять соответствующими нагрузками (на 0 или 1 уровень).

Термин « три состояния» не следует путать с троичной логикой ( трехзначной логикой).

Буфер с тремя состояниями можно рассматривать как переключатель. Если B включен, переключатель замкнут. Если B выключен, переключатель разомкнут.

Использует

Основная идея третьего состояния, высокого импеданса (Hi-Z), заключается в том, чтобы эффективно устранить влияние устройства на остальную часть цепи. Если более одного устройства электрически подключено к другому устройству, перевод выхода в состояние Hi-Z часто используется для предотвращения коротких замыканий, или одно устройство работает с высоким уровнем (логическая 1) против другого устройства с низким уровнем (логический 0).

Буферы с тремя состояниями также могут использоваться для реализации эффективных мультиплексоров , особенно с большим количеством входов.

Буферы с тремя состояниями необходимы для работы общей электронной шины .

Логика с тремя состояниями может уменьшить количество проводов, необходимых для управления набором светодиодов (мультиплексирование с тремя состояниями или Charlieplexing ).

Разрешение выхода и выбор микросхемы

Многие устройства памяти, предназначенные для подключения к шине (например, микросхемы RAM и ROM), имеют контакты CS ( выбор микросхемы ) и OE (разрешение вывода), которые на первый взгляд делают одно и то же. Если CS не установлен, выходы имеют высокий импеданс.

Разница заключается во времени, необходимом для вывода сигнала. Когда выбор микросхемы отменен, микросхема не работает внутренне, и между предоставлением адреса и приемом данных будет значительная задержка. (Преимущество, конечно, в том, что в этом случае чип потребляет минимальную мощность.)

Когда заявлен выбор микросхемы, внутренняя микросхема выполняет доступ, и только окончательные выходные драйверы отключаются путем отмены разрешения вывода. Это можно сделать, пока шина используется для других целей, и когда наконец разрешено разрешение вывода, данные появятся с минимальной задержкой. Микросхема ПЗУ или статического ОЗУ с линией разрешения вывода обычно указывает два времени доступа: одно из утвержденного выбора кристалла и действительного адреса, а второе, более короткое время, начинается, когда заявлено разрешение вывода.

Использование подтягиваний и опусканий

Когда выходы имеют тройное обозначение (в состоянии Hi-Z), их влияние на остальную часть схемы удаляется, и узел схемы будет «плавающим», если никакой другой элемент схемы не определяет его состояние. Разработчики схем часто используют подтягивающие или понижающие резисторы (обычно в диапазоне 1–100 кОм), чтобы влиять на схему, когда выходной сигнал имеет тройное значение.

Локальная шина PCI обеспечивает подтягивающие резисторы, но они требуют несколько тактов , чтобы вытащить сигнал высокого заданные большая распределенный на автобусе в емкости . Чтобы обеспечить высокоскоростную работу, протокол требует, чтобы каждое устройство, подключенное к шине, выдавало важные управляющие сигналы высокого уровня по крайней мере в течение одного тактового цикла перед переходом в состояние Hi-Z. Таким образом, подтягивающие резисторы отвечают только за поддержание сигналов шины перед лицом тока утечки .

Intel называет это соглашение «устойчивым трехсостоянием» и также использует его в шине Low Pin Count .

Альтернативы трехгосударственному автобусу

С открытым коллектором ввода / вывода является популярной альтернативой три-государственной логики. Например, протокол шины I²C (протокол двунаправленной шины связи, часто используемый между устройствами) определяет использование подтягивающих резисторов на двух линиях связи. Когда устройства неактивны, они «освобождают» линии связи и переводят свои выходы в три состояния, тем самым устраняя их влияние на схему. Когда все устройства на шине «освободили» линии связи, единственное влияние на схему оказывают подтягивающие резисторы, которые подтягивают линии высоко. Когда устройство хочет установить связь, оно выходит из состояния Hi-Z и переводит линию в низкий уровень. Устройства, обменивающиеся данными по этому протоколу, либо позволяют линии поддерживать высокий уровень, либо понижают уровень - таким образом предотвращается конфликтная ситуация на шине, когда одно устройство устанавливает высокий уровень для линии, а другое - низкий.

Ранние микроконтроллеры часто имеют некоторые контакты, которые могут действовать только как вход, другие контакты, которые могут действовать только как двухтактные выходы , и несколько контактов, которые могут действовать только как вход / выход с открытым коллектором . Типичный современный микроконтроллер имеет много универсальных выводов ввода / вывода с тремя состояниями, которые можно запрограммировать для работы в качестве выводов любого из этих типов.

Тремя состояниями Шина обычно используется между микросхемами на одной печатной плате (PCB), а иногда и между ПХД , подключенных к общей плате .

Использование логики с тремя состояниями не рекомендуется для соединений на кристалле, а скорее для соединений между кристаллами.

Буферы с тремя состояниями, используемые для обеспечения связи нескольких устройств по шине данных, могут быть функционально заменены мультиплексором . Это поможет выбрать выход из ряда устройств и записать его на шину.

Смотрите также

• Буферный усилитель
• Логический уровень
• Метастабильность
• Трехзначная логика

Примечания и ссылки

внешние ссылки

• Ворота со специальным выходом на All About Circuits
• Принцип трехстороннего мультиплексирования