Dijital CMOS invertörlerin analog fonksiyonları (özellikle osilatörler ve amplifikatörler) gerçekleştirmek üzere yapılandırılabileceğini öğrendim. Bununla birlikte, örneklerin çoğu eski CD4000 serisi aygıtları tercih etme eğilimindedir. Ek olarak, bu uygulama notu , Bölüm 3'teki tamponlu inverterlerin kullanımının kararlılık sorunlarına neden olabileceğini belirtmektedir.

1. Hangi mantık aileleri doğrusal işlemleri gerçekleştirmek için güvenilir bir şekilde yapılandırılabilir? Hangi ailelerden kaçınılmalıdır?
2. AHC ve LVC için 5V toleranslı G / Ç gibi "özel" koruma devreleri ek kararlılık sorunlarına neden olur mu veya doğrusal çalışmayı önler mi?
3. TTL uyumlu bir aygıt (HCT, ACT, AHCT) kullanarak doğrusal bir devre oluşturmaya çalışırsam ne olur?
4. Dijital IC'leri doğrusal bölgelerinde kullanmak kötü bir uygulama mıdır?

Tüm mantık aileleri arabelleğe alınmış inverterleri kullanmayı sever, çünkü bunlar daha güvenilirdir ve dijital uygulamalarda daha az güç kullanır. Bununla birlikte, arabelleksiz invertörler kristal osilatörler oluşturmak için faydalıdır, bu nedenle birçok ailede bulunurlar; 74xx1GU04 için arama yapın.

5 V toleranslı bir G / Ç'nin VCC'ye karşı ESD koruma diyotu yoktur, bu nedenle daha az kapasitansa sahip olma eğilimindedir ve VCC'yi aşarsa sinyali daha az bozar.

TTL uyumlu girişler daha düşük bir anahtarlama eşiğine sahiptir, bu nedenle artık VCC ile toprak arasında simetrik değildirler.

Tamponsuz kapılar doğrusal devrelerde kullanılmak içindir; tamponlu kapıların çalışması pek olası değildir.

Başka bir faydalı uygulama notu: Tamponlu CD4xxx karakteristiklerini anlama (un) .

İnvertörler gibi basitçe basit analog devreler, karşılaştırıcılar gibi, temelde yüksek ve düşük olmak üzere iki kararlı duruma sahip bir analog giriş sinyali ile iyi çalışacak şekilde uyarlanmış mantık kapılarını hatırlamanız gerekir.

Bu nedenle, op-amp'leri mantık cihazları olarak kullanabileceğiniz gibi, basit mantık cihazları da analog bir rolde kullanılabilir.

Özellikle invertörler bu rolü güzel bir şekilde doldurur, çünkü gerçekten sahip olduğunuz şey, negatif pim giriş olarak açıkta bulunan pozitif bir karşılaştırıcı / op-amp ve pozitif pim temelde yarım raya "bağlanır". (Veya TTL için başka bir nokta vb.) Negatif pimi ortaya çıkardıkları için, op-amp'lerde yaptığınız gibi negatif geri besleme döngülerini kullanabilirsiniz. Evirmeyen mantık daha az kullanışlıdır.

Analog bir rolde ne kadar iyi çalıştıkları elbette belirli kapının doğasına bağlıdır. Eski cihazlar çok basit uyumlu transistörlerdir, tamponlu çeşitlilik onları daha az doğrusal hale getiren daha fazla iç kısma sahiptir.

Bununla birlikte, mantık cihazları, sinyal mantık seviyeleri arasında olduğunda açık devre ya da daha kötüsü çekim eğilimi gösterir, bu nedenle bunları düşük frekanslı sinyaller için basit amplifikatörler olarak kullanmak harika bir fikir değildir.

Ancak bunları bir gecikme devresinin parçası olarak veya bir osilatördeki sürücü olarak kullanmak, özellikle kapı histerezide yerleşik bir Schmitt Tetikleyiciyse iyi çalışır .

Gecikmiş olarak başkaları tarafından detaylandırılmayan birkaç nokta eklemek istedim.

Tamponlanmamış kapıları doğrusal amplifikatörler olarak kullanmak geleneksel olmakla birlikte, akılda tutulması gereken birkaç dezavantaj vardır.

Belki de en önemlisi, parametreler kötü bir şekilde belirtilmiştir. Bir amplifikatör veri sayfasında amplifikatör özellikleri hakkında çok fazla bilgi bulunurken, genellikle bu tür bilgileri bir mantık aygıtının veri sayfasında bulabilirsiniz. Ayrıca, çalışma koşulları (çalışma voltajı, sıcaklık, ...) üzerinde büyük toleranslar ve değişkenlik olması gerekir. Bu nedenle, bu cihazları yalnızca bu kadar büyük varyasyonları tolere edebilen devrelerde kullanmak isteyebilirsiniz.

Tamponlanmamış invertörler, yavaş uçtaki eski 4000 serisinden başlayarak oldukça hızlı LVC aralığına kadar çeşitli farklı CMOS mantık ailelerinde mevcuttur. Özellikleri belirgin şekilde farklıdır. Özellikle güç tüketimine yakından bakmak istiyorsunuz, çünkü giriş gerilimi, her iki transistörün aynı anda çalıştığı yüksek ve düşük arasındaki orta aralıkta olduğunda güç çekişi maksimumdur. Bu da çalışma voltajına çok bağlı olacaktır. Mantık ailesinin daha hızlı ve daha yüksek çıkış sürücüsü olması daha da kötüleşir. Bu nedenle 4000 serisi oldukça iyi huyludur, oysa LVC tipi mantıkla başa çıkmak çok daha zordur.

Mantık ailesine bağlı olarak, giriş seviyesinin yüksek ve düşük arasında uzun süre kalmaması gerektiğini gösteren belirli bir maksimum sinyal yükselme / düşme süresi de olabilir. Bunu ihlal ederseniz, sadece yüksek güç tüketimi elde etmekle kalmaz, aynı zamanda istikrar sorunlarıyla da karşılaşabilirsiniz. Oldukça küçük bir çift transistörde üretilen ısı nedeniyle devrenin güvenilirliğini bile etkileyebilir. TI uygulama notu SCBA004 bu konuda söylenecek daha çok şey var.

Sonuç: Ciddi sınırlamaların farkındaysanız bu cihazları doğrusal uygulamalar için kullanabilirsiniz. Düşük fiyatları cazip olabilir, ancak basit devre ile gelen dezavantajlar önemlidir.

'Doğrusal' bölgelerinde çalışan dijital IC'ler bu kadar doğrusal olmayabilir. Birkaç yıl önce bir halka osilatöründe CD4xxx invertör çipi kullanarak bir ürün tasarladım. Üretici, 'lineer' aralığında (çekme ve çekme çıkış transistörleri aynı anda açıldığında) çekim geçiren "modern" bir dijital parçayı (IIRC HCT) değiştirdi. Söylemeye gerek yok, çip sigara sıcak ;-) var

Bu nedenle, sorunuzu cevaplamak için, dijital IC'leri çok nadir durumlar dışında doğrusal cihazlar olarak kullanmak genellikle kötü bir formdur!

Goto CMOS çözümüm

• Tüm Mantık I / O'ları Vdd ve Vss arasındaki doğrusal bölgede Analog özelliklere sahiptir.

• Negatif geri beslemeli lineer amplifikatörlerin Vdd ve tedarikçilere birlik kazancı ve hassasiyetinde iyi bir faz marjına sahip olması gerektiği anlayışı göz önüne alındığında herhangi bir Logic ailesi kullanılabilir.

- Katma

• 74HCT veya herhangi bir 74xxT, Vdd = 3V'ye geldiğinizde aynı olan Vdd / 2 yerine 1.5V'de uyumlu TTL giriş eşiğidir. Negatif R geri beslemeli kendiliğinden ağırlık verme ile, çıkış görev döngüsü girişte 1.5Vdc'ye ulaşmaya çalışarak değişecektir, böylece ESD kelepçe diyotlarını toprağa tetikleyebilecek sinyal seviyesine bağlı olarak

• Devre, besleme ve düzen empedansının tam farkındalığı olmadan Doğrusal ve RF tasarımında olduğu gibi herkes 1. kez başarılı olmayacak, ucuz ve kirli CMOS tamponlu inverter, pennies için> 60dB kazanç ile> 150MHz'den büyük kazanç bant genişliği ürününe sahip çevirici.

Giriş AC eşleştiğinde kendinden kutuplama önemsizdir, ancak tamponlu bir invertör seçimi teknik zorluğu artırır. Kapalı döngü kazancı, Op Amper (OA) gibi dahili olarak telafi edilmediğinden açık döngü kazancından çok daha düşük olduğunda, salınım hassasiyeti artar.

• Tamponlu invertörler, bir OA'dan daha yüksek kazançlı video amplifikatörleri gibi işlem görür.

1 kademeli bir inverter veya tamponlanmamış (UB) için açık döngü kazancı minimum 20dB ve tamponlu (B) 3 kademede> 60dB'dir. Zf / Zs kullanırken, negatif geri besleme için giriş ve çıkışları tek bir besleme CMOS Op Amp. Zf, genellikle girişin düşük akım kendinden DC kutuplaması için yüksek dirençle seçilir, ancak çok yüksek, giriş voltajının R2C1'den Vdd / 2'ye düşmesi için yavaş bir açma süresine neden olur.

^{bu devreyi simüle et - Şematik, CircuitLab}

Tamponlanmış (B) invertörler, tamponlanmamış (UB) dB doğrusal kazanımının 3 katına sahiptir, böylece video amplifikatörleri, 20 ila 500 Ohm sürücü empedansından Zout ile 60dB kazanmaya ihtiyacınız varsa ilginç davranışlara sahiptir. Burada Zout = RdsOn = Vol / Iol @ ~ x mA

Diğer detaylar

CMOS mantığının 1970'den beri geçmişi göz önüne alındığında, {4xxx, 'HCxxx &' ALCxx} gibi düzinelerce standart aile öneki vardır. Tüm analog özellikler doğrudan RdsOn, Ciss ve Cos gibi veri sayfalarında belirtilmez, ancak bu akım akımını ve büyük sinyal bant genişliğini sınırlandırdığımızı biliyoruz. RdsOn ve Vgs gibi FET davranışlarının Vss aralığı tarafından belirlendiğini ve her neslin ya hızı artırdığını, hızda güç tüketimini azalttığını ya da her ikisini birden takdir edebilirsiniz. Bu daha küçük litografi, daha düşük Vdd aralıkları ve daha düşük RdsOn sürücü değerleri ile sonuçlandı.

• RdsOn'un Vss bağımlı her 54/74 CMOS serisi ailesi için oldukça tutarlı (% 50) olduğunu zaten biliyor olabilirsiniz. Yükselen Vgs doğal olarak RdsOn an. Düşük Vss aralığı, yükselen RdsOn'dan gelen hız ile önemli ölçüde sınırlıdır ve daha yüksek aralık çapraz iletim akımını ve güç tüketimini artırır.

Her mantık ailesinin doğrusal bir amplifikatör olarak kullanılabileceğini bekliyorum (ancak doğrulamamıştım) . Her lineer amp. lineer ve kararlı hale getirmek için kurallara uymalıdır. Bununla birlikte, yerleşim indüktansı ve birlik kazancı faz marjını etkileyen diğer empedansa bağlı olarak, Op Amperlerin tasarlanma şekli olarak 1. dereceden bir direğe harici telafi gerekebilir.

En iyi sonuçlar için, tüm tedarikçiler için ~ +/-% 50'lik geniş bir tolerans olsa bile, tasarımcının devrenin frekansına karşı tüm empedansları * Z (f) hakkında iyi bir fikri olmalıdır. Bunların önemli ölçüde değişebileceğini asla küçümsemeyin, bu nedenle Onaylı Satıcı Listeniz, AVL yalnızca herhangi bir tasarımdaki her parça numarası için doğruladığınızı içermelidir. Aksi takdirde, tasarım ve test yaparak bu sorunlardan nasıl kaçınacağınızı bulmalısınız. Ama genellikle RdsOn (veya sürücü ESR) sınırlarını yansıtan Mantık özellikleri tüm satıcılar için tutarlı bulduk.

• Bunlar * kaynağın Z (f) güç tahminini ve sürücü empedansını << Zout, düzenler ve her bir yonga boyunca besleme için çalışma bant genişliğinde ayırma başlıkları olarak içerir. ve CMOS Zout = RdsOn çıkışı. Tamponlanmamış inverterlerin daha kararlı ve tavsiye edilmesinin nedeni, tek kademeli kazancın normalde 1 ~ 10M geri besleme R ile önyargılı olduğu zaman kristal osilatörler (XO) için yeterli olmasıdır.

$f_{BW}$$0.35t_R$ ve dolayısıyla daha fazla geri besleme H (s) ile daha az kararlılığa sahiptir.

Kolayca öğrenebilenler, zaten biliyorlar; Bode grafikleri, 1'e 3 aşamalı amper faz marjı, her mantık ailesi için Vcc'ye karşı Vol / Iol. Aksi takdirde basit bir açıklama mümkün değildir. CD4xxx 3 ~ 18V iyi çalıştı, Diğerleri Vcc / RdsOn ölçeklendirerek benzer şekilde çalışmalıdır. Düşük empedanslı yükler için (~ 50), sürücüdeki Pd AC kuplajı ile büyük ölçüde azaltılabilir. 74ALCxx 3.3V @ 25V, 25HCxx sıcaklık üzerinde yaklaşık 50 Ohm +/-% 50 @ 5V vardır.