9.4.9. СПЕЦИАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ВЫХОДНЫХ КАСКАДОВ

Иногда возникает необходимость логического объединения выходов очень большого числа элементов. Например, для объединения 20 выходов потребовалось бы использовать логический элемент с 20 входами и вести к нему 20 отдельных проводов. Этого можно избежать, используя логические элементы с открытым

Рис. 9.22. Реализация логической функции с помощью монтажного соединения выходов элементов с открытым коллектором.

Рис. 9.23. Элемент типа ТТЛ с тремя состояниями.

При низком уровне выход схемы находится в безразличном состоянии.

коллектором. В качестве выходного каскада они содержат, как показано на рис. 9.22, n-p-n-транзистор, эмиттер которого соединен с общей точкой. Выходы таких систем, в отличие от обычно используемых двухтактных выходных каскадов, могут подключаться к одному общему коллекторному резистору параллельно друг другу.

Выходное напряжение имеет высокий уровень только тогда, когда все выходные транзисторы элементов заперты. Согласно позитивной логике, в этом случае реализуется функция И. С другой стороны, выходное напряжение будет иметь низкий уровень, если один (или более) выходной транзистор открыт. Следовательно, согласно негативной логике, здесь реализуется функция ИЛИ. Так как логическая связь организуется с помощью внешнего монтажа, такое соединение условно называется «монтажное И» или «монтажное ИЛИ». Выбор позитивной или негативной логики в данном случае определяется видом требуемой логической функции.

Поскольку выходное сопротивление описанных схем мало только в состоянии логического нуля, то они называются также схемами с низким выходным активным уровнем (активным нулем). В противоположность этому элементы ЭСЛ (рис. 9.14) являются схемами с высоким выходным активным уровнем (активной единицей). Если в микросхемах отсутствуют эмиттерные сопротивления выходных эмиттерных повторителей, то их выходы можно аналогичным образом подключать параллельно друг другу. При этом, согласно позитивной логике, реализуется функция «монтажное ИЛИ».

Еще одно применение элементов с открытым коллектором состоит в том, что они позволяют весьма просто реализовать функцию мультиплексора, т.е. подключать к общему выходу выход одного из нескольких логических элементов. В случае использования элементов И-НЕ выбор входного сигнала осуществляется путем подачи на соответствующий вход управляющего сигнала с высоким уровнем. При этом выходные транзисторы всех остальных элементов заперты, так как на их входы подан сигнал низкого уровня Следовательно, они не влияют на величину выходного напряжения, которое определяется только входным сигналом того элемента, на который подан сигнал высокого уровня.

Тот факт, что в одном из двух состояний выход рассматриваемой схемы является

высокоомным, можно с успехом использовать при мультиплексировании сигналов. Однако такая схема имеет существенный недостаток: переход в высокоомное (единичное) состояние из-за паразитных емкостей происходит всегда медленнее, чем в низкоомное (нулевое). Поэтому вместо элементов с открытым коллектором лучше использовать элементы с трехстабильным выходом. Они содержат обычный двухтактный выходной каскад, который, однако, может быть переведен в особое высокоомное состояние «безразличного выхода». Для управления выходным каскадом служит специальный вывод - разрешение выдачи данных.

Соответствующая схема ТТЛ представлена на рис. 9.23. Если уровень управляющего напряжения низкий, запираются оба транзистора и При высоком уровне получим обычную логическую связь И-НЕ между входными сигналами Аналогичным образом можно перевести в высокоомное (безразличное) состояние и трехстабильный элемент КМОП.