Кіріспе

Интегралды схемалар үшін транзисторлық коммутатор шығысы. Ашық коллектор, ашық ағын, ашық эмитер және ашық көз – бұл интегралды схеманың (IC) ішкі функцияларын ішкі байланысы жоқ ("ашық" деп аталатын) ашық терминалы бар транзистор арқылы өңдейтін шығыс тірек конфигурациялары. IC-нің ішкі жоғары немесе төмен кернеулік рельстерінің бірі әдетте осы транзистордың екінші терминалына қосылады. Транзистор өшірілген кезде, шығыс кез келген ішкі қуат рельсінен ішкі түрде ажыратылады, бұл күй "жоғары кедергі" (Hi Z) деп аталады. Ашық шығыс конфигурациялары белгілі бір кернеуді немесе токты шығару үшін екі транзисторды қолданатын түрткі-түсіру шығыстарынан өзгеше. Бұл ашық шығыс конфигурациялары көбінесе транзистор логикалық деңгейді түрлендіруге, сымдық логикалық қосылымдарға және желіні бөлісуге мүмкіндік беретіндей коммутатор ретінде қолданылатындықтан, цифрлық қолданыстар үшін жиі пайдаланылады. Hi Z күйінде шығысты белгілі бір кернеуге орнату үшін сыртқы жоғары/төмен тартымды кедергілер қажет. Аналогтық қолданыстарға аналогтық салмақтау, қосу, шектеу және цифрлық-аналогтық түрлендіргіштер жатады. NPN BJT (n типіндегі биполярлы тоқ транзисторы) және nMOS (n типіндегі металл-оксидті жартылай өткізгіштік өрістік эффект транзисторы) өздерінің PNP және pMOS аналогтарына қарағанда жоғары өткізгіштікке ие, сондықтан оларды осы шығыстар үшін жиірек қолдануға болады. PNP және pMOS транзисторларын пайдаланатын ашық шығыстар NPN және nMOS транзисторларында қолданылатын кернеулік рельске қарама-қарсы ішкі кернеулік рельсті пайдаланады.

Ашық коллектор

Ашық коллекторлы шығыс, интегралды схеманың (IC) шығысын ішкі биполярлы тоқпен басқарылатын транзистордың (BJT) базасы арқылы өңдейді, оның коллекторы сыртқы шығыс тізбегі ретінде қолжетімді. NPN ашық коллекторлы шығыстар үшін, NPN транзистордың эмиттері ішкі жағынан жерге қосылған, сондықтан NPN ашық коллекторы транзистор қосылған кезде төменгі кернеуге (жерге) тікелей қосылыс (техникалық тұрғыдан төмен кедергі немесе "Z төмен") жасайды, ал транзистор өшірілген кезде ашық тізбек (техникалық тұрғыдан жоғары кедергі немесе "hi Z") күйінде болады. Шығыс әдетте сыртқы тартымды кедергіге қосылады, ол транзистор өшірілген кезде шығыс кернеуін кедергінің қуат көзіне дейін көтереді. PNP ашық коллекторлы шығыстар үшін, PNP транзистордың эмиттері оң қуат көзіне ішкі жағынан қосылған, сондықтан коллектор транзистор қосылған кезде жоғары кернеу шығарады немесе өшірілген кезде жоғары кедергі ("hi Z") күйінде болады. Бұл кейде "ашық коллектор, жоғары деңгейде басқару" деп аталады.

Ашық эмитер

Ашық эмитерлік шығыс эмитерді шығыс ретінде ашады. NPN ашық эмитерлік шығыста коллектор оң кернеу желісіне қосылады, сондықтан транзистор қосылғанда эмиттер жоғары кернеу шығарады және өшірілгенде жоғары кедергі (hi Z) күйге өтеді. PNP ашық эмитерлік шығыста коллектор төменгі кернеуге қосылады, сондықтан транзистор қосылғанда эмиттер төменгі кернеу шығарады және өшірілгенде жоғары кедергі (hi Z) күйге өтеді.

Ашық ағынды

Ашық ағынды шығыс BJT орнына MOS транзисторын (MOSFET) пайдаланады және MOSFET-тің ағыны шығыс ретінде қолданылады. pMOS ашық ағындысында транзистор қосылғанда шығыс оң қуат желісіне қосылады, ал өшірілгенде жоғары импеданс (hi Z) күйінде болады. Бұл кейде "ашық ағынды, жоғары деңгейге шығарады" деп аталады.

Ашық көз

Ашық көзді шығару MOSFET-тің көзін шығыс ретінде пайдаланады. nMOS ашық көзді шығаруда, ағыны ішкі оң кернеу желісіне қосылған, сондықтан транзистор қосылғанда көз жоғары кернеу шығарады, ал өшірілгенде жоғары импеданс (hi Z) күйіне түседі. pMOS ашық көзді шығаруда, ағыны ішкі төмен кернеу желісіне қосылған, сондықтан транзистор қосылғанда шығыс төмен кернеу желісіне қосылады, ал өшірілгенде жоғары импеданс (hi Z) күйіне түседі.

Қолданбалар

Ескерту: Бұл бөлім негізінен npn ашық коллекторларына арналған, алайда nMOS ашық дренаж принциптері де қолданылады.

Логикалық деңгейдегі түрлендіру

Тартылатын резистор сыртқы болғандықтан және оны микросхеманың қуат көзіне қосудың қажеті жоқ, сондықтан микросхеманың қуат көзінен төмен немесе жоғары кернеуді пайдалануға болады (егер ол микросхеманың шығысының абсолютті максималды рейтингін аспаса). Ашық шығыстар әртүрлі жұмыс кернеу деңгейлеріне ие құрылғылардың әртүрлі түрлерін қосу үшін кейде қолданылады. Ашық коллекторлы транзистор микросхеманың қуат көзінен жоғары кернеуге төтеп беруге арналған. Бұл техника көбінесе 5 В немесе одан төмен кернеуде жұмыс істейтін логикалық тізбектерді электр моторларын, тізбектелген LED-терді, 12 В релелерді, 50 В вакуумдық люминесценттік дисплейлерді немесе 100 В-тан жоғары кернеуді қажет ететін Nixie түтікшелерін басқару үшін қолданылады.

Жігітті логика

Тағы бір артықшылығы – бір желіге бірнеше ашық коллекторлы шығыстарды қосуға болады. Егер желіге қосылған барлық ашық коллекторлы шығыстар өшірілген болса (яғни жоғары кедергілі күйде), кері тартылыс резисторы желінің кернеуін анықтайтын жалғыз құрылғы болады және желі кернеуін жоғарылатады. Бірақ егер желіге қосылған бір немесе бірнеше ашық коллекторлы шығыстар қосылса (яғни жерге өткізеді), олардың кез келгені кері тартылыс резисторының кернеуді жоғары ұстау қабілетінен күшті болғандықтан, желі кернеуі төмен түседі. Бұл сымдық логикалық қосылымның бірнеше пайдасы бар. Бірнеше ашық коллекторлы шығыстарды біріктіріп, кері тартылыс резисторына қосу арқылы ортақ желі белсенді жоғары логикадағы сымдық "ЖӘНЕ" (AND) операциясын орындайды. Шығыс тек барлық қақпалар жоғары кедергілі күйде болғанда ғана жоғары (тура) мәнді береді, әйтпесе Бульдік "ЖӘНЕ" (AND) сияқты төмен (жалған) мәнді береді. Егер бұл белсенді төмен логика ретінде қарастырылса, онда Бульдік "ИЛИ" (OR) операциясы сияқты жұмыс істейді, себебі кез келген кіріс төмен болғанда шығыс төмен (тура) мәнді береді. Қараңыз: .

Жолды ортақтастыру

Жолды ортақтастыру үзілістер мен шиналар үшін қолданылады (мысалы, I²C немесе 1 Wire). Ашық коллекторлы шығыс, бір белсенді құрылғыға басқа белсенді емес құрылғылардың кедергісіз ортақ желіні басқаруға мүмкіндік береді. Егер push-pull шығысы қате қолданылса, желідегі кернеуді төмендетуге тырысатын белсенді құрылғы, кернеуді жоғарылатуға тырысатын басқа құрылғылармен бәсекелесіп, нәтижесінде болжамсыз шығыс пен қызып кетуге себеп болады. SCSI 1 құрылғылары электрлік сигналдасу үшін ашық коллекторды пайдаланады. SCSI 2 және SCSI 3 EIA 485 қолдануы мүмкін.

Аналогты

Ашық коллекторлы шығыстар аналогтық салмақтау, қосу, шектеу, цифрлық-аналогтық түрлендіргіштер сияқты қолданулар үшін де пайдалы болуы мүмкін, бірақ мұндай қолданыстар бұл жерде талқыланбайды.

Кемшіліктер

Ашық коллекторлы және ұқсас құрылғылардың тартылатын резистормен жұмыс істеуіндегі бір мәселе – резистор шығысы төмен болғанда үнемі қуатты тұтынады. Жоғары жұмыс жылдамдықтары үшін жылдамрақ тарту үшін төмен резистор мәндері қажет, бұл одан да көп қуатты қажет етеді. Сонымен қатар, жүктемені басқарғанда, тартылатын резистор арқылы өтетін ток, Ом заңына сәйкес, ток пен резистордың көбейтіндісіне тең кернеудің төмендеуіне байланысты шығыс жоғары кернеуін азайтады.

Псевдо ашық ағынды (POD)

Псевдо ашық дренаждық (POD) драйверлері күшті төмен тартуға, бірақ әлсіз жоғары тартуға ие. Оның мақсаты – күшті жоғары және төмен тартуды пайдаланумен салыстырғанда жалпы қуат тұтынуын азайту. Ал таза ашық дренаждық драйверде ағып кету тогынан басқа тарту күші болмайды: барлық жоғары тарту әрекеті сыртқы аяқтау резисторында жүзеге асырылады. Сондықтан осы жерде «псевдо» термині қолданылуы керек: шығыс жоғары деңгейде болғанда драйвер жағында қандай да бір тарту болады, ал қалған тарту күші алыстағы қабылдағыштың HIGH кернеуіне параллель аяқталуы арқылы қамтамасыз етіледі, көбінесе жеке резистордың орнына чиптегі ажыратылатын аяқтаушы қолданылады. JEDEC 1.5В, 1.25В, 1.35В және 1.2В интерфейстік қуат көзі үшін тиісінше POD15, POD125, POD135 және POD12 терминдерін стандарттады.

DDR жады

DDR4 жады POD12 драйверлерін қолданады, бірақ төменге тарту (RonPd) және жоғарыға тарту (RonPu) үшін бірдей драйверлік күшпен (34 Ω / 48 Ω) жұмыс істейді. DDR4-те POD термині тек параллель жоғарыға тарту түрін білдіреді, алыс жағында төменге тарту терминациясы болмайды. Кірістің анықтамалық нүктесі (VREF) DDR3-тегідей қуат көзінің жартысынан кем емес, тіпті одан да жоғары болуы мүмкін. 2011 жылдың соңында DDR3 және DDR4 терминациялау схемаларының қисықтығы, «көз» ашықтығы және қуат тұтынуы бойынша салыстыру жарияланды.