Универсальные ждущие мультивибраторы (одновибраторы) на конфигурируемых логических элементах
Логические вентили с настраиваемой конфигурацией и триггерами Шмитта на входе – как основа разнообразных моностабильных схем
На предыдущей странице мы привели схемотехнику разнообразных одновибраторов, построенных на расхожих элементах стандартной логики, опустив
устройства с применением триггеров Шмитта.
А тем временем генераторы импульсов и ждущие мультивибраторы, построенные на элементах с триггерами Шмитта на входе, обладают рядом достоинств, основными
из которых являются схемотехническая простота и пониженное энергопотребление.
Довольно подробно данную тему раскрыл американский инженер Glen Chenier в своей статье «Configurable logic gates’ Schmitt inputs make versatile monostables»,
опубликованной в журнале EDN, 25.05.2006 г.
Давайте познакомимся с основными положениями данной статьи:
«Наиболее простыми методами генератор или формирователь импульсов может быть реализован с применением соединения времязадающей
RC-цепи с простым логическим элементом, имеющим на входах триггеры Шмитта. Однако если для реализации той или иной конструкции требуется
логическая функция, отсутствующая в каталоге стандартных элементов, то к такому элементу (с триггерами Шмитта) придётся добавить дополнительные
логические вентили.
Следуя идее миниатюризации, я искал на веб-сайте Fairchild Semiconductor (www.fairchildsemi.com) малогабаритные логические вентили Шмитта, но
нашел лишь «старых верных» знакомых – элементы «И» с входом Шмитта и буферы Шмитта.
Разочарованный, я исследовал другие логические предложения от Fairchild и наткнулся на раздел сайта, в котором описываются «конфигурируемые
логические вентили». NC7SZ57 и NC7SZ58 представляют собой крошечные шестиконтактные корпуса для поверхностного монтажа, которые можно настроить
как инверторы, или логические элементы «И», «ИЛИ», а также «исключающее ИЛИ», причем во всех случаях входной сигнал может быть инвертирован.
Эти устройства имеют инверсные выходы, работают при входных напряжениях, превышающих напряжение питания, и имеют высокую нагрузочную способность.
Каждый вход имеет гистерезис, что делает эти устройства идеальными для генерации или формирования синхронизированных импульсов.
Особенно это касается конструкций, в которых сочетается цифровая логика с аналоговыми интерфейсами и часто требуется формирование синхронизированных
импульсов и задержек, а также укорочение или расширение импульсов. Для приложений, не некритичных к длительности импульсов, дополнительные особенности
входов с триггерами Шмитта позволяют задерживать сигнал одного из входов, используя времязадающую RC цепь. Когда медленно меняющееся выходное напряжение
RC цепочки пересекает верхний или нижний аналоговые пороги переключения, триггер Шмитта трансформирует медленно нарастающие и спадающие напряжения в
крутые цифровые фронты.
Компания Texas Instruments также выпускает функциональные эквиваленты этих конфигурируемых логических вентилей – SN74LVC1G57 и SN74LVC1G58.
Эти устройства имеют верхние и нижние уровни входных порогов, составляющие в среднем 37% и 63% от напряжения питания, соответственно, пересчитываемые
в смещение передних или задних фронтов примерно на одну постоянную времени RC. Согласно опубликованным производителями справочным данным, версии
компании Texas Instruments имеют более жесткие допуски на разброс уровней аналоговых порогов, а значит, позволяют формировать более точные импульсы,
чем приборы Fairchild.
На рисунке 1а показаны некоторые типичные реализации схем. Обратите внимание, что в этих схемах отсутствуют некоторые тонкости настоящих моностабильных
устройств. Например, схема не перезапустится до тех пор, пока не установится напряжение на RC цепочке, что занимает примерно пять постоянных времени.
Это значит, что постоянная времени RC цепи должна быть в пять раз меньше интервала между запускающими импульсами.
Устройства из семейства SN74LVC1G57 создают формы сигналов, показанные на рисунке 1b, а схемы, использующие устройства семейства SN74LVC1G58, создают
инверсию этих форм сигналов. Работа схем проста. RC-цепи задерживают один вход, так что входы на мгновение остаются в противоположных состояниях.
Когда одна постоянная времени RC истекает, задержанное напряжение пересекает верхний или нижний пороги точки срабатывания Шмитта, и задержанный вход
догоняет прямой вход.
Рис.1 1 вентиль и RC цепочка в качестве основы ряда времязадающих схем
Следует обратить внимание на схему, отличающуюся от других одновибраторов, запускаемых фронтами только одного направления. Эта схема собрана
на логическом элементе «исключающее ИЛИ», и образует одновибратор, срабатывающий как от передних, так и от задних фронтов, что позволяет ему выполнять
функцию удвоителя частоты.
Любую из представленных схем, основанных на инвертирующем логическом элементе, вы можете превратить в автоколебательный мультивибратор, соединив
инверсный выход с входом, задержанным RC цепочкой, и подав на оставшийся вход разрешающий сигнал. При этом если генератор на вентиле
«исключающее ИЛИ» будет остановлен по входу запрета, его выход, благодаря отсутствию синхронизации между импульсом запуска и запрещающим входом,
останется в случайном состоянии либо нуля, либо единицы».
|
