nedoPC.org

Community of electronics hobbyists established in 2002

...
Atom Feed | View unanswered posts | View active topics It is currently 26 Mar 2019 21:30



Reply to topic  [ 4 posts ] 
Вентиль ОК при работе на шину 
Author Message
Supreme God
User avatar

Joined: 21 Oct 2009 09:08
Posts: 7777
Location: Россия
Reply with quote
Динамическая нагрузка для ОК

Прежде, чем приступить к оптимизации схемы АЛУ, я хотел бы всё же обсудить вопрос с динамической нагрузкой для вентилей с ОК, поскольку это никаких комментариев не вызвало.

Известно, что исторически первой схемой объединения выходов были схемы с открытым коллектором
(монтажное "ИЛИ").
http://digital.sibsutis.ru/proc/BusForm.htm

Image

Недостатком приведенной схемы объединения нескольких микросхем на один провод является низкая скорость передачи информации, обусловленная затягиванием переднего фронта. Это явление связано с различным сопротивлением заряда и разряда паразитной ёмкости шины. Заряд паразитной ёмкости происходит через сопротивления R1 и R2, которые много больше сопротивления открытого транзистора. Величину этого сопротивления невозможно уменьшить меньше некоторого предела, определяемого напряжением низкого уровня, который определяется в свою очередь допустимым током потребления всей схемы в целом.

Image

На мой взгляд, улучшить характеристики вентиля с ОК можно, применив вместо пассивного резистора динамическую нагрузку в коллекторной цепи в виде источника тока.

Для этого я смоделировал поведение 2-х идентичных каскадов с ОК, нагрузкой одного из которых (VT3) было сопротивление типичным номиналом в 300 Ом, а нагрузкой другого VT2 - простой источник тока на транзисторе VT1.

Image

Транзисторы VT4 и VT5 изображают входные цепи следующих каскадов. Сопротивления номиналом 10 Ом и резисторы в 10 пФ - соответственно сопротивление и ёмкость шины.

Применённый источник тока на биполярном транзисторе VT1 собран по весьма простой и известной схеме:

Image

Расчет тока стабилизации весьма прост: I = (Uстаб – Uб-э) / Rэ и выбран примерно 20 мА, что характерно для допустимого тока выходного каскада мс. К155ЛА8.
Uб-э ~ 0,7...1,0 В для кремневых транзисторов и ~ 0,4...0.6 В – для германиевых.
На этом стабилизаторе падает примерно 0,6...0.7 В.

Из эпюр напряжения видно, что активная нагрузка существенно улучшает фронт сигнала (зелёный цвет), по сравнению с линейной резистивной нагрузкой (красный).

Image

Если питать генератор стабильного тока от отдельного источника питания и позволить иметь запас по напряжению, чтобы транзистор VT1 дольше находился в активном режиме, можно достичь и несколько лучших параметров фронта (если проводить измерение на уровне 0.9 от максимальной амплитуды).
Как видно из графика, динамическая нагрузка позволяет существенно улучшить характеристики вентиля с ОК, и, таким образом, применение таких вентилей не должно существенно ухудшить времена задержки в нашем АЛУ. Что и можно оценить в проекте.

Image

Неплохая подборка по источникам тока существует здесь:
Откуда можно позаимствовать схему, задающую ток для нескольких нагрузок:

Image


20 Oct 2011 09:53
Profile
Banned
User avatar

Joined: 04 Jan 2013 11:09
Posts: 398
Location: 95.24.178.158
Reply with quote
Меня что-то вот этот расчет заинтересовал в связи с магистральными формирователями, в частности, с общим коллектором.
Lavr wrote:
Динамическая нагрузка для ОК
...
Из эпюр напряжения видно, что активная нагрузка существенно улучшает фронт сигнала (зелёный цвет), по сравнению с линейной резистивной нагрузкой (красный).

Image

Если питать генератор стабильного тока от отдельного источника питания и позволить иметь запас по напряжению, чтобы транзистор VT1 дольше находился в активном режиме, можно достичь и несколько лучших параметров фронта (если проводить измерение на уровне 0.9 от максимальной амплитуды).
Как видно из графика, динамическая нагрузка позволяет существенно улучшить характеристики вентиля с ОК, и, таким образом, применение таких вентилей не должно существенно ухудшить времена задержки в нашем АЛУ. Что и можно оценить в проекте.

Image

Из этих осциллограмм получается, что на частотах до 8 МГц вентиль с ОК при работе на шину не сильно ухудшает фронты сигнала.

В похожем расчете П.Хоровица, У.Хилла:
Усилитель с «открытым коллектором» при работе на шину

Получаются более худшие результаты

Image

Хотя у них и емкость шины побольше - 50 пФ и нагрузка более высокоомная - 1 КОм супротив 300 Ом здесь.

Image

В большинстве известных мне источников обычно указывают различные недостатки построения шин с ОК и резистивной нагрузкой, хотя и нет отказа от них совсем, но нигде я не встретил предельных значений для этих шин.

А кто-нибуть из личного опыта знает, до каких частот работоспособна линия, возбуждаемая ОК?

Единственную численную оценку я нашел для шины I2C:
Quote:
I2C использует две двунаправленные линии, подтянутые к напряжению питания и управляемые через открытый коллектор или открытый сток.
Основной режим работы — 100 кбит/с; Скорость также увеличивается до 400 кбит/с в скоростном режиме.
Максимальное допустимое количество микросхем, подсоединенных к одной шине, ограничивается максимальной емкостью шины в 400 пФ.


03 Jul 2014 18:27
Profile
Doomed

Joined: 25 Aug 2009 08:02
Posts: 361
Location: Москва
Reply with quote
Post 
Чего-то припоминается, что коаксиальный Ethernet ключеванием на землю возбуждается. 10 МГц :) Кто больше?


04 Jul 2014 10:30
Profile
Supreme God
User avatar

Joined: 21 Oct 2009 09:08
Posts: 7777
Location: Россия
Reply with quote
Тут вот Shaos заинтересовался различными аспектами передачи сигнала каскадом с открытым
коллектором при работе на длинную линию.

Я в своё время делал здесь все эти расчеты с двумя целями: вентили ОК я применял в схеме
4-bit Processor, и меня интересовало, насколько это решение ухудшит быстродействие.

Ну а второй момент: всем нам так или иначе приходится применять вентили ОК в том случае, если
мы запускаем наш любимый КР580ВМ80А без дефицитного генертора 580ГФ24.
Этот вопрос меня беспокоил, еще когда я свой "Специалист" делал, и я в нём поставил вентили ОК
531 серии с притяжкой к +12В резисторами в 300 Ом.
Этот узелок неслабо грелся у меня, ну и гораздо позже я осознал, что это влияет лишь на длительность
среза импульса, а его и вентили ОК серии 155 неплохой создают. А вот на длительность фронта влияет
сугубо величина притягивающего резистора и импеданс нагрузки.

С генераторами импульсов Ф1 и Ф2 по разным вариантам я поигрался, когда делал свой вариант
Простейшей микроЭВМ (КР580ВМ80А). Я посмотрел всё осциллографом и пришел к выводу,
что до 4 МГц формирователи импульсов Ф1 и Ф2 на вентилях с ОК совершенно точно никаких
проблем не создают, и главное, чтобы Ф1 и Ф2 не перекрывались.

Что касается работы каскада с ОК на шину или длинную линию, я в то время нашел материал, где
всё доступно объяснялось, и на этом я счел вопрос этот для себя закрытым.
Но если кто столкнётся с подобными вопросами, то этот материал хорошо изложен вот здесь:
4.4. Правила работы с согласованными линиями связи.

Если эта ссылка протухнет, а так бывает частенько в этом нашем Интернете, то материал цитируют
из книги: Шевкопляс Б.В. «Микропроцессорные структуры. Инженерные решения.» Москва,
издательство «Радио», 1990 год. Глава 4.

_________________
iLavr


08 Jan 2019 06:45
Profile
Display posts from previous:  Sort by  
Reply to topic   [ 4 posts ] 

Who is online

Users browsing this forum: No registered users and 1 guest


You cannot post new topics in this forum
You cannot reply to topics in this forum
You cannot edit your posts in this forum
You cannot delete your posts in this forum
You cannot post attachments in this forum

Search for:
Jump to:  
Powered by phpBB® Forum Software © phpBB Group
Designed by ST Software.