Проектирование троичных элементов (4) - пробуем CMOS-ключи

[Shaos]

Вот ещё 2 примера:

[Shaos]

Помучал DG403 на макетке - у этого чипа (во всяком случае у данного производителя) выявились очень интересные "троичные" свойства! Напомню что DG403 имеет две идентичных, в каждой из которых есть два цифровых ключа - один нормально замкнут, а другой нормально разомкнут (что позволяет делать из них один переключатель). Питание V- и V+ идёт непосредственно на ключи, а питиание GND и Vl идёт исключительно на логику управления ключом. Так вот подцепив GND к V- (-4.4 В), а Vl к V+ (+4.4 В) - что есть 8.8 В от V- до V+ - и постепенно увеличивая напряжение на входе управления ключом от нуля и выше (точнее от V-), выяснилось следующее - нормально замкнутый ключ размыкается при напряжении управления около 1.4 В от GND, но нормально разомкнутый ключ замыкается только если напряжение управления достигает 3.6 В от GND (или -0.8 в пересчёте на двуполярное питание)! Т.е. между этими величинами существует окно, внутри которого ОБА ключа разомкнуты! Причём размер окна зависит от разброса напряжения управляющего логической частью - при 6 вольтах (-3.0 В ... +3.0 В) окно простирается примерно от 1.3 В до 2.5 В (т.е. верхняя граница лежит на -0.5 В в пересчёте на двуполярное питание), а при 4.4 вольтах (-2.2 В ... +2.2 В) окно расположено примерно от 1.2 В до 2.0 В (что есть верхняя граница -0.2 В в пересчёте на двуполярное питание). Как видно напрямую это использовать неудаётся, т.к. окно расположено ниже нулевой области, но мы можем сдвинуть напряжение управление вверх применив резисторный делитель напряжения на два! В этом случае окно перемещается в случае 8.8 В в область 2.8...7.2 (что в пересчёте на двуполярное питание будет составлять -1.6...+2.. Резисторный делитель можно подкорректировать под конкретный чип, чтобы середина окна приходилась точно на ноль (середину диапазона питающих напряжений). В таком случае из одной микросхемы DG403 можно собрать два инвертора или два универсальных унарных троичных элемента, применив 6 резисторов (по 2 резистора на делитель и 1 резистор на подтягивание отключенного состояния - на каждую половинку). Т.е. никаких компараторов и даже диодов НЕНУЖНО! Также делитель можно заменить на подстроечный резистор, чтобы была возможность подстраивать режим работы конкретного чипа DG403 (если местоположение окна будет отличаться у разных производителей).

Вот собственно и схема, иллюстрирующая данный подход:



Верхняя часть микросхемы подключена как универсальный троичный унарный элемент, а нижняя - тоже самое, но подключено как троичный инвертор.

Как оказалось, обнаруженное мной в прошлом году окно задокументировано в даташите на DG403 от Intersil - правда лишь в виде диаграммы:



как видно при напряжении между Vl и GND больше 8 вольт пороги срабатывания ключей разбегаются - я пометил наш основной вариант (-5В...+5В или в сумме 10) красной линией (а также приписал номера ключей для верхнего порога)

P.S. правда экспериментально было установлено наличие окна даже при напряжении 4.4В (-2.2...+2.2), что отчасти подтверждается аналогичной диаграммой в даташите на DG403 от Vishay:



А вот в даташите на DG403 от Maxim ничего подобного и близко нет, т.е. уже на лицо зависимость от конкретного производителя, что не есть хорошо...

[Shaos]

Сегодня попробовал это на макетке - оказалось, что DG403 и без конденсатора заряд держит какое-то время - положительный около 7 секунд (примерно соответствует 70 пФ, т.к. 100 пФ держит 10 секунд, 1000 пФ - 100 секунд), а отрицательный - пока всё ещё держится

P.S. А вообще цифры хорошие - 1 мФ получается будет держать положительный заряд больше суток, осталось выяснить что за чудеса творятся с отрицательным зарядом...

[Shaos]

Сегодня попробовал это на макетке - оказалось, что DG403 и без конденсатора заряд держит какое-то время - положительный около 7 секунд (примерно соответствует 70 пФ, т.к. 100 пФ держит 10 секунд, 1000 пФ - 100 секунд), а отрицательный - пока всё ещё держится

P.S. А вообще цифры хорошие - 1 мФ получается будет держать положительный заряд больше суток, осталось выяснить что за чудеса творятся с отрицательным зарядом...

Вобщем не в отрицательности дело - оно со временем стремится не к нулю, как я надеялся поначалу, а к уровню, прицепленному ко второй слева ноге (т.е. вход N1) - в первом тесте там было -5В вот оно к нему и стремилось (от плюса), а из -5В соответственно никуда больше и не уходило. Из нуля оно также стремится к этому значению, правда занимает этот пробег несколько дольше - см.ниже (сначала цифра уход из противоположного уровня в ноль, а потом цифра выход из нуля к уровню на N1):
100 пФ -> 10 сек -> 2 мин 15 сек
1000 пФ -> 1 мин 36 сек -> 13 мин 15 сек
0.01 мкФ -> около 20 минут -> чуть больше 2 часов
по аналогии можно предположить, что
0.1 мкФ -> чуть больше 3 часов -> чуть больше 20 часов
1 мкФ -> чуть больше 30 часов -> чуть больше 8 дней

P.S. Попробовал без конденсатора - заряд сохраняется в ёмкости самого канала (или двух), которая судя по даташиту составляет 39 пФ:
в одну сторону -> 3 сек -> 50 сек (через один канал?)
в другую сторону -> 7 cек -> 1 мин (через два канала?)
но теперь оно не к N1 стремится, а к P1 - чудеса...

[Shaos]

Сегодня получил по почте генератор, способный генерить тестовые сигналы (синусоиду, трегульный или прямогуольный) с частотой до 2.4 МГц и сразу же проверил осциллографом буфер и инвертор собранные на тримуксе по нижеприведённой схеме:



Выяснилось, что граничная частота уверенного срабатывания - 200 кГц, после которой сигнал "съезжает" (т.е. ключи физически не успевают срабатывать). Предположил, что это резисторы в 1 кОм, которые поставлены для защиты микросхем в случае ошибочной подачи разноимённых напряжений в одну и ту же точку, медленно заряжали ёмкость канала (которая 39 пФ). Убрал резисторы - граничная частота уверенной работы увеличилась до ожидаемого 1 МГц!




Как можно видеть, при 1 МГц выход отстаёт на четверть периода или примерно на 250 нс (по видимому это задержка в двух каналах DG403 подключённых последовательно).

[Shaos]

Надумал я тут объединить MUX и MEM в единый элемент, который может уже по праву называться "универсальный троичный логический элемент", т.к. для построения ЛЮБЫХ троичных автоматов НИЧЕГО больше и не потребуется

Суть в том, что между выходом мультиплексора и землёй ставиться конденсатор, например 0.1 мкФ - при условии, что дальше стоит другой CMOS-ключ мы имеем несколько тысяч мегаом входного сопротивления, что даст нам около часа времени сохранения напряжения на конденсаторе, если его вход будет подвешан в воздухе (например когда одна из трёх ног мультиплексора никуда не подключена и именно она выбрана - конденсатор будет хранить предыдущее значение).

В случае же эмулятора Logisim отключённое состояние можно сымитировать состоянием 11, ранее не использованным.

P.S. Попоробовал собрать в симуляторе гибрид MUX+MEM - тяжеловато получается - может тормозить и глючить...

По идее TRIMUX вполне может работать как MEM (правда всего несколько секунд ежели без конденсатора) - т.е. универсальный элемент уже имеется - так что наверное в логисиме придётся таки придумать такого гибрида...

[Shaos]

Получил партию новых плат:



Могу для тестирования бесплатно выслать одну плату, если кто серъёзно интересуется...

P.S. Налетай - халява!

[rvnick]

соблюдайте очередь товарищи!

[Shaos]

платы на раздачу:

[Shaos]

граничная частота уверенной работы увеличилась до ожидаемого 1 МГц!

Сегодня попробовал TRIMUX с DG403 от MAXIM (они обычно дороже) - по частоте результаты ещё лучше!
Очертания инвертированного сиганал остаются чёткими вплоть до 2 МГц и далее съезжают

[rvnick]

Ну наконец всё получил,всё собрал, всё работает.
Пока только частотку не могу проверить, нет подходящего
генератора.Завтра попробую ещё с окном поиграть.

[Shaos]

Ну наконец всё получил,всё собрал, всё работает.
Пока только частотку не могу проверить, нет подходящего
генератора.Завтра попробую ещё с окном поиграть.

А фотки?

[rvnick]

Можно и фото,только как здесь они прицепляются к сообщению?

[Shaos]

Можно и фото,только как здесь они прицепляются к сообщению?

Над окном ввода текста среди разных кнопочек есть кнопочка "Image Manager" - там внутри можно добавить фотку - только надо делать ее не больше 800 пикселов по максимальной стороне

[rvnick]

попробуем