АНАЛОГ ЦИФРОВОЙ МИКРОСХЕМЫ ТТЛ С БОЛЬШИМ ВХОДНЫМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ Российский патент 2011 года по МПК H03K19/00 

Изобретение относится к цифровой технике.

При контроле устройств, выполненных на ТТЛ микросхемах, в процессе изготовления или при эксплуатации с помощью телеметрии, возникает задача - исключить влияние контролирующего устройства в точках подключения к контролируемому устройству. Для решения этой задачи необходим элемент, имеющий большое входное сопротивление, а по уровню переключения и быстродействию соответствующий ТТЛ микросхемам. Желательно, для использования в телеметрии, чтобы электропитание элемента производилось от источника электропитания контролируемого устройства, с напряжением электропитания ТТЛ микросхем 5В.

В качестве элемента для подключения к контролируемому устройству обычно используют компараторы напряжения, например, К521СА5 (СПРАВОЧНИК А.В.Нефедов. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ И ИХ ЗАРУБЕЖНЫЕ АНАЛОГИ * Каталог, издательское предприятие РадиоСофт Москва, 2001, том 4).

Компараторы напряжения, сравнимые по быстродействию с ТТЛ микросхемами, требуют несколько источников электропитания, и стоимость микросхемы компаратора напряжения выше стоимости ТТЛ или КМОП цифровой микросхемы.

КМОП микросхемы по быстродействию и входному сопротивлению соответствуют требованиям к входному элементу контролирующего устройства. Значение выходного напряжения логического нуля ТТЛ микросхемы соответствует допуску на входное напряжение логического нуля КМОП микросхемы, а нижнее значение выходного напряжения логической единицы ТТЛ микросхемы не входит в допуск на входное напряжение логической единицы КМОП микросхемы. Это несоответствие можно устранить снижением напряжения электропитания КМОП микросхемы, при этом значение допуска на входное напряжение логической единицы снижается пропорционально снижению напряжения электропитания. Для приведения в соответствие нижнего значения логической единицы выходного напряжения ТТЛ микросхемы к входному напряжению КМОП микросхемы, напряжение электропитания КМОП микросхемы необходимо снизить до 3,5…4,0 В. При таком значении питающего напряжения КМОП микросхемы необходима защита микросхемы ТТЛ, превышающей напряжение электропитания микросхемы КПОМ.

Цель изобретения - создать цифровую микросхему ТТЛ с большим входным сопротивлением на цифровой микросхеме КМОП, используя свойство последней изменять входные логические уровни напряжения при изменении питающего напряжения. Для микросхемы ТТЛ серии 533 подходит микросхема КМОП серии 1564, например, К1564ЛН1 (СПРАВОЧНИК А.В.Нефедов. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ И ИХ ЗАРУБЕЖНЫЕ АНАЛОГИ * Каталог, издательское предприятие РадиоСофт Москва, 2001, том 11).

Предлагаемая схема цифровой микросхемы ТТЛ с большим входным сопротивлением - микросхема КМОП, отличающаяся тем, что в схему включения электропитания микросхемы, для приведения входных и выходных логических уровней напряжения микросхемы ТТЛ, введены элементы снижения напряжения питания микросхемы - диоды 6, 7, элементы защиты входов микросхемы КМОП от входного напряжения, превышающего напряжение питания микросхемы - диоды 3 и резисторы 2, элементы, обеспечивающие нормальный режим работы схемы защиты входов микросхемы КМОП - диод 8 и резистор 9.

На чертеже представлена электрическая схема аналога цифровой микросхемы ТТЛ с большим входным сопротивлением.

На чертеже изображены:

1 - входы аналога цифровой микросхемы ТТЛ с большим входным сопротивлением;

2 - резисторы защиты входов микросхемы КМОП от напряжения, превышающего напряжение питания микросхемы КМОП;

3 - диоды защиты входов микросхемы КМОП от напряжения, превышающего напряжение питания микросхемы КМОП;

4 - цифровая микросхема КМОП;

5 - выходы аналога цифровой микросхемы ТТЛ с большим входным сопротивлением;

6, 7 - диоды, обеспечивающие снижение напряжения питания цифровой микросхемы КМОП;

8 - диод, обеспечивающий нормальный режим работы схемы защиты входов микросхемы КМОП от напряжения, превышающего напряжение питания микросхемы;

9 - резистор, обеспечивающий нормальный режим работы схемы защиты входов микросхемы КМОП, от напряжения, превышающего напряжение питания микросхемы;

+U - вывод для подключения питающего напряжения цифровой микросхемы;

GND - вывод общий цифровой микросхемы.

+5V - вывод для подключения питающего напряжения аналога цифровой микросхемы ТТЛ с большим входным сопротивлением;

OV - вывод общий аналога цифровой микросхемы ТТЛ с большим входным сопротивлением.

Цифровая микросхема 3 ТТЛ с большим входным сопротивлением работает следующим образом. Напряжение питания микросхемы КМОП 4 понижено до 3,5…4 В, за счет тока, протекающего в прямом направлении через диоды 6, 7. Значение тока определяется значением сопротивления резистора 9 и током потребления микросхемы КМОП 4. При таком напряжении питания входные и выходные логические уровни напряжения микросхемы КМОП 4 удовлетворяют требованиям для цифровой микросхемы ТТЛ.

Защита входов микросхемы КМОП от напряжения, превышающего напряжение питания микросхемы, выполнена на резисторах 2, 9 и диодах 3, 8. Для нормальной работы защиты входов микросхемы КМОП от входного напряжения, превышающего напряжение питания микросхемы КМОП, должно выполняться неравенство:

I₈>ΣI₃ где:

I₈ - ток диода 8, определяемый значением резистора 9;

I₃ - ток диода 3, определяемый значением сопротивления резистора 2 и напряжением входного сигнала.

Ток, протекающий через диод 8, превышает ток, протекающий через отдельный диод 3 защиты входа микросхемы КМОП от напряжения, превышающего напряжение питания микросхемы.

Следовательно, напряжение на диоде 3 меньше напряжения на диоде 8 и напряжение на входе микросхемы КПОМ 4 не может превысить напряжение питания микросхемы.

Изобретение относится к цифровой технике. Техническим результатом является снижение влияния контролирующего устройства в точках подключения к контролируемому устройству. Цифровая микросхемы ТТЛ содержит цифровую микросхему КМОП, диодно-резисторный делитель напряжения питания микросхемы и ограничитель входного напряжения. Снижение напряжения питания микросхемы КМОП ведет к соответствию входных и выходных уровней напряжения микросхемы КМОП уровням микросхем ТТЛ. Ограничитель входного напряжения защищает входы микросхемы КМОП от входного напряжения, превышающего напряжение питания микросхемы. 1 ил.

Цифровая микросхема ТТЛ с большим входным сопротивлением - цифровая микросхема КМОП, отличающаяся тем, что в схему включения питающего напряжения микросхемы введены, для снижения напряжения питания микросхемы, цепочка из двух последовательно включенных диодов, резисторы и диоды защиты от входного напряжения, превышающего напряжение питания микросхемы, диод и резистор, обеспечивающие нормальный режим работы защиты от входного напряжения, превышающего напряжение питания микросхемы, причем анод первого диода цепочки подключен к источнику напряжения питания цифровой микросхемы ТТЛ с большим входным сопротивлением, а вывод питающего напряжения микросхемы подключен к катоду второго диода цепочки, каждый вход цифровой микросхемы КМОП подключен к резистору защиты от входного напряжения, превышающего напряжение питания микросхемы, второй вывод которого является входом устройства, и аноду диода защиты от входного напряжения, превышающего напряжение питания микросхемы, катоды диодов защиты подключены к катоду диода и резистору, обеспечивающих нормальный режим работы защиты входов микросхемы КМОП от напряжения, превышающего напряжение питания микросхемы, причем, второй вывод резистора подключен к общему выводу микросхемы, а анод диода к выводу микросхемы для подключения питающего напряжения, выходы микросхемы являются выходами цифровой микросхемы ТТЛ с большим входным сопротивлением.