Реверсивная работа логических элементов

Texas Instruments CD4050B CD40106B CD4013B

Журнал РАДИОЛОЦМАН, август 2019

Михаил Шустов, г. Томск

Показана возможность использования типовых элементов цифровой техники в реверсивном режиме

Работа устройств электронной техники, так же, как и чтение текста, так же, как общепринятое изображение схем устройств на электрических схемах традиционно и последовательно описывается или происходит слева-направо, в соответствии с направлением прохождения сигнала или правилами чтения текста или схем. С одной стороны, это облегчает конструирование схем и понимание принципов их работы, с другой – существенно обедняет возможности модернизации устройств и заметно ограничивает заложенный в них потенциал.

Реверсивная работа повторителя напряжения.
Рисунок 1. Реверсивная работа повторителя напряжения.

Реверсивность в работе электронных устройств подразумевает возможность равнозначного пропускания и/или обработки сигналов через эти устройства как в направлении от входа к выходу, так и наоборот [1–4], т.е. входы и выходы реверсивных устройств взаимно обратимы.

Реверсивная работа инвертора напряжения.
Рисунок 2. Реверсивная работа инвертора напряжения.

Ниже на Рисунках 1–4 приведены примеры использования типовых элементов цифровой техники в обратимом режиме. На Рисунке 1 показана схема реверсивной работы повторителя напряжения, выполненного на элементе DD1 CD4050BD. Выходной сигнал повторителя напряжения, как это и следует из наименования устройства, полностью повторяет входной сигнал при полной обратимости входа и выхода устройства. Особенностью этой и нижеприводимых схем является то, что сопротивление нагрузки устройства во избежание просаживания уровня выходного сигнала должно превышать 100 кОм.

Реверсивная работа двухвходовых элементов И/И-НЕ; ИЛИ/ИЛИ-НЕ; Исключающее ИЛИ/Исключающее ИЛИ-НЕ.
Рисунок 3. Реверсивная работа двухвходовых элементов И/И-НЕ;
ИЛИ/ИЛИ-НЕ; Исключающее ИЛИ/Исключающее ИЛИ-НЕ.

На следующем Рисунке 2 показана схема реверсивного инвертора напряжения.

Реверсивная работа D-триггера в качестве делителя частоты на два.
Рисунок 4. Реверсивная работа D-триггера в качестве делителя
частоты на два.

Возможность реверсивной работы элементов И/И-НЕ; ИЛИ/ИЛИ-НЕ; Исключающее ИЛИ/Исключающее ИЛИ-НЕ продемонстрирована на Рисунке 3. Второй вход логического элемента условно при помощи переключателя SA2 подключается к общей шине или шине питания, хотя на этот вход могут быть поданы управляющие импульсы от второго генератора импульсов.

Переходные процессы при работе D-триггера в качестве делителя частоты на два, см. Рисунок 4.
Рисунок 5. Переходные процессы при работе D-триггера в качестве
делителя частоты на два, см. Рисунок 4.

Перспективы работы в реверсивном режиме элементов цифровой техники более сложного построения пока проблематичны, хотя пример использования D-триггера в качестве делителя частоты на два привести можно (Рисунок 4). Динамика переходных процессов на входе и выходе устройства изображена на Рисунке 5. На рисунке отчетливо заметны небольшие ступеньки, искажающие форму выходных импульсов, обусловленные особенностью построения схемы. Впрочем, амплитуда этих ступенек (малые доли вольта) не столь значительна, чтобы сказаться на работе последующих каскадов.

Варианты подключения питания микросхем. (GI1 и GI2 - генераторы импульсов).
Рисунок 6. Варианты подключения питания микросхем.
(GI1 и GI2 – генераторы импульсов).

Питание логических элементов, работающих в реверсивном режиме, можно осуществлять как обычным способом, от источников питания постоянного тока (Рисунок 6, слева), так и от одного или нескольких внешних генераторов импульсных сигналов путем суммирования их, например, диодным сумматором и последующей фильтрации элементами R1C1 (Рисунок 6, справа). Разумеется, на форму и амплитуду сигналов генераторов такая нагрузка влиять не должна. Отметим, что диодно-резистивная схема защиты входов и выходов КМОП-микросхем допускает возможность их работы в слаботочном режиме без использования собственного источника питания при подаче сигналов на вход(ы) микросхемы.

Литература

  1. Shustov M.A., Shustov A.M. Electronic Circuits for All. – London: Elektor International Media BV, 2017. – 397 p.; Elektronika za sve: Priručnik praktične elektronike. – Niš: Agencija EHO, 2018. – 392 St.
  2. Шустов М.А. Реверсивные регенераторы логического уровня // Радиомир. – 2011. – № 4. – С. 14–15
  3. Шустов М.А. Полностью реверсивный усилитель на ОУ
  4. Шустов М.А. Реверсивный УНЧ

Материалы по теме

  1. Datasheet Texas Instruments CD4050B
  2. Datasheet Texas Instruments CD40106B
  3. Datasheet Texas Instruments CD4013B
CD4050B на РадиоЛоцман.Цены
5 предложений от 5 поставщиков
Буферы и линейные аппаратные драйверы CMOS Hex Non-Invert Buffer/Conv
ПоставщикПроизводительНаименованиеЦена
ЭлектроПласт- ЕкатеринбургTexas InstrumentsCD4050B2по запросу
МосЧипTexas InstrumentsCD4050B/по запросу
ТаймЧипсTexas InstrumentsCD4050Bпо запросу
LifeElectronicsTexas InstrumentsCD4050B----CALLREPпо запросу
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя
Фрагменты обсуждения:Полный вариант обсуждения »
  • 1. Так и не понял зачем это нужно, ни одного вразумительного примера! 2. Даже если это абстракция, то зачем куча резисторов, увеличивающих потребление и ухудшающих характеристики сигналов. 3. Если очень хочется, то может без резисторов, оставить только переключатели...
  • Для того, кто занимался сопряжением двухсторонних линий обмена, например от программатора или отладчика к микроконтроллеру или между двух контроллеов- все понятно что и для чего.
  • А что, z-состояние уже не помогает?
  • Присоединяюсь. Статья так написана, что мало внимание уделено "целеполаганию". Я подумал, что изучалась работа логического элемента, когда на его выход подает сигнал, а на входе что-то получается :) Завлекательное [B]название[/B] статьи!
  • Присоединяюсь. Есть же полно элл. базы с третьим состоянием. Ставь реверсируй как угодно. А то городят не понятно что.
  • если очень хочется приключений - можно и по такому пути пойти, но обычно есть контроллер протокола, который знает, когда в каком направлении идет сигнал, и передатчик с Z-состоянием или открытым коллектором. RS-485, MIL-STD-1553 и CAN придумали не от "нечего делать".
  • По-моему автор не пытается подменить специально разработанные средства реверсирования. Он лишь показывает принципиальную возможность использования обычных логических элементов в реверсивном режиме. Само по себе такое применение является интересным и может быть вполне использовано для решения ряда простых задач. Важно, что он один из немногих обратил на это внимание и вынес на обсуждение.
  • Реверс требует входа управления, а если два управляющих устройства- то два дополнительных входа управления, да еще и арбитраж между ними нужно делать. Так что иногда огород еще нужно посмотреть где больше будет.
  • Ни каких огородов городить не надо. Кроме того эта логика высокоскоростная и малопотребляющая. У меня она работает как на прием сигналов на плату так и на выдачу с платы с малой емкостью по линии.
Полный вариант обсуждения »