Porte "speciali"

In fase di sviluppo Stesura preliminare In fase di sviluppo

Alcune porte hanno un comportamento che, da un punto di vista elettrico, è diverso da quello delle comuni porte logiche. Da un punto di vista logico il comportamento è invece identico a quello delle porte logiche ordinarie.

Buffer

Un buffer è una porta che permette di avere in uscita una corrente maggiore dell'ordinario, indicativamente il doppio o il triplo.

Il simbolo IEC è un triangolo con la punta verso l'uscita (nota 2); non esiste un segno per i simboli MIL/ANSI.

Uscita open drain

Un'uscita open drain può assumere due stati:

Un'uscita di questo tipo è indicata negli schemi con:

Per esempio una porta contenuta nell'integrato 74HC03 (2-input NAND gate with open-drain output) può essere descritta dalla seguente tabella e dal seguente simbolo:

A B Q
0 0 HZ
0 1 HZ
1 0 HZ
1 1 0

gate open drain - simbolo

Per rendere compatibile l'uso di una porta open drain con le normali porte è necessario collegare un elemento che "tira su" la tensione a VCC. In genere è una resistenza chiamata, appunto, di Pull Up (RPU) dal valore di qualche kΩ, collegata tra l'uscita e VCC:

Le porte open drain permettono di collegare le uscite di due o più porte logiche: se almeno una porta forza lo zero, l'uscita complessiva sarà zero, formando quindi una sorta di AND senza l'uso di ulteriori porte logiche. Per indicare il fatto che basta un'uscita a zero per avere uno zero su tutte le uscite si usano spesso i termini zero dominante oppure weak pull up.

L'uso di componenti a open drain, un tempo popolare, oggi è rimasto praticamente in una sola applicazione importante: il bus I2C.

Uscita 3-state

Una porta 3-state (three state oppure tri-state) presenta tre stati in uscita:

Lo stato HZ è comandato da un ingresso specifico, indicato come Output Enable (OE) oppure semplicemente Enable (E oppure EN). Di seguito la tabella di verità riferita ad un 74HC126, buffer non invertente con uscita tri-state.

A OE Q
0 0 HZ
0 1 0
1 0 HZ
1 1 1

Un'uscita 3-state nei simbolo IEC è evidenziata da un triangolo con la punta verso il basso (nota 2); non esiste un segno grafico specifico per i simboli MIL/ANSI.

Le uscite delle porte tri-state possono essere collegate insieme a condizione che tutte tranne una abbiano l'uscita pari ad HZ. Di seguito un esempio:

3 state

Per il funzionamento corretto è necessario che una sola delle tre uscite tra di loro collegate sia attiva; quindi uno solo dei tre ingressi Ex deve essere alto, nell'esempio mostrato EA.

Ingresso a trigger di Schmitt

Una porta ordinaria riconosce come valore logico alto una tensione in ingresso superiore ad una certa soglia e come valore logico basso una tensione inferiore alla stessa soglia. In genere tale soglia è, per le porte in tecnologia CMOS prossima a metà della tensione di alimentazione.

Consideriamo come esempio una porta NOT il cui ingresso ha un andamento triangolare (segnale blu nel grafico seguente), quindi non un segnale digitale 0 oppure 1. Il grafico mostra come potrebbe essere l'uscita, in rosso:

Se il segnale di ingresso ha un andamento irregolare, per esempio a causa del rumore o di interferenze, l'uscita appare come nel grafico seguente:

Il continuo passaggio da 0 a 1 dell'uscita potrebbe essere un problema! SI pensi per esempio ad un software che deve compiere una determinata operazione quando la linea rossa passa da 0 a 1 o viceversa.

Le porte con ingresso a trigger di Schmitt possiedono due soglie di scatto; consideriamo sempre una porta NOT:

 

Possiamo immaginare che l'ingresso debba superare entrambe li linee C1 e C2 per far si che l'uscita cambi. Oppure, in modo meno rigoroso, possiamo immaginare che la soglia C2 deve essere considerata durante la salita del segnale di ingresso e la soglia C1 durante la discesa (isteresi).

Le due soglie sono normalmente indicate come VT+ (voltage threshold plus) e VT- (voltage threshold minus).

Il grafico precedente è molto simile a quello di una porta ordinaria. Cambia invece profondamente nel caso in cui l'ingresso abbia un andamento irregolare:

Porte NOT con ingressi a trigger di schmitt e ingresso "rumoroso"

Inoltre la tecnologia con cui è realizzata una porta con ingresso a trigger di Schmitt non ha particolari controindicazioni nel caso di tensioni di ingresso diverse da Vcc e massa.

Quello seguente è un estratto dei fogli tecnici di una porta NOT con ingressi a trigger di Schmitt. Sono evidenziati i valori tipici di VT+ e VT-:

Il simbolo è quello della porta logica di riferimento integrato da un simbolo che indica l'isteresi (⎎):

Note

  1. OC (Open Collector) era il termine utilizzato con le tecnologie TTL, ora obsolete. Il termine è comunque ancora a volte utilizzato anche in tecnologie più moderne
  2. Quello riportato è il simbolo parziale di un 74HC126, buffer non invertente con uscita tristate
  3. Nelle porte logiche reali tensioni lontane da 0 V e da Vcc sono non raccomandate in quanto la linea C2 tende a cambiare posizione a seconda della porta utilizzata e della temperatura. Soprattutto, il consumo di corrente diventa molto elevato, con il rischio di danni alla porta logica


Pagina creata nell'ottobre 2020
Ultima modifica: 27 novembre 2021


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