Åpen samler - Open collector
En åpen kollektor er en vanlig type utgang som finnes på mange integrerte kretser (IC) , som oppfører seg som en bryter som enten er koblet til jord eller frakoblet. I stedet for å sende ut et signal med en bestemt spenning eller strøm, sendes utgangssignalet til basen til en intern NPN -transistor hvis kollektor er eksternalisert (åpen) på en pinne på IC. Transistorens sender er koblet innvendig til jordpinnen. Hvis utgangsenheten er en MOSFET kalles utgangen åpent avløp og den fungerer på lignende måte. For eksempel er I²C- bussen og 1-Wire- bussen basert på dette konseptet.
Funksjon
På bildet er transistorbasen merket "IC -utgang". Dette er et signal fra den interne IC -logikken til transistoren. Dette signalet styrer transistorbryteren. Den eksterne utgangen er transistorsamleren; transistoren danner et grensesnitt mellom den interne IC -logikken og deler som er eksterne til IC -en.
På skjematiske komponentsymboler er den åpne utgangen angitt med disse symbolene:
- ⎐ for en pinne som sender ut lav-Z L eller hi-Z H (eller ⎒ med en intern pull-up-motstand )
- ⎏ for en pinne som sender ut hi-Z L eller low-Z H (eller ⎑ med en intern nedtrekksmotstand)
Utgangen danner enten en åpen krets (også skrevet "hi-Z" for høy impedans ) eller en forbindelse til jord. Utgangen består vanligvis av en ekstern pull-up-motstand , som øker utgangsspenningen når transistoren slås av. Når transistoren som er koblet til denne motstanden slås på, tvinges utgangen til nesten 0 volt. Åpne kollektorutganger kan være nyttige for analog vekting, summering, begrensning, etc., men slike applikasjoner diskuteres ikke her.
En tre-tilstands logisk enhet er ulik en åpen kollektorenhet, fordi den består av transistorer til kilde- og synkestrøm i begge logiske tilstander, samt en kontroll for å slå av begge transistorer og isolere utgangen.
Bruksområder for åpne kollektorenheter
Fordi opptrekksmotstanden er ekstern og ikke trenger å være koblet til brikkens forsyningsspenning, kan en lavere eller høyere spenning enn brikkens forsyningsspenning brukes i stedet (forutsatt at den ikke overskrider den absolutte maksimalverdien for brikkens utgang) . Åpne kollektorkretser brukes derfor noen ganger til å koble til forskjellige familier av enheter som har forskjellige driftsspenningsnivåer. Den åpne kollektortransistoren kan vurderes til å tåle en høyere spenning enn spenningsforsyningsspenningen. Denne teknikken brukes ofte av logiske kretser som opererer ved 5 V eller lavere for å drive enheter som motorer, 12 V -reléer , 50 V vakuumfluorescerende skjermer eller Nixie -rør som krever mer enn 100 V.
En annen fordel er at mer enn en åpen kollektorutgang kan kobles til en enkelt linje. Hvis alle utgangene som er koblet til linjen er i høyimpedans-tilstanden, holder pull-up-motstanden tråden i en høyspenningstilstand (logikk 1). Hvis en eller flere enhetsutganger er i logisk 0 (bakken) tilstand, vil de synke strøm og trekke ledningsspenningen mot bakken. Denne kablede logikkforbindelsen har flere bruksområder. Enheter med åpen samler brukes ofte til å koble flere enheter til ett signal for avbruddsforespørsel eller en delt buss som I²C . Dette gjør at en enhet kan kjøre bussen uten forstyrrelser fra de andre inaktive enhetene. Hvis ikke kollektorenheter ble brukt, ville utgangene til de inaktive enhetene forsøke å holde busspenningen høy, noe som resulterte i uforutsigbar utgang.
Ved å knytte produksjonen fra flere åpne samlere sammen, blir den felles linjen en "kablet OG" (positiv-sann logikk) eller "kablet ELLER" (negativ-sann logikk) gate. En "kablet AND" oppfører seg som den boolske OG av de to (eller flere) portene ved at det vil være logikk 1 når (alle) er i høy impedans -tilstand, og 0 ellers. En "kablet ELLER" oppfører seg som den boolske ELLER for negativ-sann logikk, der utgangen er LAV hvis noen av inngangene er lave.
SCSI -1 -enheter bruker åpen kollektor for elektrisk signalering. SCSI-2 og SCSI-3 kan bruke EIA-485 .
Ett problem med åpne kollektorenheter er strømforbruk, siden pullup-motstanden avleder strøm hver gang utgangen trekkes lavt, og jo høyere ønsket driftshastighet, desto lavere må motstandsverdien (dvs. jo sterkere pullup) være, noe som resulterer i økt forbruk. Selv i "av" -tilstand har de ofte noen få nanoampere av lekkasjestrøm (den nøyaktige mengden varierer med temperaturen).
MOSFET
Den analoge forbindelsen som brukes med MOS-transistorer er en åpen dreneringsforbindelse. Open-drain-utganger kan være nyttige for analog vekting, summering og begrensning, så vel som digital logikk. En åpen avløpsterminal er koblet til bakken når en høyspenning (logikk 1) tilføres porten, men gir en høy impedans når en lav spenning (logikk 0) tilføres porten. Denne tilstanden med høy impedans oppstår fordi terminalen har en udefinert spenning (flytende), og derfor krever en slik enhet en ekstern pull-up-motstand koblet til den positive spenningsskinnen (logikk 1) for å gi en logikk 1 som utgang.
Mikroelektroniske enheter som bruker åpne dreneringssignaler (for eksempel mikrokontrollere) kan gi en svak (høy motstand) intern opptrekksmotstand for å koble den aktuelle terminalen til enhetens positive strømforsyning . Slike svake pullups, ofte i størrelsesorden 100 kΩ, reduserer strømforbruket ved å hindre at inngangssignaler flyter og kan unngå behovet for en ekstern pull-up-komponent. Eksterne pullups er sterkere (lavere motstand, kanskje 3 kΩ) for å redusere signalstigningstider (som med I²C ) eller for å minimere støy (som på system RESET -innganger). Interne pullups kan vanligvis deaktiveres hvis de ikke er ønsket.
Pseudo åpent avløp (POD)
De pseudo åpen renne ( POD ) drivere har en sterk rullegardin styrke, men en svakere pullup styrke. En ren åpen dreneringsdriver har til sammenligning ingen pullupstyrke bortsett fra lekkasjestrøm: all opptrekk er på den eksterne avslutningsmotstanden. Dette er grunnen til at begrepet "pseudo" må brukes her: det er noe pull-up på førersiden når utgangen er i høy tilstand, den gjenværende pull-up-styrken tilveiebringes ved parallell-avslutning av mottakeren ytterst til HØY spenning, ofte ved hjelp av en omskiftelig, on-die terminator i stedet for en egen motstand. Hensikten med alt dette er å redusere det totale strømbehovet sammenlignet med å bruke både sterk pullup og sterk nedtrekk, som i drivere som HSTL. DDR4-minne bruker POD12-drivere, men med samme driverstyrke (34 Ω/48 Ω) for nedtrekk (R onPd ) og opptrekk (R onPu ). Begrepet POD i DDR4 refererer bare til termineringstype som bare er parallell pull-up uten nedtrekksavslutning ytterst. Referansepunktet (V REF ) for inngangen er ikke halvforsyning som var i DDR3 og kan være høyere.
JEDEC standardiserte POD15, POD125, POD135 og POD12 for 1,5V, 1,35V og 1,2V grensesnittforsyningsspenninger. En sammenligning av både DDR3- og DDR4 -avslutningsordninger når det gjelder skjevhet, øyeblender og strømforbruk ble publisert i slutten av 2011.
Åpent avløp, kjører høyt
Vanligvis kobler disse utgangene pinnen til bakken for å representere lav, og kobler fra for å representere høy, men de kan også koble pinnen til forsyningsspenningen for å representere høy, og koble fra for å representere lav. Dette er fortsatt "åpen kollektor" eller "åpent avløp", siden drivanordningen er motsatt polaritet (PNP eller P-kanal). GPIO -pinner kan vanligvis konfigureres for enten polaritet.