Современная электроника №8/2023

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 35 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 8 / 2023 ствует такое входное напряжение , при котором на выходе элемента устанав - ливается напряжение , равное вход - ному . Для микросхем ТТЛ - структуры ( серии К 155) это значение составляет примерно 1,1 В при типовом значении напряжения питания 5 В . Применение таких микросхем в устройствах пере - дачи и приёма данных по длинным несогласованным линиям не позво - ляет получить приемлемой помехо - устойчивости даже при работе на линии относительно небольшой длины ( более 5 м ). Дело в том , что многократ - ные отражения сигнала , амплитуда которых даже незначительно превы - шает значение порогового напряже - ния переключения логических элемен - тов (1,1 В ), приводят к многократному переключению выходных регистров , а значит , к ошибкам передачи данных [4]. Чтобы частично скомпенсировать отражённый сигнал , в случае примене - ния ТТЛ ( К 155) и ТТЛШ ( К 555, КР 1533) микросхем часто используют обычные RC- фильтры ( так называемые интегри - рующие цепочки ), но они же сами и вносят искажение в передаваемый сиг - нал , искусственно увеличивая времена нарастания и спада фронтов сигнала . Поэтому такой способ малоэффективен и , в конечном счёте , приводит только к увеличению суммарной паразитной ёмкости линии , что создаёт допол - нительную нагрузку на микросхемы трансляторов сигналов на передаю - щей стороне линии . Есть и ещё одна проблема , связанная с применением RC- фильтров . С увеличением времён нарастания и спада фронтов сигнала увеличивается и время « пребывания » управляющего сигнала вблизи « опас - ного » порогового уровня напряжения переключения логического элемента , что , в свою очередь , приводит к воз - растанию вероятности ложного пере - ключения выходного регистра под дей - ствием сигнала помехи и нарушению эстетического эффекта . Современная элементная база – быстродействующие КМОП - микро - схемы , обладающие высокой нагру - зочной способностью и максималь - ной помехоустойчивостью ( их поро - говое напряжение переключения практически равно половине напря - жения питания ), позволяют постро - ить СДУ с последовательным интер - фейсом , длина соединительных линий которого , учитывая участки , соединяющие регистры выносной гирлянды , может достигать 100  м даже при использовании обычной витой пары ( никаких экранирован - ных проводников !). Первое преимущество КМОП - микросхем серии КР 1564 заключается в высокой помехоустойчивости , зна - чительно превышающей соответству - ющее типовое значение для элемен - тов ТТЛШ - микросхем серии КР 1533. В случае применения микросхем струк - туры КМОП серии КР 1564 симметрич - ные передаточные характеристики обеспечивают помехоустойчивость на уровне 45% от напряжения источни - ка питания , что близко к идеальному значению 50%, причём помехоустой - чивость системы возрастает с увели - чением напряжения источника пита - ния , поскольку возрастает амплитуда транслируемого сигнала . Второе преимущество микросхем структуры КМОП , благодаря их высо - кой нагрузочной способности ( серии КР 1554, КР 1564), заключается в воз - можности непосредственно управлять нагрузкой , имеющей ёмкостный харак - тер . Сбалансированные ( симметрич - ные ) вольтамперные передаточные характеристики элементов микросхем указанных серий позволяют получить практически одинаковые времена фронтов нарастания и спада сигнала . Кроме того , для трансляции сигналов в линию и приёма можно использо - вать мощные буферные элементы на основе триггеров Шмитта , обладающие гистерезисом ( при напряжении пита - ния 5 В для ИС КР 1554 ТЛ 2 это значе - ние составляет примерно 400 мВ ), что создаёт дополнительный запас поме - хоустойчивости . Третье преимущество использова - ния КМОП микросхем серии КР 1564 по сравнению с ТТЛ ( К 155) и ТТЛШ ( К 555, КР 1533) заключается в нали - чии на входах и выходах всех элемен - тов защитных диодов , предотвраща - ющих пробой подзатворного окисла ( диэлектрика ) полевых транзисто - ров элементов микросхем , в случае воздействия экстремальных входных токов и напряжений ( например , раз - ряда статического электричества или так называемых « просечек » сигнала , превышающих допустимый уровень ). Защитные диоды приводят к ограни - чению « просечек » сигнала выше уров - ня питания (overshoot) и ниже уровня « земли » (undershoot). Эти диоды огра - ничивают пиковые значения сигнала на уровне +0,7 В выше уровня питания и –0,7 В ниже уровня « земли ». Эта осо - бенность полностью исключает необ - ходимость применения интегриру - ющих RC- цепочек для компенсации хорошо известных отражений сигна - ла и , в случае применения КМОП - микросхем указанных серий , позволяет значительно упростить схемотехниче - ские решения на передающей и приём - ной сторонах линии передачи . Схема электрическая принципиальная На схеме электрической ( рис . 1) в явном виде показано подключение одного выходного регистра , состоящего из 4 микросхем (DD10…DD13), с помо - щью трёх сигнальных проводников соединительной линии . Таких выход - ных регистров , которые при параллель - ном включении будут работать син - хронно , может быть несколько . Общий проводник ( на схеме не показан ), сое - диняющий выходной регистр и общий провод основной платы контроллера , также входит в состав соединительной линии и должен выполняться много - жильным проводом сечением не менее 1 мм 2 . Управление выходным регистром , следовательно , и загрузка в него дан - ных , осуществляется по трём сигналь - ным линиям последовательного интер - фейса : « Данные », « Синхронизация » и « Разрешение индикации ». Третья линия – вспомогательная , этот сигнал кратковременно отключает выходы ИМС всех регистров на время загрузки текущей комбинации , что исключает эффект мерцания малоинерционных светодиодов . Таким образом , гирлянда выносных элементов подключается к основной плате устройства ( не считая экранирующих , необходимых только при длине линии более 10 м , составля - ющих пару каждому сигнальному про - воднику ) всего четырьмя проводами : « Данные », « Синхронизация », « Разре - шение индикации » и « Общий ». Устройство содержит : НЧ - генератор смены светодинамических комби - наций (DD1.1, DD1.2, R1, R2, C1), ВЧ - генератор (DD1.3, DD1.4, R6, R7, C4), стробирующий схему формирова - ния импульсов синхронизации (DD4.1, DD2.3, DD2.4), адресный счётчик (DD3) выборки РПЗУ (DD5), адресный счёт - чик (DD4.2) выборки мультиплексо - ра (DD6), а также контрольный (DD8, DD9) и выходной (DD10…DD13) реги - стры . Причём триггеры Шмитта , вхо - дящие в состав микросхем DD10, DD12, служат как для приёма и восстанов -