Когда НЕ следует использовать драйверы Totem Pole?

Когда неуместно использовать драйвер тотемного столба при проектировании схемы?

То есть. Никогда не используйте драйверы тотемных столбов, когда ... или драйверы тотемных столбов никогда не используются для ...

Когда не использовать тотемные столбы:

1. Вы не можете использовать тотемные столбы для проводного И (часто называемого проводным ИЛИ, но чаще всего это И). Если один выход высокий, а другой низкий, вы получаете короткое замыкание. Всегда используйте драйверы с открытым коллектором / открытым стоком для проводного И.
2. Тотемные столбы TTL очень асимметричны: они едва ли могут подавать ток, обычно 0,4 мА против 16 мА при погружении. Так что не используйте их, когда вам нужно и источник и сток тока. CMOS-тотемы более симметричны и не страдают от этого.
3. Когда нагрузка, которую вы ведете, выходит за пределы , как, например, маломощное реле, которому требуется + 12 В на выходе TTL. Падение тока на выходе будет низким, как и ожидалось, но когда оно будет высоким, оно увидит +12 В, что повредит деталь.$V_{CC}$
4. Когда вход, к которому вы подключаетесь, использует совершенно другое напряжение питания. Например, если выходной сигнал будет переключаться между 0 и + 1,5 В, он не будет напрямую использоваться в качестве входа в системе 15 В. Используя открытый коллектор, подтягивание может быть подключено к + 15В, и уровни выхода будут автоматически в соответствии с этой системой. Важное замечание: Многие новые семейства низковольтных логик имеют зажимные диоды на своих выходах, даже открытый сток, поэтому вы не можете выйти за пределы . Я предполагаю, что это связано с процессом низкого напряжения, но это убирает наиболее интересную особенность открытого стока.$V_{DD}$

Резюме:*

• Драйвер или выход тотемного полюса является быстрым и относительно «мощным» при переключении в любом направлении по сравнению со ступенями пассивного резистора, либо с источником тока или со ступенями с открытым коллектором.

• Устройство с тотемным полюсом не подходит для параллелизма с другими дайверами для создания «проводных ИЛИ» ступеней - что может быть полезно в некоторых приложениях.

• Привод тотемного полюса переключается «между своими питающими рельсами», поэтому не может управлять нагрузками, которые на одном конце подключены к напряжениям за пределами питающих рельсов - как это требуется в некоторых приложениях.

  * - пункты в этом резюме уже описаны ниже. Ничего нового не добавлено.

Драйвер полюса тотема или выходной каскад - это свободный термин, используемый для обозначения того, что выход активен как в верхнем, так и в низком направлениях.

Выходом тотемного полюса может быть «комплементарная пара» NPN / PNP или N Channel / P Channel или, как в случае многих логических устройств TTL, два устройства одинаковой полярности, расположенные друг над другом. Такое расположение стало настолько распространенным, что часто используется термин «тотемный столб», даже если дополнительная пара может служить тем же целям. Первоначально этот термин использовался в конструкциях термоэлектронных клапанов до транзисторов, в которых две ступени были расположены последовательно таким же образом. Поскольку нет клапана, эквивалентного транзистору PNP, комплементарные пары конструкции были невозможны.

См. Диаграмму ниже - классический вывод на тотемный полюс с драйверами одинаковой полярности сверху и снизу. Обычно это то, что подразумевается под термином.

См. Диаграмму ниже - два по цене одного. Q1 и Q4 - классический драйвер тотема. Q2 и Q3 образуют дополняющую двухтактную выходную пару - реже подразумеваемую терминологией полюсов Totm.

Отсюда

Альтернативы стадии тотема -

• Пассивное подтягивание (или понижение), когда резистор используется для обеспечения привода в одном направлении и «тянется» в другом направлении с помощью активного устройства.

• Привод «с открытым коллектором», в котором активное устройство «тянет» в одном направлении и ничего не тянет в другом. Это позволяет пользователям добавлять свои собственные «подтягивания», которые являются «нагрузкой для активного драйвера», и / или подключать несколько таких этапов параллельно с одной нагрузкой, общей для всех.

• Подтверждение источника тока. Это похоже на использование пассивного резистивного подтягивания, но имеет несколько иные характеристики.

Тотемный столб

• Обеспечивает активный и, таким образом, контролируемый и потенциально высокий уровень и быстрый привод в обоих направлениях.

• Должен быть спроектирован таким образом, чтобы избежать чрезмерного (или какого-либо) тока «сквозь», когда оба драйвера включены одновременно. Является ли это проблемой, во многом зависит от приложения и дизайна.

• «Всегда включен», либо тянет вверх, либо тянет вниз, либо немного и того, и другого.

• Переключение между шинами питания микросхемы (скажем, Vdd и Ground) не позволяет переключать нагрузки при напряжениях выше шины питания.

Конструкция не тотемных столбов одного из 3 основных видов имеет различные плюсы и минусы.

• Тотемный столб имеет тенденцию быстрее переключаться.

• Тотемный столб не легко соединяется с другими подобными устройствами для создания «проводных ИЛИ». Приветственные и слабые драйверы сражаются друг с другом. Устройства с коллектором Opn справляются с этим гораздо лучше. Устройства с внутренними R или источниками тока могут сочетаться с ограничениями.

• У ТП есть потенциальные возможности, хотя у других нет.

• TP ограничен, чтобы двигаться между рельсами электропитания. Открытый коллектор / источник тока / резистор позволяют переключать напряжение, превышающее каскад Vdd IC.

Какой тип вы должны использовать, зависит от целей дизайна.

• TP хорош для быстрого одиночного выхода, когда должное внимание уделяется тому, что происходит в среднем диапазоне между высоким и низким.

• Открытый коллектор гораздо лучше подходит для распараллеливания. Резистор и источник тока (с источниками или резистором внутри микросхемы) позволяют проводить параллели с компромиссами.

Как правило, взгляд на то, что должно быть достигнуто, делает выбор достаточно ясным.

Главной целью драйверов тотемных полюсов, которые использовались в оригинальных логических микросхемах TTL, было использование всех NPN-транзисторов, но все же обеспечивающих, по крайней мере, некоторое активное напряжение в каждом направлении высокого и низкого уровня. Из-за различий в подвижности несущих N и P транзисторы NPN и PNP никогда не бывают симметричными, и использование NPN имело свои преимущества.

В логике CMOS драйверы каналов N и P симметричны, а конструкции драйверов действительно дополняют друг друга (по определению, поскольку именно это означает C в CMOS). Поскольку в настоящее время большая часть логики реализована с помощью полевых транзисторов вместо биполярных транзисторов, старая топология драйвера вывода тотемного полюса логики TTL больше редко используется.

Некоторые другие соображения по поводу использования двухтактных этапов:

1. Входная емкость - это один из двух транзисторов, поэтому в высокоскоростной MOS-технологии вы можете использовать каскады с открытым стоком, чтобы вдвое уменьшить входную емкость или входной ток для ступеней TTL.

2. Некоторые шины, такие как I²C, используют драйверы с открытым коллектором, чтобы любое устройство могло управлять шиной, вытягивая линию на низком уровне. Он в основном использует принцип проводного ИЛИ.

3. Это незначительный эффект, но на двухтактных каскадах у вас может быть время, когда оба транзистора проводят, создавая прямой путь к земле. В резисторно-транзисторных драйверах этот ток будет ограничен резистором.