Усиление и формирование фронтов входных сигналов

Для надежной работы устройств обработки цифровой информации необходимо, чтобы входные сигналы были представлены уровнями напряжений, соответствующих уровням логического нуля или единицы используемой серии логических элементов (ЛЭ), имели требуемые длительности и источники входных сигналов могли бы обеспечить необходимые входные токи. Если источник входного сигнала не удовлетворяет перечисленным условиям, то необходимо включать согласующие устройства, формирующие требуемые амплитуды, длительности и мощности входных сигналов.

Формирование амплитуды и формы цифрового сигнала должно производиться, если входной сигнал имеет амплитуду, не согласующуюся с уровнями логических сигналов, затянутые длительности фронта и спада. Для преобразования таких сигналов (в том числе сигналов амплитудой от единиц милливольт до единиц вольт) в цифровую форму используются специальные ИС-компараторы. Интегральные компараторы, входящие в состав серий К521, К554, КМ597, по своим выходным параметрам согласуются с основными сериями ИС.

Сопряжение компараторов с цифровыми ИС достигается за счет однотипной схемотехники построения выходных каскадов и единой технологии изготовления. Так, компараторы К554СА1, К554СА2, К521СА4 согласуются с ТТЛ-элементами, компараторы КМ597СА1 предназначены для работы с эмиттерно-связанной логикой, ИС К554СА3 и КМ597СА3 сопрягаются с ТТЛ и КМОПТЛ-элементами.

Питание компараторов осуществляется от двух источников разнополярного напряжения, значения напряжений которых, как правило, не согласуются со значениями питающих напряжений цифровых ИС. Поэтому часто оказывается целесообразным использовать для преобразования входных сигналов в цифровую форму ЛЭ той же серии, что и в цифровом устройстве.

При входном сигнале, превышающем по амплитуде 2 V, но с плохим фронтом и спадом импульса, работа цифровых устройств может быть нарушена. Так, нормальное функционирование ТТЛ-элементов серии К155 гарантируется, если длительности фронта и спада не превышают 150 нs. Импульсы с затянутым фронтом или спадом не пригодны для переключения динамических входов последовательностных схем. В этом случае сформировать входной сигнал позволяют ЛЭ со свойствами триггера Шмитта (ТШ)

Если источник входного сигнала выдает импульсное напряжение малой амплитуды, то непосредственное использование ИС ТШ без предварительного усиления сигнала невозможно. Амплитуду такого сигнала можно усилить с помощью усилителя на ЛЭ, схема которого показана на рис. 5.1.

Рисунок 5.1 – Усилитель на ЛЭ

За счет отрицательной обратной связи через резистор R₂ последовательно включенные КМОПТЛ инверторы DD1.1, …, DD1.3 находятся в активной области передаточной характеристики. Коэффициент усиления каждого из них лежит в пределах 20…100. Значит, общий коэффициент усиления трех инверторов составляет 10⁴…10⁶, что позволяет, как и для операционного усилителя, задавать коэффициент передачи в виде отношения – R₂/R₁. Типовое значение сопротивлений резисторов R₁=0,01…0,5 МW, R₂=1…10 МW. Поскольку ЛЭ в этом усилителе работают со сквозным током через транзисторы, напряжение питания не должно превышать 8 V. Усиленные сигналы должны быть сформированы ТШ.