ฉันเพิ่งเรียนรู้ว่าอินเวอร์เตอร์ CMOS แบบดิจิทัลสามารถกำหนดค่าให้ทำหน้าที่แบบอะนาล็อกได้ อย่างไรก็ตามตัวอย่างจำนวนมากมักนิยมใช้อุปกรณ์รุ่น CD4000 รุ่นเก่า นอกจากนี้แอปพลิเคชันนี้ยังกล่าวถึงในส่วนที่ 3 ว่าการใช้อินเวอร์เตอร์บัฟเฟอร์อาจทำให้เกิดปัญหาด้านความมั่นคง

1. ตระกูลตรรกะใดที่สามารถกำหนดค่าได้อย่างน่าเชื่อถือเพื่อดำเนินการเชิงเส้น ครอบครัวไหนที่ควรหลีกเลี่ยง
2. วงจรป้องกัน "พิเศษ" เช่น I / O ที่ทน 5V สำหรับ AHC และ LVC จะทำให้เกิดปัญหาเสถียรภาพเพิ่มเติมหรือป้องกันการทำงานเชิงเส้นหรือไม่?
3. จะเกิดอะไรขึ้นถ้าฉันพยายามสร้างวงจรเชิงเส้นโดยใช้อุปกรณ์ที่รองรับ TTL (HCT, ACT, AHCT)
4. ถือว่าเป็นการปฏิบัติที่ไม่ถูกต้องหรือไม่ที่จะใช้ไอซีดิจิตอลในภูมิภาคเชิงเส้นของพวกเขา?

โลจิคัลตระกูลทั้งหมดต้องการใช้อินเวอร์เตอร์บัฟเฟอร์เนื่องจากมันมีความน่าเชื่อถือมากกว่าและใช้พลังงานน้อยกว่าในแอพพลิเคชั่นดิจิตอล อย่างไรก็ตามอินเวอร์เตอร์แบบไม่มีบัฟเฟอร์นั้นมีประโยชน์ในการสร้างออสซิลเลเตอร์คริสตัลดังนั้นจึงมีอยู่ในหลายครอบครัว ค้นหา 74xx1GU04

I / O ที่ทนต่อแรงดัน 5 V ไม่มีไดโอดป้องกัน ESD ต่อ VCC ดังนั้นจึงมีแนวโน้มที่จะมีความจุน้อยกว่าและบิดเบือนสัญญาณน้อยกว่าหากเกิน VCC

อินพุตที่เข้ากันได้กับ TTL มีเกณฑ์การเปลี่ยนที่ต่ำกว่าดังนั้นจึงไม่มีความสมมาตรระหว่าง VCC และกราวด์อีกต่อไป

ประตูที่ไม่มีบัฟเฟอร์มีไว้เพื่อใช้ในวงจรเชิงเส้น ประตูบัฟเฟอร์ไม่น่าจะทำงานได้เลย

อีกโปรแกรมที่มีประโยชน์หมายเหตุ: ความเข้าใจ (UN) บัฟเฟอร์ลักษณะ

คุณต้องจำไว้ว่าประตูลอจิกเช่นอินเวอร์เตอร์เป็นเพียงวงจรอนาล็อกธรรมดาตัวเปรียบเทียบที่ปรับแต่งให้ทำงานได้ดีกับสัญญาณอินพุตแบบอะนาล็อกที่โดยทั่วไปมีสถานะเสถียรสองสถานะคือสูงและต่ำ

เช่นเดียวกับที่คุณสามารถใช้ op-amps เป็นอุปกรณ์ลอจิคัลอุปกรณ์ตรรกะอย่างง่ายยังสามารถใช้ในบทบาทแอนะล็อก

โดยเฉพาะอย่างยิ่งผู้ที่ทำหน้าที่เติมบทบาทนี้อย่างยิ่งเนื่องจากสิ่งที่คุณมีคือตัวเปรียบเทียบ / op-amp แบบเรียบง่ายโดยมีขาลบสัมผัสเป็นอินพุตและขาบวกโดยทั่วไป "เชื่อมต่อ" กับรางครึ่ง (หรือจุดอื่นสำหรับ TTL และอื่น ๆ ) เนื่องจากพวกมันแสดงให้เห็นถึงพินเชิงลบคุณสามารถใช้ลูปตอบรับเชิงลบในลักษณะเดียวกับที่คุณทำกับ op-amps ตรรกะที่ไม่กลับด้านนั้นมีประโยชน์น้อยกว่า

แน่นอนว่าพวกเขาทำงานในบทบาทอะนาล็อกได้ดีขึ้นอยู่กับลักษณะของประตูนั้น ๆ อุปกรณ์รุ่นเก่านั้นเป็นทรานซิสเตอร์ที่จับคู่ได้ง่ายมากความหลากหลายของบัฟเฟอร์ที่มีอยู่ภายในมีมากขึ้นซึ่งทำให้พวกมันเชิงเส้นน้อยลง

อุปกรณ์ลอจิกมีแนวโน้มที่จะเปิดวงจรหรือแย่กว่านั้นยิงแม้ว่าเมื่อสัญญาณอยู่ระหว่างระดับตรรกะดังนั้นการใช้พวกมันเป็นเครื่องขยายสัญญาณอย่างง่ายสำหรับสัญญาณความถี่ต่ำนั้นไม่ใช่ความคิดที่ดี

อย่างไรก็ตามการใช้พวกมันเป็นส่วนหนึ่งของวงจรหน่วงเวลาหรือในฐานะคนขับใน oscillator พวกมันทำงานได้ดีโดยเฉพาะถ้า gate เป็นSchmitt Triggerซึ่งมันสร้างขึ้นใน hysteresis

ฉันอยากจะเพิ่มบางจุดที่ไม่ได้อธิบายอย่างละเอียดโดยคนอื่น

ในขณะที่เป็นเรื่องปรกติที่จะใช้ประตูที่ไม่มีบัฟเฟอร์เป็นตัวขยายสัญญาณเชิงเส้นมีข้อบกพร่องเล็กน้อยที่ต้องคำนึงถึง

บางทีสิ่งสำคัญที่สุดคือพารามิเตอร์ที่ระบุไว้ไม่ดี ในขณะที่แผ่นข้อมูลเครื่องขยายเสียงมีข้อมูลจำนวนมากเกี่ยวกับคุณสมบัติเครื่องขยายเสียงคุณมักจะพบข้อมูลดังกล่าวเพียงเล็กน้อยในแผ่นข้อมูลของอุปกรณ์ตรรกะ นอกจากนี้ยังมีข้อผูกมัดที่จะต้องมีความคลาดเคลื่อนและความแปรปรวนมากกว่าสภาพการทำงาน (แรงดันไฟฟ้า, อุณหภูมิ, ... ) ดังนั้นคุณอาจต้องการใช้อุปกรณ์เหล่านั้นในวงจรที่สามารถทนต่อการเปลี่ยนแปลงขนาดใหญ่เช่นนั้นได้

อินเวอร์เตอร์แบบไม่มีบัฟเฟอร์มีอยู่ในตระกูลลอจิกแบบ CMOS ที่แตกต่างกันเริ่มต้นจากรุ่นเก่า 4000 ซีรี่ส์ที่ปลายช้าจนถึงช่วง LVC ที่ค่อนข้างเร็ว คุณสมบัติของพวกเขาแตกต่างกันอย่างชัดเจน คุณต้องการดูการใช้พลังงานโดยเฉพาะอย่างยิ่งเนื่องจากการดึงพลังงานมีแนวโน้มที่จะสูงสุดเมื่อแรงดันอินพุตอยู่ระหว่างช่วงกลางถึงสูงและต่ำซึ่งทรานซิสเตอร์ทั้งสองทำงานพร้อมกัน สิ่งนี้จะขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าในการทำงานด้วย มันเลวร้ายยิ่งไดรฟ์เอาต์พุตที่เร็วและสูงกว่าที่ตระกูลลอจิกคือ นี่คือเหตุผลที่ 4000 ซีรี่ส์มีความอ่อนโยนในขณะที่ตรรกะประเภท LVC นั้นยากที่จะจัดการได้

ขึ้นอยู่กับตระกูลของลอจิกอาจมีเวลาสูงสุดในการเพิ่ม / ลดสัญญาณที่ระบุซึ่งบ่งชี้ว่าระดับอินพุตไม่ควรอยู่ระหว่างสูงและต่ำเป็นเวลานาน หากคุณละเมิดสิ่งนี้คุณไม่เพียง แต่ได้รับการใช้พลังงานสูงคุณอาจพบปัญหาเสถียรภาพ มันอาจส่งผลกระทบต่อความน่าเชื่อถือของวงจรเนื่องจากความร้อนที่เกิดขึ้นในทรานซิสเตอร์ขนาดเล็กพอสมควร แอปพลิเคชั่น TI SCBA004 มีอะไรให้พูดมากกว่านี้

Bottomline คือ: คุณสามารถใช้อุปกรณ์เหล่านั้นสำหรับแอปพลิเคชันเชิงเส้นหากคุณตระหนักถึงข้อ จำกัด ที่ร้ายแรง ราคาต่ำของพวกเขาอาจจะน่าสนใจ แต่ข้อเสียที่มาพร้อมกับวงจรที่เรียบง่ายมีความสำคัญ

วงจรรวมระบบดิจิตอลดำเนินการในภูมิภาค 'เชิงเส้น' ของพวกเขาอาจไม่เชิงเส้น หลายทศวรรษก่อนฉันออกแบบผลิตภัณฑ์โดยใช้ชิปอินเวอร์เตอร์ CD4xxx ในเครื่องกำเนิดสัญญาณวงแหวน ผู้ผลิตทดแทนชิ้นส่วนดิจิตอล "ทันสมัย" (IIRC HCT) ซึ่งได้รับความเดือดร้อนจากการยิงเมื่อดำเนินการในช่วง 'เชิงเส้น' (ทรานซิสเตอร์แบบเอาท์พุทแบบดึงขึ้นและดึงลงเปิดพร้อมกัน) ไม่จำเป็นต้องพูดว่าชิปนั้นสูบบุหรี่ ;-)

ดังนั้นเพื่อตอบคำถามของคุณโดยทั่วไปแล้วรูปแบบที่ไม่ดีคือการใช้ไอซีดิจิตอลเป็นอุปกรณ์เชิงเส้นยกเว้นในกรณีที่หายากมาก!

โซลูชัน goto CMOS ของฉัน

• ลอจิก I / O ทั้งหมดมีลักษณะแบบแอนะล็อกในภูมิภาคเชิงเส้นระหว่าง Vdd & Vss

• ครอบครัวลอจิกสามารถใช้งานได้เนื่องจากความเข้าใจว่าแอมพลิฟายเออร์เชิงเส้นป้อนกลับเชิงลบต้องมีระยะขอบที่ดีที่อัตราขยายที่เป็นเอกภาพ

- เพิ่ม

• 74HCT หรือ 74xxT ใด ๆ เป็นเกณฑ์เข้า TTL ที่ 1.5V แทน Vdd / 2 ซึ่งเป็นสิ่งเดียวกันเมื่อคุณไปที่ Vdd = 3V ด้วยการให้น้ำหนักกับตัวเองพร้อมกับลบ R feedback วงจรหน้าที่ส่งออกจะเลื่อนไปถึง 1.5Vdc ที่อินพุตดังนั้นขึ้นอยู่กับระดับสัญญาณที่อาจทริกเกอร์ไดโอดหนีบ ESD กับพื้น

• ไม่ใช่ทุกคนที่จะประสบความสำเร็จเป็นครั้งที่ 1 เช่นเดียวกับการออกแบบเชิงเส้นและ RF โดยไม่ต้องรับรู้ถึงความต้านทานของวงจรการจัดหาและการจัดวางอินเวอร์เตอร์บัฟเฟอร์ CMOS แบบ CMOS ราคาถูกและสกปรก อินเวอร์เตอร์

การให้น้ำหนักด้วยตนเองนั้นไม่สำคัญเมื่ออินพุตเป็น AC ควบคู่ แต่ตัวเลือกอินเวอร์เตอร์บัฟเฟอร์ที่เพิ่มความท้าทายทางเทคนิค ความไวต่อการแกว่งเพิ่มขึ้นเมื่ออัตราการหมุนวนของวงปิดต่ำกว่าอัตราขยายวงเปิดมากเนื่องจากไม่ได้รับการชดเชยภายในเช่น Op Amps (OA)

• อินเวอร์เตอร์แบบบัฟเฟอร์จะได้รับการปฏิบัติเหมือนแอมป์วิดีโอกำลังสูงกว่าโอเอ

อัตราขยายแบบวนรอบสำหรับอินเวอร์เตอร์แบบ 1 ขั้นตอนหรือแบบไม่มีบัฟเฟอร์ (UB) คือขั้นต่ำ 20dB และ> 60dB สำหรับแบบบัฟเฟอร์ (B) 3 ขั้นตอน เมื่อใช้ Zf / Zs สำหรับการป้อนกลับเชิงลบเราจะต้อง AC เพิ่มอินพุตและเอาต์พุตเช่นเดียวกับใน CMOS Supply Op Amp เดียว Zf มักจะถูกเลือกด้วยความต้านทานสูงสำหรับการให้น้ำหนักด้วยตนเอง DC กระแสต่ำของอินพุต แต่สูงเกินไปจะทำให้เวลาเปิดช้าสำหรับแรงดันอินพุตที่ตกตะกอนเป็น Vdd / 2 จาก R2C1

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

อินเวอร์เตอร์บัฟเฟอร์ (B) มีอัตราขยายเป็นเส้นตรง db เป็น 3 เท่าของตัวขยายสัญญาณแบบไม่บัฟเฟอร์ (UB) ดังนั้นแอมป์วิดีโอมีพฤติกรรมที่น่าสนใจหากคุณต้องการอัตราขยาย 60dB พร้อมความต้านทาน Zout จาก 20 ถึง 500 โอห์ม โดยที่ Zout = RdsOn = Vol / Iol @ ~ x mA

รายละเอียดอื่น ๆ

จากประวัติของตรรกะลอจิกตั้งแต่ปี 1970 มีคำนำหน้าตระกูลมาตรฐานหลายสิบแบบเช่น {4xxx, 'HCxxx &' ALCxx} คุณสมบัติอะนาล็อกทั้งหมดไม่ได้ระบุไว้โดยตรงในเอกสารข้อมูลเช่น RdsOn, Ciss และ Coss แต่เรารู้ว่าการ จำกัด กระแสเหล่านี้และแบนด์วิดท์สัญญาณขนาดใหญ่ คุณอาจชื่นชมพฤติกรรมของ FET เช่น RdsOn กับ Vgs ถูกกำหนดโดยช่วง Vss และแต่ละรุ่นอาจเพิ่มความเร็วลดการใช้พลังงานที่ความเร็วหรือทั้งสองอย่าง สิ่งนี้ส่งผลให้การพิมพ์หินมีขนาดเล็กลงลดช่วง Vdd และลดค่า RdsOn driver

• คุณอาจทราบแล้วว่า RdsOn นั้นค่อนข้างคงที่ (50%) สำหรับตระกูลซีรีย์ 54/74 CMOS แต่ละตระกูลซึ่งขึ้นอยู่กับ Vss เนื่องจาก Vgs ที่เพิ่มขึ้นตามธรรมชาติจะลด RdsOn และ ช่วง Vss ต่ำนั้นถูก จำกัด ด้วยความเร็วจากการเพิ่มขึ้นของ RdsOn อย่างมีนัยสำคัญและช่วงที่สูงขึ้นจะทำให้เกิดกระแสการนำข้ามและการกระจายพลังงาน

ผมคาดว่า ( แต่ยังไม่ได้ยืนยัน) ทุกคนในครอบครัวตรรกะที่สามารถใช้เป็นเครื่องขยายเสียงเชิงเส้น แต่ละแอมป์เชิงเส้น ต้องปฏิบัติตามกฎเพื่อให้เป็นเชิงเส้นและมีเสถียรภาพ อย่างไรก็ตามขึ้นอยู่กับการเหนี่ยวนำเลย์เอาต์และอิมพีแดนซ์อื่น ๆ ที่มีผลต่อระยะเข้าเฟสของความสามัคคีการชดเชยภายนอกไปยังเสาลำดับที่ 1 อาจมีความจำเป็นเนื่องจากวิธีการออกแบบแอมป์แอมป์

เพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุดนักออกแบบจะต้องมีความคิดที่ดีเกี่ยวกับความต้านทาน * Z (f) ของวงจรเทียบกับความถี่แม้ว่าจะมีความอดทนที่กว้างถึง ~ +/- 50% สำหรับซัพพลายเออร์ทั้งหมด อย่าประมาทว่าสิ่งเหล่านี้อาจมีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญดังนั้นรายชื่อผู้จำหน่ายที่ได้รับอนุมัติของคุณ AVL จะต้องรวมเฉพาะชิ้นส่วนที่คุณตรวจสอบแล้วสำหรับแต่ละชิ้นส่วนในการออกแบบ ไม่เช่นนั้นคุณจะต้องค้นหาวิธีหลีกเลี่ยงปัญหาเหล่านี้ด้วยการออกแบบและทดสอบ แต่โดยทั่วไปฉันได้พบรายละเอียดของลอจิกที่สะท้อนถึงขีด จำกัด RdsOn (หรือไดรเวอร์ ESR) นั้นสอดคล้องกันสำหรับผู้ขายทั้งหมด

• สิ่งเหล่านี้รวมถึงแหล่งที่มาประมาณค่า Z (f) ของกำลังและตัวต้านทานของไดรเวอร์เป็น << Zout, รูปแบบและตัวแยกแคปที่ความถี่การใช้งานสำหรับการจัดหาข้ามชิปแต่ละตัว และ CMOS Zout = RdsOn out เหตุผลที่อินเวอร์เตอร์ unbuffered มีเสถียรภาพมากขึ้นและแนะนำว่าเป็นเพราะการเพิ่มขึ้นของขั้นตอนเดียวมักจะเพียงพอสำหรับคริสตัล oscillators (XO) เมื่อ self-DC biased กับข้อเสนอแนะ 1 ~ 10M อาร์

$f_{BW}$$0.35t_R$ และทำให้มีความเสถียรน้อยลงด้วยความคิดเห็นเพิ่มเติม H

ผู้ที่สามารถเรียนรู้รู้ได้ง่าย Bode Plots ระยะขอบเฟสของแอมป์ 1 vs 3, Vol / Iol สำหรับแต่ละตระกูล Logic เทียบกับ Vcc มิฉะนั้นจะไม่มีคำอธิบายง่ายๆ CD4xxx ทำงานได้ดี 3 ~ 18V คนอื่น ๆ ทั้งหมดควรทำงานคล้ายกันโดยการปรับขนาด Vcc / RdsOn สำหรับการโหลดความต้านทานต่ำ (~ 50), Pd ในไดรเวอร์สามารถลดลงอย่างมากโดยการมีเพศสัมพันธ์ AC 74ALCxx มีประมาณ 25 Ohms @ 3.3V, 74HCxx มีประมาณ 50 Ohms +/- 50% @ 5V มากกว่าอุณหภูมิ