Öppna samlare

Öppen kollektorutgång och öppen kollektorutgång använder en transistor som en switch som antingen kopplar bort eller ansluter en integrerad krets (IC) utgångsstift till jord , istället för att mata ut en specifik spänning eller ström .

Öppna samlare

Schema för öppen kollektorutgång. En signal från en IC :s interna funktion appliceras som basingång för en NPN BJT- transistor, som styr transistorns omkoppling till IC:s jord. Den externa utgången är transistorns kollektor.

En öppen kollektorutgång bearbetar en IC:s utgång genom basen av en intern NPN-transistor , vars kollektor är ett externt utgångsstift . NPN-transistorns emitter är internt ansluten till jord. Den öppna kollektorn bildar internt antingen en kortslutning (tekniskt låg impedans eller "låg-Z") anslutning till jord när transistorn slås på , eller en öppen krets (tekniskt hög impedans eller "hi-Z") när transistorn är av. Utgången är vanligtvis kopplad till ett externt pull-up-motstånd , som drar utspänningen till motståndets matningsspänning när transistorn är avstängd.

Analogt med öppen kollektor är den gemensamma emittern , som exponerar kollektorn som utgång medan emittern är ansluten till den negativa spänningsskenan (NPN).

Öppna avlopp

Öppen avloppsutgång dras Låg när MOSFET-enheten leder. I det icke-ledande hi-Z-tillståndet drar ett externt motstånd utgången högt så att utgångens spänning inte flyter.

'Open drain output' är analog med öppen kollektordrift, men använder en n-typ MOS-transistor (MOSFET) istället för en NPN. En öppen kollektorutgång ansluter till jord när en hög spänning appliceras på MOSFET:s gate, eller uppvisar en hög impedans när en låg spänning appliceras på gate. Spänningen i detta högimpedanstillstånd skulle vara flytande (odefinierad) eftersom MOSFET inte är ledande, vilket är anledningen till att öppna drain-utgångar kräver ett pull-up-motstånd anslutet till en positiv spänningsskena för att producera en hög utspänning.

Analogt med open drain är "open source output", som exponerar MOSFET:s source som utgång medan drain är internt ansluten till den positiva spänningsskenan.

Mikroelektroniska enheter som använder öppen dräneringsutgång kan ge ett "svagt" (högt motstånd, ofta i storleksordningen 100 kΩ) internt pull-up-motstånd för att ansluta terminalen i fråga till enhetens positiva strömförsörjning så att deras utspänning gör det . t flyta. Sådana svaga pullups minskar strömförbrukningen på grund av deras lägre $V^{2}/R$ ohmska uppvärmning och undviker möjligen behovet av en extern pull-up. Externa pullups kan vara "starkare" (lägre motstånd, kanske 3 kΩ) för att minska signalens stigtider (som med I²C ) eller för att minimera brus (som på systemets RESET- ingångar).

Moderna mikrokontroller kan tillåta programmering av särskilda utgångsstift för att använda öppen dränering istället för push-pull-utgång , styrkan på den interna pull-upen, och tillåta inaktivering av interna pullups när det inte önskas.

Schematisk symbol

Buffertsymbol med öppen kollektor eller liknande utgång.

Öppen utgång indikeras på schemat med dessa IEEE -symboler:

⎐ - öppen kollektor eller liknande (t.ex. öppen dränering) stift som matar ut en låg spänning när den är på eller hi-Z när den är av.

⎒ - variant med intern pull-up resistor för att ge hög spänning när den är avstängd.

⎏ - öppen sändare eller liknande (t.ex. öppen källkod) stift som matar ut en hög spänning när den är på eller hi-Z när den är av.

⎑ - variant med ett internt neddragningsmotstånd för att ge låg spänning när den är avstängd.

Ansökningar

Obs: eftersom namnet på den här artikeln är "öppen uppsamlare" använder detta avsnitt i första hand termen "öppen uppsamlare", men "öppet avlopp" gäller i allmänhet också.

Omvandling på logisk nivå

Eftersom pull-up-motståndet är externt och inte behöver anslutas till chipmatningsspänningen, kan en lägre eller högre spänning än chipmatningsspänningen användas istället (förutsatt att den inte överskrider den absoluta maximala märkningen av chipets utgång) . Öppna kollektorkretsar används därför ibland för att samverka med olika familjer av enheter som har olika driftsspänningsnivåer. Den öppna kollektortransistorn kan klassificeras för att motstå en högre spänning än chipmatningsspänningen. Denna teknik används vanligtvis av logiska kretsar som arbetar på 5 V eller lägre för att driva enheter med högre spänning såsom elmotorer , lysdioder i serie , 12 V -reläer , 50 V vakuumlysrör eller Nixie-rör som kräver mer än 100 V.

Trådbunden logik

Fyra ingångar är anslutna till buffertar med öppen kollektor . Om alla ingångar är höga kommer varje buffert att vara i ett högimpedanstillstånd och pull-up-motståndet kommer att dra utgången högt. Men om någon ingång är låg, kommer utmatningen att dras lågt av bufferten för den ingången. Detta motsvarar trådbunden OCH i aktiv-hög logik, eller trådbunden ELLER i aktiv-låg logik, och tillåter flera ingångar att dela samma utgångsledning.

Huvudartikel: Trådbunden logisk anslutning

En annan fördel är att mer än en öppen kollektorutgång kan anslutas till en enda linje. Om alla öppna kollektorutgångar anslutna till en linje är avstängda (dvs. i högimpedanstillstånd), kommer pull-up-motståndet att vara den enda enheten som ställer in linjens spänning, och kommer att dra linjespänningen högt. Men om en eller flera öppna kollektorutgångar anslutna till ledningen är på (dvs. leder till jord), eftersom någon av dem är tillräckligt stark för att övervinna pull-up-motståndets begränsade förmåga att hålla spänningen hög, blir nätspänningen istället drog lågt. Denna trådbundna logiska anslutning har flera användningsområden.

Genom att knyta samman utgången från flera öppna kollektorer och ansluta till ett pull-up motstånd, blir den gemensamma ledningen en trådbunden OCH i aktiv hög logik . Utsignalen kommer att vara hög (sant) endast när alla grindar är i högimpedanstillståndet och kommer att vara låg (falsk) annars, som Boolean AND. När den behandlas som aktiv-låg-logik, beter sig detta som Boolean ELLER, eftersom utsignalen är låg (sant) när någon ingång är låg. Se: Transistor–transistorlogik § Trådbunden logik för öppen kollektor .

Linjedelning

Linjedelning används för avbrott och bussar (som I²C eller 1-Wire ). Open collector-utgång gör att en aktiv enhet kan driva den delade linjen utan störningar från de andra inaktiva enheterna. Om push-pull-utgången av misstag användes istället, skulle den aktiva enheten som försöker ställa in linjespänningen låg konkurrera med de andra enheterna som försöker ställa in linjespänningen högt, vilket skulle resultera i oförutsägbar uteffekt och värme.

SCSI -1-enheter använder öppen kollektor för elektrisk signalering. SCSI-2 och SCSI-3 kan använda EIA-485 .

Analog

Öppna kollektorutgångar kan också vara användbara för analog viktning, summering, limitering, digital-till-analog-omvandlare, etc., men sådana applikationer diskuteras inte här.

Nackdelar

Ett problem med sådana anordningar med öppen kollektor och liknande med ett pull-up-motstånd är att motståndet förbrukar ström konstant medan uteffekten är låg. Högre driftshastigheter kräver lägre resistorvärden för snabbare pull-up, vilket förbrukar ännu mer ström.

Också när man kör en last, minskar strömmen genom pull-up-motståndet den utgående höga spänningen med ett spänningsfall lika med strömmen gånger motståndet, enligt Ohms lag .

Öppet avlopp, kör högt

Vanligtvis ansluts öppna kollektor- eller öppna dräneringsutgångar till jord för att representera låg och koppla från för att representera hög. Men genom att använda en drivenhet med motsatt polaritet (PNP eller P-kanal), ansluter öppna kollektor- eller öppna dräneringsutgångar som driver högt istället till matningsspänningen för att representera hög och koppla från för att representera låg. GPIO- stift kan vanligtvis konfigureras för båda polariteterna.

Pseudo öppet avlopp (POD)

Pseudo Open Drain-användning i DDR-gränssnitt.

Pseudo open drain ( POD ) förare har en stark neddragningsstyrka men en svagare uppdragningsstyrka. Syftet är att minska det totala effektbehovet jämfört med att använda både en stark pull-up och en stark pull-down. En ren öppen dräneringsdrivenhet har som jämförelse ingen uppdragningsstyrka förutom läckström: all uppdragning sker på det externa termineringsmotståndet. Det är därför termen "pseudo" måste användas här: det finns en viss pull-up på förarsidan när utgången är i högt tillstånd, den återstående pull-up styrkan tillhandahålls genom att parallellterminera mottagaren längst bort till den HÖGA spänningen, ofta med en omkopplingsbar, på-matris terminator istället för ett separat motstånd.

JEDEC standardiserade termerna POD15, POD125, POD135 och POD12 för 1,5V, 1,25V, 1,35V respektive 1,2V gränssnittsmatningsspänningar.

DDR-minne

DDR4-minnet använder POD12-drivrutiner men med samma drivrutinsstyrka (34 Ω/48 Ω) för neddragning (R _onPd ) och pull-up (R _onPu ). Termen POD i DDR4 avser endast avslutningstyp som endast är parallell uppdragning utan neddragningsavslutning längst bort. Referenspunkten (V _REF ) för ingången är inte halvmatad som var i DDR3 och kan vara högre. En jämförelse av både DDR3- och DDR4-termineringsscheman när det gäller skevhet, ögonöppning och strömförbrukning publicerades i slutet av 2011.

Se även

• Gemensam kollektor och andra vanliga terminaltransistorförstärkare : Används mer för analoga spänningar än digitala.
• Push-pull-utgång : Består av transistorer för att käll- och sänkström i båda logiska tillstånden, inte bara en.
• Tre-tillståndslogik : Består av transistorer för att käll- och sänkström i båda logiska tillstånden, samt en kontroll för att stänga av båda transistorerna för att isolera utgången. Detta skiljer sig från öppen kollektor/drain-utgång, som bara använder en enda transistor som bara kan koppla bort utgången eller ansluta den till jord.