Пока для меня ясно только, что про сигнал с обозначением # правильно говорить то, что, этот сигнал является активным при логическом нуле, и пассивным при логической единице. А вот насколько правильно называть его инверсным-для меня вопрос. Потому что если полезть в поисковик и посмотреть что там говорится по этому поводу, то можно наткнуться на следующее:
Отрицательный сигнал (сигнал отрицательной полярности) — это сигнал, активный уровень которого — логический нуль. То есть единица — это отсутствие сигнала, нуль — сигнал пришел. Положительный сигнал (сигнал положительной полярности) — это сигнал, активный уровень которого — логическая единица. То есть нуль — это отсутствие сигнала, единица — сигнал пришел. И, внимание: инвертирование или инверсия сигнала — это изменение его полярности.
Причем то обозначение # инверсного сигнала, как наверняка знаете, не единственное. Встречается, например, и обозначение знаком минус перед названием сигнала и прочие варианты. Т.е. все-таки действительно инвертирование-это обязательно изменение полярности. или нет? Если да, то я не понимаю. Извините, если кому «сломал мозг», изложил проблему как смог.
Пока себе для простоты держу в голове такое определение, что инверсный сигнал-это такой, который активен при логическом нуле и пассивен при логической единице. Но как бы «официальное» определение-то другое. Так что либо упомянутые в первом абзаце сигналы неправильно называть инверсными, либо нет моего понимания того, по отношению к каким они свою полярность меняют.
Последний раз редактировалось Karvus Чт июн 07, 2018 16:49:26, всего редактировалось 1 раз.
Последний раз редактировалось Slabovik Чт июн 07, 2018 17:32:04, всего редактировалось 1 раз.
Приглашаем 9 декабря всех желающих посетить вебинар, посвященный технологии Ethernet и её новому стандарту 10BASE-T1S/L. Стандарт 802.3cg описывает передачу данных на скорости до 10 Мбит в секунду по одной витой паре. На вебинаре будут рассмотрены и другие новшества, которые недавно вошли в семейство технологий Ethernet: Synchronous Ethernet (SyncE), Precision Time Protocol (PTP), Time Sensitive Networking (TSN). Не останется в стороне и высокоскоростной 25G+ Ethernet от Microchip.
PS. Не всегда можно говорить об активном или пассивном состоянии сигнала.
Внедрение автоматизированных систем контроля и учета всех видов энергоресурсов, невозможно без инструментов, позволяющих помимо измерения параметров, преобразовывать их для обработки цифровыми интеллектуальными системами. Микросхемы STPM32, STPM33 и STPM34 STMicroelectronics являются наиболее точными и высокопроизводительными представителями своего семейства и способны максимально точно измерять параметры электросети в системах электроснабжения переменного тока, а также осуществлять их первичную обработку. Рассмотрим подробнее их преимущества и средства разработки.
Slabovik, вся проблема в том, что и я бы сказал. Но что бы мы с вами сказали-это, согласитесь, одно, а определение-это другое. И нигде, еще раз повторюсь, я не нашел таких определений, как даете, например, вы или mickbell, хотя для себя я тоже определяю похожим образом. Просто когда начал читать об этих сигналах, подумалось может что-то я не понимаю принципиально важного, отсюда и вопросы мои. Спасибо за ваш комментарий.
mickbell, ну тут пока про конкретный вопрос говорим. И спасибо вам за пояснение и честный ответ. Хоровиц-Хилл, это чисто мое имхо, не самая лучшая книга для именно для понимания. Она, скорее, больше как пособие инженерам, как избегать типичных ошибок, разные ценные советы. А новичкам лучше Свореня почитать, Борисова, ну и так далее. Да и более сложного уровня книги есть, где все объясняется намного лучше и подробнее, чем у ХХ. Это при всем моем глубоком уважении, безусловно, классное пособие, но к нему надо идти уже подготовленным, там многое дается как факт или сокращенно и если чего не понимаешь, то никто там тебе не объяснит. Зато подготовленный читатель действительно массу пользы получить может.
mickbell, Да, наверное, вы правы, не совсем я удачно выразился. Скорее, следовало сказать просто «подготовленный человек»- как минимум с хорошим знанием физики и математики на уровне школы, а лучше хотя бы 1-2 курса института.
Страница 1 из 1
[ Сообщений: 9 ]
Часовой пояс: UTC + 3 часа
Кто сейчас на форуме
Сейчас этот форум просматривают: Express и гости: 20
Дата добавления: 2015-08-31 ; просмотров: 4369 ; Нарушение авторских прав
В схемах цифровых устройств сигналы, соответствующие 0 и 1, могут изменяться не в любые, а во вполне определенные дискретные моменты времени 20. Интервал времени между двумя соседними такими моментами называется тактом. Для формирования тактов цифровые устройства обычно содержат генераторы тактовых импульсов и схемы формирования, вырабатывающие сигналы, отмечающие границы тактов и называемые сигналами синхронизации. Эти сигналы необходимы для синхронизации процессов передачи информации между различными цифровыми устройствами. Реальные сигналы имеют достаточно сложный вид (рис.7.2.).
Рисунок 7.2. Реальная и идеальная характеристики
Рисунок 7.3. Элементы цифрового сигнала.
В цифровых устройствах применяются потенциальный или импульсный способы представления двоичной информации. При использовании потенциального способа значениям двоичной переменной соответствуют разные уровни напряжений, причем потенциальный сигнал сохраняет уровень в течение такта. При использовании импульсного способа единичное и нулевое значения двоичной переменной отображается наличием и отсутствием импульса на тактовом интервале или импульсами разной полярности.
Двоичное слово, как совокупность 0 и 1, в цифровых устройствах может представляться в последовательной или параллельной формах или кодах.
При последовательном коде для отображения каждого разряда двоичного слова отводится свой тактовый интервал. В этом случае при прохождении слова через какой-либо элемент каждый разряд слова последовательно во времени поступает на вход элемента, фиксируется им и поступает на выход элемента.
При параллельном коде для отображения всех разрядов двоичного слова отводится один тактовый интервал. Следовательно, для одновременной фиксации всех разрядов слова необходимо число элементов, равное числу разрядов слова. Входы синхронизации всех элементов следует объединить для обеспечения одновременности их срабатывания (рис.7.4.).
Аналоговые электрические сигналы — сигналы, изменяющиеся во времени непрерывно и способные принимать любое значение в некотором диапазоне напряжений, тока, частоты или иных характеристик (метрик). Аналоговая природа естественна для многих физических процессов и сигналов — звука, перемещения, изменения температуры и т.п. Поэтому метрики данных физических процессов/сигналов удобно (и естественно) переводить в аналоговые электрические сигналы с целью дальнейшей их преобразования электронными схемами. Например, температура 25.256 градусов Цельсия может быть закодирована как напряжение 2.5256 В. Самыми большими проблемами использования аналоговых сигналов являются: — их чувствительность к помехам, приводящая к искажению значений (например, в вышеприведенном примере помеха 0.1В приведет к ошибке температуры на 1 градус Цельсия); — высокие погрешности обработки каскадами электронных схем (усиления, интегрирования и т.п.), связанные с сложностью/невозможностью изготовления электронных компонентов (резисторов, конденсаторов, транзисторов. микросхем) с параметрами (сопротивления, емкости, коэффициентами передачи и т.п.) высокой и сверхвысокой точности (до тысячных процента) и стабильности в диапазоне температур, давлений и т.д.
Дискретные электрические сигналы — сигналы, для которых допускаются лишь значения из заранее определенного ограниченного множества. Значения указываются с допустимой погрешностью. Например, дискретный электрический сигнал имеет три допустимых значения напряжений: 0В, 5В и 10В, с допуском ±1В. Дискретными могут быть физические процессы и сигналы. Например, состояние управляющей клавиши (вкл/выкл — 2 значения) или датчика установленной передачи в коробке передач автомобиля (количество дискретных значений равно числу передач) или импульсы в детекторе элементарных частиц (есть/нет). Использование дискретных сигналов имеет важное преимущество — допустимость установки значения с некоторой значительной погрешностью, что резко повышает помехоустойчивость и снижает требования к точности параметров электронных каскадов.
Различают элементы с различными спо¬собами электрического кодирования двоичной информации; • потенциальные, • импульсные, • импульсно-потенциальные. При потенциальном способе кодирования при положитель¬ной логике за единицу («1») принимается высокий потенциал, за нуль («О») — низкий потенциал. Сигнал сохраняется неизмен¬ным на время не менее одного периода следования сигналов синхронизации (рис. 1, а). При импульсном кодировании двоичной информации чаще всего «1» соответствует импульс, синфазный с сигналом син¬хронизации, а «О» — отсутствие импульса; значение сигнала в паузе между сигналами синхронизации не рассматривается (рис. 1, б). Одной из разновидностей импульсного способа является ди¬намическое кодирование сигналов, когда единице соответствует последовательность импульсов между двумя импульсами син¬хронизации, а их отсутствие соответствует нулю (рис. 1, в).
Все эти свойства позволили положить цифровые сигналы в основу современных вычислительных устройств, в частности, микропроцессоров, и в основу систем хранения и передачи данных.
ЛОГИЧЕСКИЕ СОСТОЯНИЯ
Для кодирования значений логических переменных или двоичных разрядов (битов) обычно используется напряжение. Ток, частота и другие характеристики сигнала тоже применяются, но только в специальных случаях — в основном при передаче данных или как удобный вариант сопряжения электрических каскадов. Допустимые уровни напряжения соответственно их значениям условно называют ВЫСОКИМ (HIGH) и НИЗКИМ (LOW). Как говорилось выше, уровень соответствует не одному, а диапазону значений напряжений: например, 2,5.5В — ВЫСОКИЙ уровень, 0.1 В — НИЗКИЙ уровень, но для удобства указывают только «номинальный» (обычно крайний по значению) уровень, например, 5В и 0В. Следует понимать, что НИЗКИМ уровнем понимают именно низкое значение напряжения, а не полное отсутствие сигнала, так как такой вариант может возникнуть при обрыве на линии. Двум указанным уровням напряжения можно сопоставить пару логических значений (логических состояний, двоичных цифр). Если ВЫСОКИЙ уровень напряжения цифрового сигнала соответствует значению «1» или «ИСТИНА», а НИЗКИЙ уровень напряжения соответствует значению «0» или «ЛОЖЬ», то такой способ кодирования логической переменной называется ПОЗИТИВНОЙ (ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ) ЛОГИКОЙ. ЕСЛИ ВЫСОКИЙ уровень напряжения цифрового сигнала соответствует значению «0» или «ЛОЖЬ», а НИЗКИЙ уровень напряжения соответствует значению «1» или «ИСТИНА», то такой способ кодирования логической переменной называется НЕГАТИВНОЙ (ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ) ЛОГИКОЙ. Тип логики (ПОЗИТИВНАЯ или НЕГАТИВНАЯ) является не только характеристикой собственно цифрового сигнала, но также и характеристикой цифрового элемента (блока, схемы), который обрабатывает данный сигнал исходя именно из такого способа его кодирования. Например, элемент популярной логической микросхемы SN7408 в документации полностью именуется «двухвходовой элемент «И» с позитивным кодированием сигналов». Если же использовать негативное кодирование, то функция данного элемента изменится на «ИЛИ». Современная элементная база и схемотехника в целом ориентирована на позитивную (положительную) логику. Однако в некоторых случаях негативная (отрицательныя) логика может оказаться более удобным способом кодирования цифровых или логических значений. Например, схема определения нажатия кнопки на клавиатуре часто построена таким образом, что ВЫСОКИЙ уровень вырабатывается, если кнопка не нажата, и НИЗКИЙ — при нажатии кнопки. То есть, если кодировать факт нажатия кнопки как «ИСТИНА» и при этом вырабатывается НИЗКИЙ уровень сигнала, то получаем негативное (отрицательное) кодирование. Часто удобство негативной логики для сигналов цифровых элементов определяется особенностями внутренней схемотехники этих элементов. Чтобы не путаться с тем, какие элементы в схеме используют позитивное кодирование, а какие негативное, принято соглашение всеми элементами в схеме используется один тип кодирования сигналов (например, позитивное), а если на входе или выходе какого-нибудь элемента должен формироваться сигнал с негативным кодированием, то он преобразуется из/в позитивный путем инвертирования. Такие инвертированные сигналы обозначаются на схемах чертой над названием сигнала (знак булевой операции «отрицание»), а вход или выход элемента, на котором выполняется инверсия сигнала (зачастую это мнимое инвертирование — схема использует внутри себя непосредственно негативно закодированный сигнал), обозначается кружочком.
Примечания: 1) В силу большей естественной воспринимаемости (принцип «большему соответствует большее») и распространенности положительной логики на схемотехническом сленге часто называют ВЫСОКИЙ уровень напряжения — «1», а НИЗКИЙ уровень напряжения — «0». Таким образом, в случае использования отрицательной логики может возникнуть путаница: говоря о «единице на сигнальной линии», подразумевают ВЫСОКИЙ уровень напряжения, который на самом деле соответствует логическому значению «0». 2) Термины «позитивная» логика и «положительная» логика, а также «негативная» и «отрицательная» логика эквивалентны и в различных комбинациях встречаются в литературе. Первоисточник — английские слова «positive» и «negative». Так же встречается вариант «прямая»-«инверсная» логика (подразумевается. что сигнал с негативной логикой («инверсный») может быть получен путем инверсии сигнала с позитивной логикой («прямого»).
ПАРАМЕТРЫ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ
Параметрами реальных цифровых сигналов, наиболее важными для схемотехнического проектирования, являются: — Диапазон напряжений для логических «0» и «1», для выходов логических элементов/схем и для входов цифровых элементов/схем; — Нагрузочная способность (коэффициент разветвления по выходу) выходов цифровой схемы — fanout; — Длительность переключения состояния — время измерения состояния сигнала с НИЗКОГО уровня на ВЫСОКИЙ и наоборот (перехода из логического «0» в «1» и наоборот) — transition time; — Временная задержка цифрового сигнала при «прохождении» через логический элемент/схему — propagation delay.
Диапазоны напряжений для логических «0» и «1».
Так как именно напряжение используется для кодирования значений «0» и «1», то диапазон напряжений для логических «0» и «1» являются основным параметром цифровых схем. При этом каждому из логических уровней «0» и «1» соответствуют не фиксированные значения напряжения, например, 0В или 5В, а некоторый диапазон напряжений. Например, для микросхем семейства ТТЛ логическому «0» будет соответствовать напряжение, попадающее в диапазон от 0В до +0.8В, а логической «1» будет соответствовать напряжение в диапазоне от +2В до +5В. Кодирование логических уровней диапазонами сделано потому что: 1) Позволяет использовать цифровые элементы/схемы с достаточно значительными, допусками параметров входных и выходных каскадов, что сильно удешевляет их производство. 2) Допускает колебание параметров элементов/схем и соответствующих цифровых сигналов за счет изменения температур, электрической нагрузки и напряжения питания схем и т.п. 3) Позволяет игнорировать влияние шумов — паразитных напряжений, которые добавляются/вычитаются из рабочего напряжения при «прохождении» его через схему. Шумы возникают за счет емкостных и индуктивных связей между сигналами в схеме, помех приходящих по подключенным внешним цепям и цепям питания, за счет электромагнитных наводок. Диапазоны напряжений цифровых сигналов, генерируемые выходами цифровых схем и воспринимаемые входами схем, делают разными. Диапазон, воспринимаемый входами более широкий по сравнению с диапазоном выходных сигналов, и диапазон выходов целиком перекрывается диапазоном входов, оставляя запас по границе минимального и максимального напряжений. Это гарантирует, что выходной сигнал вырабатываемый одной цифровой схемой и подаваемый на вход другой будет правильно восприниматься даже в условиях помех. Например, выход вырабатывает ВЫСОКИЙ уровень в диапазоне 4.5В — 5В, а вход будет воспринимать ВЫСОКИЙ уровень в диапазоне 3.5В-5.5В. Поэтому, если к выходному напряжению ВЫСОКОГО уровня равному 4.5В добавится помеха 1В, то суммарное напряжение будет 5.5В и будет воспринято входом верно — как ВЫСОКИЙ уровень. Между диапазонами ВЫСОКОГО уровня и НИЗКОГО уровня располагается так называемая «мертвая зона». В пределах мертвой зоны производитель не гарантирует корректное восприятие уровня сигнала. Около середины мертвой зоны (но не точно) располагается пороговый уровень Шх.п (Vin.t, threshold voltage), ниже которого уровень сигнала на входе воспринимается как НИЗКИЙ, а выше — как ВЫСОКИЙ. Номинальное значение Цп определяется документацией на электронный компонент (микросхему), но реальное значение может смещаться в рамках мертвой зоны в зависимости от особенностей конкретного образца (микросхемы), от температуры, от старения компонента, от напряжения питания и других параметров. Итого: среди основных параметров цифровых схем должны быть заданы следующие напряжения цифровых сигналов: — Для цифровых входов: — ивх.О.мин. (VIL.min) — минимальное напряжение, воспринимаемое как «0»; — Uвх.0.макс.(VIL.max) — максимальное напряжение, воспринимаемое как «0»; — ивхЛ.мин.(Ущ.тт) — минимальное напряжение, воспринимаемое как «1»; — ивхЛ.макс.(Ущ.тах) — максимальное напряжение, воспринимаемое как «1»; — ивх.п (VIT) — напряжение переключения (threshold voltage), значения выше которого воспринимаются как «1», а ниже — как «0». — Для цифровых выходов: — ивых.0 (VoL.typ) — типовое напряжение, которое устанавливается при выводе «0»; — ивых.О.мин.(Усх.тт) — минимальное напряжение, которое может быть установлено при выводе «0»; — ивых.0.макс.(\^Л.тах) — максимальное напряжение, которое может быть установлено при выводе «0»; — ивыхЛ(УоШур) — типовое напряжение, которое устанавливается при выводе «1»; — ивыхЛ.мин.(УОН.тт) — минимальное напряжение, которое может быть установлено при выводе «1»; — ивых.1.макс. (VOH.max) — максимальное напряжение, которое может быть установлено при выводе «1». Указанные напряжения зависят от схемотехники и параметров выходных и входных электрических каскадов цифровых схем.
Еще одна особенность/проблема — это использование цифровых микросхем с различными напряжениями питания. Дело в том, что при изменении напряжения питания микросхем, изменяются и уровни напряжения высокого и низкого уровня (см. рисунок ниже). На нынешний момент в цифровой технике наиболее распространенными являются напряжения питания 5В, 3.3В, 2.5В, 1.8В. Необходимость снижения напряжения питания вызвана многими причинами, основными из которых являются снижение потребляемой и выделяемой мощности, повышение быстродействия схем, уменьшение физических размеров транзисторов на кристалле интегральных микросхем.
Видно, что уровни схем с различным питанием не совместимы между собой. При этом их часто приходится использовать совместно в одной схеме. Например, электропитание микропроцессора может быть 5В, а питание подключенных к нему микросхем — 3.3В. И аналогов с иным питанием не производится! В таком случае добавляют специальные каскады/микросхемы преобразования уровней напряжения цифровых сигналов. Иногда эти каскады встроены в микропроцессоры. Иногда удается добиться частичной совместимости уровней, например, микросхема с питанием 3.3В допускает подключение к ней входных сигналов с напряжением до 5В с корректным распознаванием ВЫСОКОГО и НИЗКОГО уровней. Обратного подключения может не допускаться, например выходов «3.3В» ко входам «5В». Нужно отметить, что так как любое совместное использование схем с различными уровнями напряжений это потенциальный источник ошибок и часто причина усложнения схемы, то, без особой необходимости, стараются не делать смешанных схем.
Нагрузочная способность (коэффициент разветвления по выходу)
Нагрузочная способность выхода цифровой схемы показывает, какое количество входов цифровых схем может быть подключено к данному выходу без перегрузки выходных каскадов и без искажения уровней цифрового сигнала для входов. Нагрузочная способность зависит и устанавливается для пары типов «выход-вход». Например, для выхода типа X устанавливается количество подключаемых входов типа У и количество подключаемых входов типа Z и т.п. Нагрузочная способность может различаться для уровней ВЫСОКИЙ и НИЗКИЙ, но обычно указывается только одно — меньшее значение. Типовая нагрузочная способность — 20 входов того же типа, что и выход. Если к выходу одного типа подключены входы другого типа, то соотношение изменяется. Ниже перечислены отрицательные последствия перегрузки выходов: — Выходное напряжение НИЗКОГО уровня может превысить Ивх.О.макс. и НИЗКИЙ уровень будет определен как ВЫСОКИЙ; — Выходное напряжение ВЫСОКОГО уровня может быть ниже ИвхЛ.мин. и ВЫСОКИЙ уровень будет определен как НИЗКИЙ; — Время изменения уровня с НИЗКОГО на ВЫСОКИЙ и обратно превышает значение, допустимое спецификацией данной схемы; — Задержка распространения сигнала через схему превышает значение, допустимое спецификацией данной схемы; — Перегрев элементов схемы из-за повышенного тепловыделения, возникающего из-за перегрузки. В результате может возникнуть изменение параметров схемы (уровней напряжения, нагрузочных способностей, параметров быстродействия) или физическая порча перегретых элементов.
Длительность переключения состояния
В идеальном случае ВСЕ выходы цифровой схемы или ее элемента изменяют свое состояние мгновенно и одновременно. Однако реальные выходы не могут моментально переключиться с ВЫСОКОГО на НИЗКИЙ уровень и наоборот: необходимо время на перезаряд паразитных емкостей элементов цифровой схемы или емкостей и индуктивностей проводников на плате. В итоге на рисунке идеальный сигнал (a) приобретает реальную форму (с). Условное изображение на временных диаграммах «постепенного перехода» выхода цифровой схемы из состояния в состояние показано на (b). Время перехода с НИЗКОГО уровня в ВЫСОКИЙ (Tr) называют «длительностью положительного фронта», иногда просто «длительность фронта», или rise time. Время перехода с ВЫСОКОГО уровня в НИЗКИЙ (Tf) называют «длительностью отрицательного фронта», или «длительностью спада», или fall time. Эти времена обычно близкие по значению, но немного различаются у выходов цифровых схем. Для различных типов выходов (ТТЛ, КМОП и других) эти времена могут различаться в разы. Длительности переходов возрастают при подключении большего числа входов к выходу. Это объясняется, в основном, ростом значения емкости, подключенной к выходу за счет входных емкостей входов. Для наиболее распространенных на сегодня типа КМОП длительности переходов находятся в пределах 5-10 ns для типового числа подключенных входов. Для быстродействующих каскадов «внутри» СБИС процессоров, памяти и т.п. это время уменьшается до десятых — сотых наносекунды.
Задержка перехода является отрицательным фактором функционирования цифровых схем и, наряду с задержкой распространения сигнала, значительно усложняет их разработку. Основные причины этого: — нахождение выхода в неопределенном состоянии приводит к возможности некорректного срабатывания входа, причем многократного; — рассинхронизация в работе элелементов/частей цифровых схем; — повышенное энергопотребление во время нахождения в неопределенном состоянии.
Задержка распространения сигналов.
Задержкой распространения сигнала через элемент (propagation delay, tp) называют время между фронтом (перепадом) цифрового сигнала на входе элемента и вызванным им (входным фронтом) перепадом сигнала на выходе элемента. Задержка распространения вызвана временем срабатывания транзисторных ключей внутри элемента. Она будет больше, чем больше количество таких ключей по пути распространения сигнала внутри элемента, т.е. количество последовательных каскадов. Задержка распространения может быть разной для перепада на выходе с НИЗКОГО на ВЫСОКИЙ уровень (tpLH) и для перепада с ВЫСОКОГО в НИЗКИЙ уровень (tpHL).
