Lógica de tres estados - Three-state logic
En la electrónica digital, la lógica de tres estados , tres estados o 3 estados permite que un pin / pad de entrada o salida asuma un estado de alta impedancia , eliminando efectivamente la salida del circuito, además de los niveles lógicos 0 y 1 .
Esto permite que varios circuitos compartan la misma línea o líneas de salida (como un bus que no puede escuchar más de un dispositivo a la vez).
Las salidas de tres estados se implementan en muchos registros , controladores de bus y flip-flops en las series 7400 y 4000 , así como en otros tipos, pero también internamente en muchos circuitos integrados . Otros usos típicos son buses internos y externos en microprocesadores , memoria de computadora y periféricos . Muchos dispositivos están controlados por una entrada activa baja llamada OE (habilitación de salida) que dicta si las salidas deben mantenerse en un estado de alta impedancia o controlar sus respectivas cargas (a 0 o 1 nivel).
El término tri-estado no debe confundirse con la lógica ternaria ( lógica de 3 valores ).
| ENTRADA | SALIDA | |
|---|---|---|
| UNA | segundo | C |
| 0 | 0 | Z (alta impedancia) |
| 1 | Z (alta impedancia) | |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | |
Usos
El concepto básico del tercer estado, alta impedancia (Hi-Z), es eliminar efectivamente la influencia del dispositivo del resto del circuito. Si más de un dispositivo está conectado eléctricamente a otro dispositivo, poner una salida en el estado Hi-Z se usa a menudo para evitar cortocircuitos, o un dispositivo se activa (1 lógico) contra otro dispositivo que se activa (0 lógico).
Los búferes de tres estados también se pueden utilizar para implementar multiplexores eficientes , especialmente aquellos con un gran número de entradas.
Los búferes de tres estados son esenciales para el funcionamiento de un bus electrónico compartido .
La lógica de tres estados puede reducir la cantidad de cables necesarios para controlar un conjunto de LED (multiplexación de tres estados o Charlieplexing ).
Habilitación de salida frente a selección de chip
Muchos dispositivos de memoria diseñados para conectarse a un bus (como los chips RAM y ROM) tienen pines CS ( selección de chip ) y OE (habilitación de salida), que superficialmente parecen hacer lo mismo. Si no se afirma CS , las salidas son de alta impedancia.
La diferencia radica en el tiempo necesario para emitir la señal. Cuando se anula la selección de chip, el chip no funciona internamente y habrá un retraso significativo entre proporcionar una dirección y recibir los datos. (Una ventaja, por supuesto, es que el chip consume un mínimo de energía en este caso).
Cuando se confirma la selección de chip, el chip realiza internamente el acceso y solo los controladores de salida finales se desactivan al anular la activación de salida. Esto se puede hacer mientras el bus está en uso para otros fines, y cuando finalmente se confirma la habilitación de salida, los datos aparecerán con un retraso mínimo. Un chip de ROM o RAM estática con una línea de habilitación de salida típicamente enumerará dos tiempos de acceso: uno desde la selección de chip afirmada y la dirección válida, y un segundo tiempo más corto que comienza cuando se afirma la habilitación de salida.
Uso de pull-ups y pull-downs.
Cuando las salidas tienen tres estados (en el estado Hi-Z), su influencia en el resto del circuito se elimina y el nodo del circuito será "flotante" si ningún otro elemento del circuito determina su estado. Los diseñadores de circuitos a menudo utilizarán resistencias pull-up o pull-down (generalmente dentro del rango de 1 a 100 kΩ) para influir en el circuito cuando la salida tiene tres estados.
El bus local PCI proporciona resistencias pull-up, pero requerirían varios ciclos de reloj para elevar una señal dada la gran capacitancia distribuida del bus . Para habilitar el funcionamiento a alta velocidad, el protocolo requiere que cada dispositivo que se conecte al bus maneje las señales de control importantes altas durante al menos un ciclo de reloj antes de pasar al estado Hi-Z. De esta manera, las resistencias pull-up solo son responsables de mantener las señales del bus frente a la corriente de fuga .
Intel se refiere a esta convención como "tri-estado sostenido" y también la usa en el bus Low Pin Count .
Alternativas a un autobús de tres estados
La entrada / salida de colector abierto es una alternativa popular a la lógica de tres estados. Por ejemplo, el protocolo de bus I²C (un protocolo de bus de comunicación bidireccional que se utiliza a menudo entre dispositivos) especifica el uso de resistencias pull-up en las dos líneas de comunicación. Cuando los dispositivos están inactivos, "liberan" las líneas de comunicación y triplican sus salidas, eliminando así su influencia en el circuito. Cuando todos los dispositivos en el bus han "liberado" las líneas de comunicación, la única influencia en el circuito son las resistencias pull-up, que elevan las líneas. Cuando un dispositivo quiere comunicarse, sale del estado Hi-Z y baja la línea. Los dispositivos que se comunican mediante este protocolo dejan que la línea flote hacia arriba o hacia abajo, evitando así cualquier situación de contención de bus donde un dispositivo impulsa una línea hacia arriba y otra hacia abajo.
Los primeros microcontroladores a menudo tienen algunos pines que solo pueden actuar como entrada, otros pines que solo pueden actuar como salida push-pull y algunos pines que solo pueden actuar como una entrada / salida de colector abierto . Un microcontrolador moderno típico tiene muchos pines de entrada / salida de propósito general de tres estados que pueden programarse para actuar como cualquiera de esos tipos de pines.
Un bus de tres estados se usa típicamente entre chips en una sola placa de circuito impreso (PCB) o, a veces, entre PCB conectados a una placa posterior común .
No se recomienda el uso de lógica de tres estados para conexiones en chip, sino para conexiones entre chips.
Los búferes de tres estados utilizados para permitir que varios dispositivos se comuniquen en un bus de datos se pueden reemplazar funcionalmente por un multiplexor . Eso ayudará a seleccionar la salida de una variedad de dispositivos y escribir uno en el bus.
Ver también
notas y referencias
- ^ Tri-state es una marca registrada de National Semiconductor, pero a menudo se usa para describir dispositivos fabricados por cualquier fabricante.
- ^ Hill, Winfield; Horowitz, Paul (1989). El arte de la electrónica . Prensa de la Universidad de Cambridge. págs. 495–497. ISBN 0-521-37095-7.
- ^ 경종민, Buses / redes en chip para SoC "Los buses en chip [tienen] No se utilizan señales de tres estados [porque] el bus de tres estados es difícil para el análisis de temporización estática"
- ^ "Búfer de tres estados" .
enlaces externos
- Puertas de salida especial en todos los circuitos
- Principio de multiplexación triestado