Menší, úspornější a za co nejméně peněz – přesně s takovými trendy se bude vývojář dnes a denně potkávat. Vezměme si třeba takový procesor pracující z určitého napětí, který bude nutné propojit s dalšími perifériemi či subsystémy napájenými z celé řady odlišných napěťových hladin. S tím se už setkal snad každý a pokud neměl jinou možnost, pravděpodobně k posunu napěťových úrovní logického signálu, lhostejno zda již směrem nahoru nebo zase dolů, použil několik samostatných součástek, tzv. Level Shifterů, se dvěma různými velikostmi napájecího napětí na obou stranách.

 

 

A proč ne, když se jedná o docela miniaturní obvody s vcelku jasným chováním. Celou otázku napěťového „překladu“ v obou směrech (Translator) však bude možné řešit o poznání jednodušeji, pouze s jedním napájecím napětím a ještě k tomu dostaneme na výběr buď z logické funkce nebo též vybrané konfigurace oddělovacího bufferu.

 

 

 

Právě pro tyto a jim podobné účely společnost Texas Instruments nedávno představila první logické struktury, jejichž nedílnou součástí se stalo logické hradlo společně s možností posunu signálových úrovní nahoru či dolů, to vše při zachování požadavku na jediné napájecí napětí. Vezmeme – li v úvahu sloučení několika funkcí do jediného prvku s jednoduchým napájením, budeme po právu očekávat nejen méně komplikovaný návrh desky plošného spoje, ale ve výsledku též jeho menší rozměry. To však není zdaleka vše.

 

 

Pro zajištění maximální možné míry flexibility rodiny obvodů SN74LV1T dostáváme k dobru provozní napěťový rozsah od 1,8 V až do 5,5 V, přičemž stranou zájmu hned vedle 5 V, 3,3 V, 2,5 V a 1,8 V systémů nezůstanou ani ty 1,5 V a 1,2 V, vždy pochopitelně s přihlédnutím ke stanovené napájecí hladině integrovaného obvodu. Vzhledem ke své „5 V toleranci“ a podporovanému, rozšířenému teplotnímu rozsahu až do +125 °C, opačný protipól -40 °C již není tak zajímavý, je bude možné využít i v náročnějších průmyslových a telekomunikačních systémech, kde mohou plnit funkci logického hradla, obvodu pro posun signálových úrovní či v lepším případě obojího zároveň. Počet obvodů na rozpisce se právě začal snižovat.

 

 

V rámci rodiny obvodů SN74LV1T dostáváme na výběr z devíti různých členů, tj. logických hradel NAND a AND, NOR, OR a XOR a stejně tak několika dalších prvků obsahujících buffer – viz obr. Zdůrazňovat společnost Texas Instruments jako výrobce mnoha dalších logických obvodů by již bylo nošením dříví do lesa. Zájemce přesto odkážeme na aktuální příručku pro výběr s názvem Little Logic Guide z roku 2014, zaměřenou na samotná hradla, docela zajímavou skupinu multifunkčních hradel (Configurables), signálových spínačů a také obvodů pro posun signálových úrovní (Translators).

 

 

Pojďme se nyní krátce zastavit u stěžejní funkce v podobě posunu napěťové úrovně číslicového signálu. Jak jsme již zmínili, s obvody rodiny SN74LV1T lze při zachování jednoho jediného napájení realizovat změnu směrem nahoru a také dolů. Prvky dostaly do výbavy vstupy odolné vůči přepětí (často pro nedostatek času označované též jako „tolerantní“) se kterými bude možné převádět až z 5,5 V směrem níže na hladiny Vcc, které mohou zase tvořit opačný extrém, tj. pouze 1,8 V. Na vyváženém optimalizovaném výstupu lze při napájení z 3,3 V počítat s proudy 7 mA. Struktury mají rovněž snížené prahy pro spínání, což zase umožňuje převod na úrovně Vcc až do 5,5 V – viz názorná tabulka.

 

 

 

Použití rodiny hradel SN74LV1T pro posun úrovní směrem dolů je skutečně jednoduché. Při jakémkoliv platném Vcc odolají vstupy až 5,5 V, takže na ně můžeme přivést „cokoliv“ nad Vcc až do 5,5 V a výstup pak bude roven právě úrovni Vcc, která zase může klesnout až na 1,8 V. Těžit přitom můžeme též z velikosti proudu Icc, který bude menší nebo roven předepsané hodnotě. Odběr během převodu je graficky znázorněn na obr. 7. V praxi to pak může znamenat posun

 

 

 

 

Potíže nečekáme ani v opačném případě, prahové vstupní hladiny pro spínání byly sníženy, takže „jedničková“ úroveň vstupního signálu může být mnohem nižší než v případě typického CMOSu a jeho V_IH. Budeme – li mít například Vcc rovno 3,3 V, dostáváme s typickou strukturou CMOS práh na polovině napájení, tj. Vcc / 2 nebo 1,65 V. To znamená, že vysoká úroveň na vstupu musí být přinejmenším Vcc x 0,7 nebo 2,31 V. V případě obvodů řady SN74LV1T však pro napájecí napětí Vcc o velikosti 3,3 V dostáváme vstupní práh přibližně 1 V, což nám umožňuje převod signálu s V_IH = 1,8 V až na úroveň Vcc = 3,3 V, viz obr. 6.

 

 

Vyjádřeno v bodech pak dostáváme možnost úpravy

 

 

Protože máme co do činění s obvody CMOS, bude nutné počítat s vyšším proudovým odběrem Icc pouze v případě, že je vstup nižší než Vcc a dochází k posunu signálových úrovní, viz obr. 7.

 

 

 

 

Malá hradla z rodiny obvodů SN74LV1T od TI přidávají ke svému výkonu logické funkce též možnost souběžného posunu signálové úrovně při zachování jednoho jediného napájecího napětí v běžně používaném rozsahu. K dispozici jsou ve standardních pouzdrech s pěti vývody typu SOT-23 a SC70 za cenu již od $0.17, platnou při odběru 1 000 ks.

 

 

Podrobnější informace naleznete na stránkách výrobce (www.ti.com/sn74lv1t-pr), kde si také můžete objednat jejich vzorky. Článek byl připraven s využitím materiálů, dostupných na www.ti.com.