Jste zde

Posun napěťové úrovně digitálního signálu – jak na to?

Jan Robenek, 25. Září 2009 - 7:15

V rámci digitálních systémů můžeme být často postaveni před otázku zpracování pulsů opačné polarity, tj. jejich převodu na kladně, příp. také záporně orientované průběhy. A aby to nebylo zase tak jednoduché, budeme přitom muset vystačit s napájecím zdrojem jediné polarity. V této aplikační poznámce proto přinášíme několik návrhů, které daný problém s posunem napěťových úrovní digitálního signálu (Level Shifting) vyřeší jednoduše a také spolehlivě. Využijeme přitom komparátor MAX913 nebo jiný, jemu podobný.

Pro systémy s kladným napájením můžeme použít jednoduché zapojení dle obr. 01, převádějící posloupnost záporných pulsů na příslušný, kladně orientovaný výstup. Použitý komparátor MAX913 přitom na svých dvou výstupech umí zajistit jak přímý tak i negovaný průběh. Pochopitelně, vystačí – li naše aplikace jen s jednou výstupní fází, vybereme nějaký jiný komparátor, třeba s jednoduchým výstupem. Napětí na invertujícím vstupu definuje použitá rezistorová síť, která v tomto konkrétním příkladu umožňuje pohyb mezi 1.8 V a 3.0 V. Shodná velikost odporu R1 a R2 na neinvertujícím vstupu zase vytváří střed v podobě 2.5 V. Výstup pak už jen nabývá kladných hodnot.

Obr. 01: Zapojení živené z kladného napájecího zdroje se nebrání záporným vstupním pulsům, které vhodně převádí na doplňkové (komplementární) výstupy.

V opačném případě se záporným napájením lze postupovat stejným způsobem, přesně v duchu zapojení na obr. 02, které převádí kladné pulsy na záporné výstupní úrovně. Napětí na invertujícím vstupu se bude pohybovat mezi -1.8 V a -3.0 V, zatímco shodná velikost odporu R1 a R2 nastaví napětí neinvertujícího vstupu na -2.5 V. Doplňkové výstupy komparátoru tak mohou nabývat záporných úrovní.

Obr. 02: Při záporném napájení lze kladné vstupní pulsy jednoduše transformovat na příslušné doplňkové výstupy.

Na následujících obrázcích 3 a 4 vidíme stejný komparátor ve funkci bufferu. MAX913 tak vytváří vhodné rozhraní pro systémy, ve kterých budou vstupní signály a napájecí napětí výstupního systému nabývat opačných polarit. Obr. 3 zachycuje situaci, při které systém s kladným napájecím napětím akceptuje záporné pulsy. Na obr. 04 bude zase vstupní průběh orientován kladně, zatímco napětí systému zcela opačně. Obě zapojení ke své „posunovací“ činnosti využívají vnější NPN tranzistory. Výslednou úroveň proto můžeme definovat jako VBE (R5 + R4)/R5 ≈ 4.5V. I zde bude pochopitelně platit, že při potřebě 1fázového výstupu můžeme dohledat alternativní provedení komparátoru jen s jediným výstupem.

Obr. 03: Zapojení převádí záporné průběhy na kladně orientovaný výstup. Komparátor je živen ze záporného napájecího zdroje, zatímco systém z kladného.