Превратите TTL-выход логической ИС в выход, способный управлять устройствами на 50 Ом.

Я хочу обеспечить триггерные сигналы на передней панели с микроконтроллером внутри моего устройства. Сигнал запуска будет подаваться по коаксиальному кабелю 50 Ом на другое устройство с входом 50 Ом.

Прямое подключение может привести к перегрузке цифровых выходных драйверов контроллера, поэтому я ищу что-то вроде микросхемы буферного усилителя. Я также хотел бы сделать этот выход триггера немного защищенным от идиотов: его короткое замыкание не должно ничего разрушать. Моя идея состояла в том, чтобы включить резистор последовательно с конечным выходом, с сопротивлением, достаточным для ограничения тока в ситуации короткого замыкания до абсолютного максимального номинала конечного драйвера. Конечно, этот резистор должен быть небольшим, чтобы падение напряжения на правильно подключенных 50-омных устройствах все же было как можно больше. Является ли последовательный резистор правильным подходом для защиты выхода от короткого замыкания (я полагаю, «предохранители» PTC слишком медленные для этого)? Кроме того, если кто-то подключит устройство на 1 МОм, я бы хотел, чтобы триггерный импульс по-прежнему своевременно отключался.

На данный момент у меня есть три идеи для усилителей/драйверов:

  • Используйте простой транзистор, чтобы обеспечить протекание большего тока. Например, BC337 имеет максимальное значение 500 мА и хорошее время нарастания/спада. Подключите коллектор к VCC, базу через резистор к выводу микроконтроллера, а эмиттер (через защитный резистор) к выходу BNC. Кажется слишком простым, что не так? Я предполагаю, что проблема будет с устройствами на 1 МОм, потому что нет подтягивания. Как только триггер высокий, потребуется некоторое время, чтобы перейти в низкий уровень только через 1 МОм, это правильно? Может быть, использовать конфигурацию эмиттерного повторителя с сопротивлением 10 кОм или около того, чтобы обеспечить более быстрый переход на низкий уровень?
  • Используйте линейный драйвер SN54ABT126, который, кажется, почти предназначен для того, что я хочу делать. Но максимальный выходной ток на высоком уровне составляет -32 мА, что не совсем достаточно для 50 Ом + защитный резистор, если я не ошибаюсь. Я не нашел других подобных устройств, которые могут обеспечить заметно более высокие токи. Все они, кажется, оптимизированы для приема больших токов в низком уровне, а не для получения в высоком...
  • Используйте массив Дарлингтона, например ULN200x. Это кажется простым выходом для управления более высокими токами с помощью цифровых выходных контактов, но их временные характеристики не так хороши (~ мкс). Кроме того, у них может быть та же проблема с отставанием переходов между высокими и низкими уровнями, что и в предложении BC337 выше?

Я хотел бы получить комментарии к этим трем идеям, а также, конечно же, к "правильному способу сделать это".

Некоторая информация, которая может быть интересной: я стремлюсь к времени переключения (и времени нарастания/спада) ниже 100 нс при подключении устройства на 50 Ом. У меня легко доступны VCC +5 В, а с некоторыми дополнительными усилиями +6 В и +12 В. Мне нужно два триггерных выхода, поэтому я бы хотел избежать буферных микросхем с> 8 каналами. Я хотел бы добиться высокого уровня> = 3 В на устройстве 50 Ом (это должно правильно запускать любое устройство, верно?)

Простая принципиальная схема значительно облегчит ответ на этот вопрос.
Должен ли сигнал на другое устройство быть 5V TTL? Если нет, я использую делитель напряжения и привод с оконечной нагрузкой, поэтому только для сигнала 1 вольт вы можете использовать последовательный резистор на 200 Ом, а затем 50 Ом на землю. Коаксиальный выход подключается к узлу между двумя R. (мне нужно нарисовать картинку?) Это также должно позаботиться о ваших опасениях по поводу того, что кто-то закорачивает выход... А теперь текущие требования более скромны. ~ 20 мА для вышеуказанного. (Примечание: если вход на другой стороне также имеет сопротивление 50 Ом, вы получите только 0,5 В, но этого все же может быть достаточно.)
Вы уверены, что импеданс триггерного входа вашего устройства составляет 50 Ом? Большинство триггерных входов совместимы с TTL, поэтому имеют высокий импеданс, если только вы не установите на них терминатор 50 Ом. Нагрузка от коаксиального кабеля 50 Ом незначительна. Я использую Arduino Uno для прямого управления триггерными входами 5 В нескольких устройств (генератор функций, анализатор спектра) — никаких проблем, за исключением джиттера Arduino (<100 мкс), что для меня приемлемо. Скорость нарастания составляет 1 нс/В. У меня нет защиты от короткого замыкания, но 150 Ом последовательно должно сработать.

Ответы (4)

Вы можете использовать драйвер MOSFET, такой как TC4427, с последовательным резистором 47 Ом. Резистор достаточно ограничивает мощность для защиты выхода.

Обратите внимание, что с выходным резистором 50 Ом напряжение на входе с высоким импедансом будет вдвое больше, чем на входе 50 Ом.

То, что вам действительно нужно, зависит от устройства, которое принимает сигнал в качестве входного сигнала.

Спасибо за указание на существование драйверов MOSFET. Я обязательно куплю несколько TC4427 и попробую их, они кажутся такими же, как драйверы TTL Buffers / Line с более высокими токами. Я знаю, что выходы 50 Ом вызывают двойное падение напряжения на нагрузках HighZ, но это то, что должен ожидать любой пользователь моего устройства, когда он указан как выход 50 Ом :).
Согласно ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21422D.pdf , рисунки 2-9 и 2-12, вы должны использовать резистор на 35 Ом, поскольку выходное сопротивление составляет 15 Ом при напряжении питания 5 В. Однако обратите внимание, что выходное сопротивление указано при выходном токе 10 мА и, вероятно, увеличивается с увеличением тока, поэтому оптимальное значение резистора может быть меньше при нагрузке 50 Ом.
starblue / @WhatRoughBeast: Я реализовал триггерный выход с помощью драйвера MOSFET, как вы и предложили. Я использую TC1410N , который должен выдавать пиковый ток 500 мА. Я использую последовательный резистор на 12 Ом, который должен ограничивать ток короткого замыкания примерно до 420 мА. Я ожидал получить амплитуду 5 В * 50 Ом / (50 Ом + 12 Ом) = 4 В на 50-омных устройствах, однако я измеряю только 2,4 В на моем 50-омном прицеле. Я что-то пропустил? (Схема: i59.tinypic.com/212tzr5.jpg )
Продолжение: Принимая во внимание выходное сопротивление TC1410 22 Ом (согласно техническому описанию, 16 типично, 22 макс.), я должен получить 3 В. Теперь возникает вопрос, должен ли я полностью исключить внешние 12 Ом и использовать внутреннее выходное сопротивление TC1410 в качестве защиты от «короткого замыкания». Будет ли это работать или сломает TC1410?
@DerManu Вы решили эту проблему? Недавно я столкнулся с примерно тем же вопросом, поэтому мне было бы интересно узнать, как вы, наконец, решили проблемы.

ETA - К сожалению, я должен заявить, что нижеследующее (относящееся к варианту 1) ошибочно . После дальнейших размышлений я пришел к выводу, что базовый подход не соответствует требованиям для управления нагрузкой в ​​1 МОм и не может быть выполнен для этого. Те добрые души, которые проголосовали за меня, вероятно, должны передумать.

С вашими требованиями это должно быть довольно просто.

1 - Вариант А. Вы можете легко это сделать, но вам нужно использовать транзистор PNP, а не NPN.

схематический

смоделируйте эту схему - схема, созданная с помощью CircuitLab

Единственное, на что следует обратить внимание, это то, что этот драйвер инвертирует сигнал. Кроме того, вход действительно должен обеспечивать высокое напряжение 5 вольт. Если хотите, вы можете немного уменьшить R2, чтобы увеличить напряжение высокого уровня, но чем больше вы это делаете, тем больше шансов случайно разрушить транзистор, если вы замкнете выход на землю (это может легко произойти, если вы подключите его к его нагрузка, пока выход активен.)

ETA - я забыл указать требование, чтобы схема могла управлять нагрузкой с высоким импедансом (1 МОм). Виноват. Это можно сделать при немного нестандартном подходе к тому, что может гнать ТТЛ.

схематический

смоделируйте эту схему

Это требует 6 вольт, чтобы получить 3 вольта выхода на 50 Ом, и будет управлять нагрузкой с высоким импедансом до 6 вольт, и будет управлять высоким импедансом с небольшим звоном, используя 50-омный коаксиальный кабель (поскольку выход теперь подключен к источнику). до 50 Ом). Если 6 вольт на 1 Мег неприемлемо, питание 6 вольт можно уменьшить до 5, но тогда на нагрузке 50 Ом будет только около 2,4 вольта. Добавленное напряжение на входе TTL должно быть безопасно ограничено комбинацией базового резистора и диода. Почти все TTL справятся с этим изящно.

Хех. На самом деле, это служит хорошим примером того, как дизайн начинается с простого, а затем становится все более и более сложным.

Вариант 2 - это просто. Просто подключите параллельно 4 устройства в каждом пакете. Суммарная токовая мощность становится ~120 мА, что вполне достаточно. Этот подход работает, потому что все 4 канала в корпусе довольно хорошо согласованы с точки зрения поведения, и они термически связаны, поэтому один канал не может нагреться больше, чем другие, и начать зависать. Возможно, вам сойдет с рук использование только 2 каналов, таким образом, вы получите 2 сигнальных драйвера из одного пакета.

Вариант 3 - Извините, ваши опасения оправданы, и что-то вроде ULN2003 будет "сложно" работать так, как вы хотите.

Простите мою дерзость, но разве драйвер не должен иметь выходное сопротивление примерно 50 Ом во всех рабочих точках? ... РЕДАКТИРОВАТЬ: Нет, это не имеет значения.
Что ж, это не совсем неважно, и я рад, что вы подняли этот вопрос. Для достижения наилучших результатов желательно иметь согласованный импеданс источника. В этом случае, используя источник питания 5 вольт, согласованный импеданс ограничивает полученный высокий уровень до 2,5 вольт. В схеме PNP сопротивление R2 могло бы быть 50 Ом, но я принял отклонение импеданса источника как компромисс для получения более высокого размаха напряжения. На практике для логических сигналов это не имеет значения.
@WhatRoughBeast Спасибо за ваш ответ, он был весьма поучительным. Что касается вашего редактирования, в котором говорится, что то, что вы написали, ошибочно, вы имеете в виду свои схемы для транзисторных решений или также ваши комментарии к варианту 2? Почему вы думаете, что ваш дизайн транзистора неправильный, симулятор схемы, кажется, говорит, что он работает как для нагрузки 50 Ом, так и для нагрузки HighZ. Далее: почему вы использовали PNP вместо предложенной конструкции NPN? (Я не оспариваю ваш дизайн, просто хочу научиться.)
Только вариант 1 плохой - я отредактировал, чтобы отразить это. Моделирование для высокого импеданса работает нормально, пока вы не замените 50-омную нагрузку 50-омной линией задержки с оконечной нагрузкой. По сути, выход подключается к истоку для высокого уровня, но не для низкого. PNP был выбран таким образом, чтобы при низком уровне выходного сигнала в цепи привода не рассеивалась мощность (и в этом корень проблемы согласования импеданса hi-Z). С NPN было бы малое значение подтягивания, которое рассеивало бы мощность, когда выход был низким. 6 одного, полдюжины другого.

Это должно сделать это:

V2 — источник логики 5 В, R3 — импеданс источника 50 Ом, R4 — нагрузка 50 Ом, а список схем LTspice находится здесь , если вы хотите поиграть со схемой.

введите описание изображения здесь

Я бы поставил под сомнение ваш выбор полевых транзисторов. Например, BSS84 имеет максимальный ток стока 130 мА. Преобразование 12 вольт в 100 Ом потребует 120 мА, и это слишком близко для комфорта. Кроме того, в ОП особо упоминается защита от жесткого короткого замыкания, и такое короткое замыкание будет потреблять 240 мА, что значительно превышает номинальные значения полевых транзисторов. Наконец, вы не предусмотрели возможность избежать прострела. Конечно, емкость затвора мала, но низкое пороговое напряжение будет работать против вас, как и очень малое время включения и выключения.
Мое последнее редактирование, кажется, позаботилось обо всем этом. :-)
Ну да. За исключением нескольких мелких деталей. Например, теперь Q1 должен потреблять 1,2 ампера и рассчитан только на 1 ампер, а в техническом паспорте указаны только рабочие характеристики для макс. 500 мА. Например, если предположить, что hfe, равное 10, подразумевает базовый ток 120 мА, что примерно соответствует приводу, необходимому для 2,5 вольт на 50 Ом - если вы можете это сделать, вам не нужна вся остальная схема. Например, чтобы получить базовый диск, вам нужно, чтобы V2 составлял 40 вольт, что кажется немного чрезмерным, учитывая первоначальную цель буферизации сигнала TTL. Но это отвечает на мои первоначальные возражения :-)
1. Коллектор Q1 подтягивается до 12 В через 100 Ом, что составляет 120 мА, а не 1,2 А. 2. Ничего не предполагайте; форсируйте бета-версию, которую вы хотите. Например, Q1 с током коллектора 120 мА и током базы 12 мА работает с принудительной бета-версией 10, как и планировалось. 3. Если на дальнем конце коаксиального кабеля имеется логика 5 В, то 2,5 В может быть меньше его порога переключения, поэтому источник питания 5 В немного маловат для использования на передающей стороне. Я решил использовать источник питания 12 В, который, по словам ОП, был доступен, чтобы при необходимости получить до 6 В от делителя напряжения 50 Ом на дальнем конце. 4. А?
Ой, извините за это. Было слишком рано утром, и мой мозг еще не полностью функционировал. Так что я ошибся всего в 10 раз.

Самый простой способ сделать это - использовать эмиттерный повторитель NPN с коллектором, подключенным к Vcc через резистор 10 Ом (для защиты), базу, подключенную к вашему цифровому выходу, и эмиттер, напрямую подключенный к выходу BNC (без каких-либо вмешательств ) . резистор). Подключение нагрузки 50 Ом через кабель 50 Ом будет передавать сигналы ТТЛ с хорошей точностью. На самом деле эта идея (украденная из The Art of Electronics) полезна для сигналов с временем нарастания примерно до 2 нс с использованием транзисторов с частотой 300 МГц. Для защиты ВЕ-перехода транзистора от обратного напряжения можно использовать противопараллельный диод .

Я люблю эту книгу. Просто надо было сказать.
Превратите TTL-выход логической ИС в выход, способный управлять устройствами на 50 Ом.
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 8v