Lange leidingen voor TTL
Het transporteren van logische signalen over lange afstanden brengt door de grote flanksteilheid van dergelijke signalen nogal wat problemen met zich mee. Overspraak en reflekties veroorzaken stoorsianalen die zo groot kunnen zijn dat TTL-circuits erop gaan reageren. Een metode om deze moeilijkheden te omzeilen is het kunstmatig verkleinen van de flanksteilheid.
Reeds bij transmissieafstanden van meer dan 30 cm kunnen moeilijkheden ontstaan, vooral als gebruik wordt gemaakt van een dichte bedrading (bekabeling). Storingen kunnen echter voorkomen worden door zowel voor- als achterflank minder steil te maken.
De opgaande flank van het uitgangssignaal van een TTL-poort is eenvoudig te beinvloeden. Een circuit met open-kollektor biedt de mogelijkheid om de opgaande flank nauwkeurig te bepalen met de kollektorweerstand en een kondensator. Figuur 1 toont het principeschema.
Figuur 1. Principeschema voor het vertragen van de opgaande flank.
De opgaande flank zal nu ten gevolge van de afsluitende kondensator als een e-macht verlopen (zie figuur 2). Deze flank moet echter wel aan bepaalde eisen voldoen.
Figuur 2. De opgaande flank zal aan de uitgang van het circuit volgens figuur 1 het hier getekende verloop te zien geven.
De stijgsnelheid van het ingangssignaal in het schakelgebied (tussen 0,8 en 2,1 V) moet minimaal in de orde van 5 V/µs liggen. Hieraan wordt voldaan als voor R en C respektievelijk 470 Ω en 820 pF genomen wordt. De minimale stijgsnelheid wordt dan 7 V/µs.
Ook bij TTL-circuits met een 'totempole'-uitgang zal de opgaande flank door een afsluitende kapaciteit kunnen worden beinvloed.
De kollektorweerstand van de bovenste uitgangstransistor (T1 in figuur 3) zal grotendeels de laadstroom bepalen, daar T1 van 0 tot circa 2,4 V volledig in verzadiging is en nog niet als emittervolger werkt.
Figuur 3. Uitgangstrap van een TTL-poort met totempoleuitgang.
De tolerantie van deze kollektorweerstand (R in figuur 3) bedraagt echter ongeveer 20%, zodat toepassing van een open-kollektorcircuit te prefereren is gezien de grotere nauwkeurigheid. De neergaande flank wordt door een kapaciteit over de TTL-uitgang vrijwel niet beinvloed omdat deze uitgang in de '0'-toestand zeer laagohmig is.
Door middel van een terugkoppeling is de neergaande flank echter wel te beinvloeden. Figuur 4 geeft hiervan het schema. De terugkoppelkondensator en de grote versterking van de poort in het schakelpunt zorgen er voor dat over R een konstante spanning staat waardoor de kondensator C met een konstante stroom wordt opgeladen. Hierdoor zal de neergaande flank vrijwel lineair verlopen.
Figuur 4. Principeschema voor het vertragen van zowel op- als neergaande flank.
Aan weerstand R en kondensator C worden de volgende eisen gesteld: De weerstandswaarde van R moet kleiner zijn dan de ingangsweerstand van het TTL-circuit om de vervangingsweerstand niet te veel afhankelijk te doen zijn van de onnauwkeurige Ri (ingangsweerstand).
Figuur 5 verduidelijkt het bovenstaande. De kapaciteitswaarde van C moet veel kleiner zijn daii de uitgangskapaciteit van 820 pF om te voorkomen dat de direkte overspraak van een neergaande flank op de ingang te groot wordt.
Figuur 5. Ingangscircuit van een TTL-poort.
R en C moeten zodanig worden gedimensioneerd dat de daaltijd van de neergaande flank nog net binnen 1 µs. ligt. Aan deze voorwaarden wordt voldaan als R = 5k6 en C = 100 pF.
Met een addertje onder het gras moet nog rekening worden gehouden: De weerstandswaarde RfiRi mag niet worden beinvloed door de laagohmige uitgang van een andere TTL-poort.
Deze beinvloeding kan worden voorkomen door een diode in serie met de sturende TTL-uitgang op te nemen. Dit moet dan wel een germaniumdiode zijn, daar anders de diodespanning plus de verzadigingsspanning van de sturende poort groter kunnen worden dan 0,8 V.
Deze 0,8 V is het laagste schakelnivo bij TTL-circuits.
Figuur 6 toont hoe de schakeling er dan in zijn geheel uit gaat zien.
Figuur 6. Totaalschema van een flankvertragende schakeling, die gestuurd wordt vanuit een totempole-uitgang.
TTL-circuit I kan ook worden vervangen door een open-kollektorpoort. De weerstand R = 5k6 is dan tegelijkertijd kollektorweerstand voor poort I en vertragingsweerstand voor poort II. De schakeling kan dan worden opgebouwd volgens figuur 7, de diode komt in dat geval te vervallen.
Figuur 7. Totaalschema van een flankvertragende schakeling die gestuurd wordt vanuit een open-kollektor poort.
De verkregen resultaten blijken uit figuur 8. Een 'snelle' ingangspuls op ingang A (figuur 7) verschijnt als een 'trage' puls op uitgang B. Uiteraard geeft bet diagram een enigszins overdreven beeld.
Figuur 8. De snelle ingangspuls A heeft na de schakeling volgens figuur 6 of 7 een aanzienlijk vloeiender verloop zoals blijkt uit de afbeelding van uitgangspuls B.
Konklusie
De flanken op de uitgang blijven aan TTL-eisen voldoen terwijI met de nu verkregen pulsen een afstand van 5 meter zonder moeilijkheden is te overbruggen. De ontvangende schakeling aan de andere kant van de lijn kan uit normale TTL-circuits bestaan zonder gebruik van ekstra diskrete komponenten.
Een geschikt circuit voor deze 'zender' is de 7405. Dit IC bevat zes open-kollektor inverters.