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Digitale Schaltungstechnik/ Ausgänge

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Logikfamilien

Analogswitch

Ausgangstechnologie[Bearbeiten]

Bisher ist es uns nur möglich, feste Verbindungen zwischen einzelnen Schaltungsteilen zu machen. Um aber intelligentere Systeme (z.B. ein Prozessorsystem) zu bauen, ist es nötig dass unser Rechenwerk beliebige Speicherstellen verrechnen kann. Anders formuliert, müssen mehrere Quellen (Ausgänge) die gleiche Senke (Eingang) bedienen können. Damit es dabei nicht zu einem Kurzschluss kommt, müssen die Ausgänge der Logikbausteine modifiziert werden.

Als erstes machen wir uns bewusst, wie ein normaler Logikausgang funktioniert, danach gehen wir (an die geschichtliche Entwicklung angelehnt) vom Open-Collector über Tristate zum bidirektionalen Port. Die gezeigten Schaltungen sind in aller Regel als TTL-Schaltungen gezeigt. Das Prinzip funktioniert auch direkt so bei CMOS.

Totem-pole Ausgang[Bearbeiten]

Normaler Ausgang

Die stark vereinfachte Ausgangsschaltung eines TTL Ausganges ist links dargestellt. Bei logisch High ist der obere Transistor leitend, bei logisch Low der untere.

Opencollector Ausgang[Bearbeiten]

Beim Opencollector Ausgang ist der obere Transistor weggelassen, wodurch das Logikgatter nur auf Low ziehen kann

Damit am Ausgang auch logisch High möglich ist, muss extern ein Widerstand hinzugefügt werden.

Diese Ausgangsart hat Vor- und Nachteile. Beginnen wir bei den Vorteilen:

  • Normale Ausgänge dürfen nicht miteinander verbunden werden

Hier hingegen ist es ohne weiteres möglich:

  • Ist kein Baustein auf Low, bleibt die Leitung auf High
  • Sobald ein Baustein auf Low geht, geht auch die Leitung auf Low
  • Gehen zwei Bausteine auf Low ist die Leitung ebenfalls sauber definiert auf Low

Damit lassen sich einfache und "sichere" Bussysteme realisieren.

Natürlich hat diese Technik auch Nachteile:

  • Da bei Low ein Strom durch einen Widerstand fließt, entstehen relativ hohe Verluste.

Gerade wenn wir das Open Collector Prinzip (dort heisst es Open Drain) auf CMOS übertragen tritt der Nachteil deutlich hervor.

Schaltbild Wired-And

Tristate[Bearbeiten]

Die Ausgangsschaltung ähnelt wieder stark dem normalen TTL Ausgang, in der Ansteuerung liegt aber ein wesentlicher Unterschied:

Statt dass immer einer der beiden leitet, können die Transistoren auch ausgeschaltet werden und so ein hochohmiger Zustand erreicht werden, der den Bus nicht wesentlich beeinflusst.

Vorteil: geringerer Energieverbrauch, Buskommunikation möglich

Nachteil: Die Ansteuerung ist kritisch.

Emulation[Bearbeiten]

Tristate kann Open Collector Emulieren

Bidirectional[Bearbeiten]