選購石英晶體振蕩器(XO)時,有些規(guī)格書(datasheet)標(biāo)有三態(tài)(tri-state)控制功能,有些則沒有該功能。那么,三態(tài)控制究竟是什么神秘武器?
圖1. 具有三態(tài)功能的石英晶體振蕩器
什么是三態(tài)?
我們知道,大多數(shù)數(shù)字系統(tǒng)使用“0”、“1”表示兩個級別的狀態(tài),但是一些特殊應(yīng)用還需要第三狀態(tài)——高阻抗“Hi-Z”。這里,前兩態(tài)與一般邏輯電路相似,“第三態(tài)”表示系統(tǒng)處于高阻抗?fàn)顟B(tài),這時的輸入、輸出相互隔斷,輸出端處于懸空(相當(dāng)于開路),沒有任何邏輯控制功能,輸出端電位取決于所連接的外部電路。
三態(tài)電路都有一個使能端“EN控制”,用來控制三態(tài)門的通斷,可以很方便地將輸出端連接到總線。如果多個設(shè)備端口要掛在一個總線上,必須通過三態(tài)緩沖器。因為一個總線上同時只能有一個端口作為輸出,這時其他端口必須處于“高阻態(tài)”,同時還可以輸入這個輸出端口的數(shù)據(jù)。通過總線控制管理,系統(tǒng)訪問到哪個端口,那個端口的三態(tài)緩沖器才可以轉(zhuǎn)入輸出狀態(tài)。
“高阻態(tài)”的意義在于電路雖然并沒有斷開,實際上卻起到了斷開的效果。這在自動測試、總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)葢?yīng)用中較為常見。
三態(tài)控制
在具有三態(tài)功能的振蕩器中,石英振蕩器(XO)的輸出可由三態(tài)控制引腳(tri-state pin)控制??刂七壿嬋缦拢?br />
- 邏輯高:輸出支持
- 邏輯低:輸出禁用
圖2. 三態(tài)模式下關(guān)閉振蕩器電路
也就是說,當(dāng)三態(tài)腳是低電平時,輸出將呈現(xiàn)高阻態(tài),信號輸出被禁止;當(dāng)三態(tài)腳是高電平時,才會有頻率信號和波形輸出。大多數(shù)TTL、HCMOS或HCMOS石英晶體振蕩器都提供有三態(tài)輸出,或三態(tài)啟用/禁用功能。
三態(tài)功能允許輸出引腳呈現(xiàn)高阻態(tài),這相當(dāng)于把振蕩器的輸出從電路中去掉了。當(dāng)三態(tài)禁用輸出時,盡管OSC振蕩器可以保持打開或關(guān)閉,輸出信號都在三態(tài)端口被禁用。
當(dāng)輸出被三態(tài)口禁用時,如果振蕩電路關(guān)閉,此時三態(tài)功能的優(yōu)勢在于待機(jī)電流較低,缺點是需要更長的啟動時間(基本模式 >0.2ms,第3個泛音模式 >2ms) 。
圖3. 三態(tài)模式下振蕩器電路依然開啟
另一種情況是,輸出被禁用時振蕩電路依然開啟,此時三態(tài)功能的優(yōu)勢在于啟動時間較短( <0.1ms),缺點是待機(jī)電流較大。
圖4. 不同振蕩器工作模式的待機(jī)電流比較
應(yīng)用中,如果我們不需要三態(tài)功能,可將三態(tài)引腳連接到Vcc引腳,或讓其保持懸空狀態(tài)。如果三態(tài)引腳懸空,還可以通過內(nèi)部的一個上拉電阻來啟用輸出功能。
圖5. 三態(tài)功能的禁用
在BOM配單時,建議優(yōu)先考慮具有“三態(tài)(tri-state)”功能的晶振,因為有些晶振提供了振蕩電路“開/關(guān)”選項,有的還在三態(tài)模式下關(guān)閉了內(nèi)部振蕩電路,這就需要進(jìn)一步查閱規(guī)格書(datasheet)。
審核編輯:湯梓紅
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