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Level Shifting: adattamento dei segnali digitali

segnali digitali level shifting

Level shifting e l'adattamento dei segnali digitali. Questa application note presenta 3 circuiti che possono cambiare i livelli dei segnali digitali (level shifting) in modo semplice e affidabile.

Per i sistemi positive-supply, il circuito mostrato in Figura 1 trasforma un impulso negativo in impulsi positivi di uscita. Il comparatore MAX913 prevede tutte e due le uscite in-phase e out-of-phase. Se il sistema richiede solo una fase di uscita, si può scegliere un comparatore alternativo single-output. La tensione oscilla tra 1.8V e 3.0V; R1 = R2 definisce la tensione non-invertente di ingresso a 2.5V.

segnali digitali level shifting
Figura 1

Level shifting - l'adattamento dei segnali digitali

Per i sistemi negative-supply, il circuito mostrato in Figura 2 trasforma un impulso positivo in impulsi negativi di uscita. La tensione oscilla tra -1.8V e -3V; R1 = R2 ha una tensione noninverting di ingresso di -2.5V. Il comparatore complementare fornisce impulsi negativi.

segnali digitali level shifting
Figura 2

Le figure 3 e 4 utilizzano il comparatore come un buffer, fornendo cosi una interfaccia per sistemi in cui il segnale di ingresso e la tensione di alimentazione del sistema hanno delle polarità opposte. Il circuito mostrato in Figura 3 consente ad un sistema con una tensione positiva di accettare impulsi negativi.

segnali digitali level shifting
Figura 3

Nella Figura 4, il segnale di ingresso è positivo e la tensione del sistema è negativa.

segnali digitali level shifting
Figura 4

 

 

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ritratto di Anonimo

Miglioria di funzionamento

I circuiti qua sopra riportati sono più teorici che pratici: i comparatori dovrebbero avere una isteresi o un filtro passa basso in ingresso in modo da evitare false commutazioni dovute a spike o disturbi che si accoppiano sulla linea di ingresso.

ritratto di FlyTeo

XD

Direi che è una lezione molto teorica XD

Roba da mettersi lì con le freccette tensionecorrente a risolvere i circutini come si fa a scuola per cercare le tensioni o le correnti in uscita.

Il trinagolo è un operazionale?

ritratto di Alex87ai

No, è un comparatore. Il

No, è un comparatore. Il simbolo circuitale è lo stesso dell'operazionale, ma il comparatore differisce da questo per l'avere una struttura ottimizzata per lavorare in commutazione più che come amplificatore lineare. Diciamo che vengono presi i giusti accorgimenti nella struttura come ad esempio viene eliminata la capacità di compensazione alla Miller che in molte strutture di operazionali a due stadi è invece indispensabile per portare alla stabilità tramite un meccanismo detto di pole splitting. Questa capacità è responsabile del limitato slew rate dell'op-amp, che lo rende poco adatto a funzionare come comparatore. Sicuramente un comparatore, se posto in retroazione negativa, diventerebbe instabile ad anello chiuso.

ritratto di linus

trinagolo

Ma forse siete più edotti rispetto a me, ma cos'è un trinagolo????? Ho provato a cercare con google, ma non ho trovato nessuna corrispondenza.

ritratto di Alex87ai

ma il tuo è sarcasmo o parli

ma il tuo è sarcasmo o parli seriamente?? Spero che non sia per te difficilissimo capire che si intendeva dire "triangolo" e che non abbia fatto veramente la ricerca su google, perchè anche google ti avrebbe corretto...

ritratto di Antonio Mangiardi

credo che

... si riferisce al fatto che ci son persone che magari non sono competenti, ma non ha capito che non tutti siamo dei geni come lui. ci son persone che magari non sono precise come lui nelle spiegazioni, o che magari secondo lui cercano con google per informarsi sull'articolo e poi commentano.. ...ci sarebbe da non rispondergli. :)

ritratto di Emanuele

Embrace

Vorrei che vi soffermiaste un attimo su questo termine: EMBRACE

E' molto importante aiutare, comprendere, condividere.

Forse vi siete spiegati male, forse eravate distratti, magari volevate essere solo sarcastici...forse.... ma non dimenticate EMBRACE.

Ricominciamo.

@FlyTeo
Davvero non sai cosa è il triANgolo?
Eppure da una precedente discussione ho letto che stai iniziando ad usare Arduino...

L'adattamento dei segnali è fondamentale in elettronica, come potresti, ad esempio comandare una porta seriale del PC (che lavora a +-12V) con un microcontroller (che lavora a 0 +5V) oppure far comunicare 2 integrati con alimentazioni e I/O a tensioni diverse?

Comunque cerchiamo di rimanere in tema Level shifting ed adattamento di segnali. Grazie

ritratto di linus

puoi cancellare

il messaggio, ma sinceramente non l'avevo capito che si riferiva al triangolo, è giuro di aver fatto la ricerca con google, anche se mi portava ad un video con lorella cuccarini, adesso cercherò EMBRACE

ritratto di Emanuele

Embrace è un termine che in

Embrace è un termine che in inglese può avere varie interpretazioni.

La mia è "comprendere" , "abbracciare" , inteso come abbracciare le opinioni altrui, abbracciare chi ne sa meno di noi aiutandoli a comprendere.

Riferito a tutti, ovviamente.

ritratto di linus

puoi cancellare (e poi)

io non mi reputo un genio, infatti avrei saputo, essendo un genio, capire al volo ciò che intendeva dire, ho visto che sia Alex che baffomagno nutrite un certo astio nei miei confronti, io ho i miei limiti e attraverso la lettura e la conoscenza cerco di capire e comprendere, non mi sono mai messo mai in presupponenza rispetto ad altri, ma ho cercato sempre di aiutare per le mie poche conoscenze e nei miei limiti. Non ho risposto alle vostre provocazioni proprio per evitare flame o inutili e sterili polemiche, e poi, se fossi un genio non starei in posizioni basse delle classifica.

ritratto di Antonio Mangiardi

se la metti così allora,

se la metti così allora, scusa se ho pensato male ma mi sembra che a volte risulti un pò polemico/antipatico e in un certo senso hai un atteggiamento di superiorità, come ti ho detto qui --> http://it.emcelettronica.com/sfondi-desktop-con-calendario-da-fairchild#comment-12544 allora, nessun rancore :) ciao

ritratto di Antonio Mangiardi

infatti, tornando a bomba,

infatti, tornando a bomba, questi circuiti sono molto importanti per l'interfacciamento I/O con i microcontrollori che viaggiano a 0-5 volt (zero e uno logico), ad esempio per lo standard RS232, il segnale ha lo standard con codifica NRZ , come diceva Emanuele (+/-12) ma al microcontrollore non si possono applicare assolutamente tensioni negative (o almeno per quanto ne sappia, con quelli che conosco io) e inoltre il micro controllore non può produrre tensioni I/O a 12 V tanto meno a -12V... quindi il traslatore di livello è essenziale innanzi tutto per le comunicazioni che vanno da microcontrollore a PC...per il voceversa si può ricorrere anche ad altri accorgimenti con diodi... ma forse a volte questo integrato può essere necessario per rigenerare il segnale, a seconda della configurazione..
inoltre credo sia utile per il riconoscimento di zeri o uni, visto che si può cambiare il riferimento del comparatore, a seconda del partitore...

ritratto di FlyTeo

Chiaro!

Che pasticcio =)

Andiamo per gradi. Credo che l'errore di battitura sia il più comune che possa capitare. E' solo un inversione delle dita che battono sulla tastiera..
A volte non rileggo. Scusate. Ma comunque, dai, si capiva.

Ammetto di aver cominciato ad usare arduino. Ammetto di studiare elettronica a gradi, pochi passi per volta. Ammetto anche che l'operazione ora che ci penso ha uscite diverso. Osservando bene ci sono l'uscita q e q negato. Forse, con un pò di fantasia avrei capito che era un comparatore. Il fatto è che io non studio elettronica così approfonditamente e il comparatore lo avevo conosciuto solo come scatola chiusa con ingressi e uscite numerate.
In sintesi chiudiamo discorso. Io ho capito cos'è il TRIANGOLO e ho capito che devo studiare più seriamente XD

ritratto di fra83

Il piu' semplice adattatore

Il piu' semplice adattatore di livello si puo' fare con due transistor e 4 resistenze,
questa è una mia applicazione
http://www.grix.it/viewer.php?page=4999&mode=preview

Il circuito l'ho riutilizzato anche per adattare il livello di tensione di un motorino 12V con il livello di una centralina di acquisizione dati 5V

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

I sistemi descritti da questa

I sistemi descritti da questa application note sono interessanti, anche se li vedo poco pratici... Infatti sono adatti solo a una comunicazione unidirezionale. Non voglio dire che non esistono applicazioni pratiche, ma quantomeno ci sarebbero da trattare altri casi più difficili che riguardano l'utilizzo di un bus di input e output sulla stessa linea. Una volta avevo disegnato un circuito per un progetto per adattare una logica a 12V a una a 5V. Avevo impiegato un paio di transistor e qualche resistenza, ma poi mi hanno detto che non serviva, allora meglio così. chissà se esistono soluzioni integrate di level shifting anche per bus bidirezionali

ritratto di Francesco12-92

credo proprio che gli

credo proprio che gli operazionali della maxim sono un po sprecati per questo lavoro, se non servono le due uscite (normale e negata). Credo proprio che converrebbe usare il classico uA741, o anche LM337.

ritratto di Antonio Mangiardi

magari per certe applicazioni

magari per certe applicazioni son utili anche senza l'uscita negata... forse arrivano a frequenze più elevate rispetto al caro uA741...

ritratto di Giovanni Giomini Figliozzi

Per quanto riguarda LM337, è

Per quanto riguarda LM337, è un regolatore di tensione negativa, diciamo che può fare comodo in alcuni casi. Invece per quanto riguarda il µA741, l'ho utilizzato al laboratorio all'università e mi sono proposto di non utilizzarlo mai più in vita mia. Per segnali digitali puoi usare qualche integrato a latch, trigger, inverter cmos, quello che ti pare, ma non il 741. Il problema è che quell'integrato ha già abbastanza problemi in analogico, a frequenze basse, figuriamoci in digitale, dove la banda deve essere più ampia possibile! Sono sicuro che viene prodotto solo per un utilizzo a livello didattico o per applicazioni di livello audio a bassa frequenza
Il limite principale è dato dallo slew rate. Quando l'ho misurato ho usato un segnale a onda quadra e ho misurato che la tensione di usciva variava al massimo di 0,6V/µs come è scritto anche sul datasheet. In applicazioni digitali (come lascia intuire l'articolo) è necessaria molta banda e una capacità del circuito a commutare le tensioni molto velocemente. Negli operazionali (analogici) è inserita internamente una capacità "di compensazione" da qualche picofarad. Questa capacità limita tantissimo la banda, ma aiuta ad evitare che il circuito sia instabile. Usando il 741 rischi di ritrovarti un segnale fatto "a triangolo", piuttosto che "a rettangolo"
In digitale quello che si vuole è proprio il contrario. siccome un inverter cmos non è fatto per essere usato in controreazione, non ha bisogno di capacità di compensazione che ne limiti la banda. Il suo unico scopo è fornire un guadagno più alto ed essere più veloce possibile
Se può interessarti posso fare in modo da farti vedere la mia relazione.

ritratto di Alex87ai

uA741 è un opamp di fascia

uA741 è un opamp di fascia bassa, molto economico e di vecchia concezione, compensato alla miller con tutti i problemi che questo accorgimento può recare dal punto di vista dello slew rate (parametro essenziale da valutare se si vuole utilizzare un op-amp come comparatore). L LM337 invece è un regolatore di tensione che a fronte di una tensione negativa di ingresso restituisce una diversa (minore) tensione negativa in uscita. Tecnicamente anche quella del regolatore di tensione è una funzione di tipo livel shifting, ma di certo non utilizzerei questo componente in applicazioni digitali ad alta velocità perchè non è progettato per fare questo. Quindi non voglio deluderti, ma le alternative da te proposte non c'entrano granchè con ciò che si cerca di fare con in componenti Maxim. Per quanto riguarda ancora l'LM337, forse ti sei confuso e volevi indicare l'LM339 il quale contiene nel suo package 4 comparatori propriamente detti con uscita open collector e che possono benissimo essere utilizzati in circuiti di level shifting. Il disporre di uscite complementate è al contrario un grande vantaggio, perchè pensa se tu volessi realizzare due onde quadre perfettamente in controfase tra loro...ti occorrerebbe almeno un invertitore il quale intrudurrebbe un ritardo tra i due segnali...se devi gestire due flip flop in modalità master-slave, una skew tra i due segnali di clock (normale e complementato)ti può comportare la perdita del dato...quindi esistono applicazioni in cui è richiesta il perfetto allineamento dei fronti di due segnali di clock tra loro complementati

ritratto di malpiero

A mio modesto parere, usare

A mio modesto parere, usare un circuito ad hoc, che per giunta utilizza un MAX913, per il condizionamento generico è uno spreco oltre che una cosa poco pratica.
Questa soluzione che può andare bene in caso di circuiti particolari, con certe specifiche, non è sicuramente quella atta ad un uso più comune.
Per condizionare i segnali così come avete inteso voi, e badate bene che intendo tutti i segnali, a partire da qualsiasi livello logico ed arrivare a qualsiasi livello logico basta semplicemente un transistor.

 

 

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