Convierta la salida TTL del circuito integrado lógico en una salida capaz de controlar dispositivos de 50 ohmios

Quiero proporcionar señales de disparo en el panel frontal con el microcontrolador dentro de mi dispositivo. La señal de activación se enviará a través de un cable coaxial de 50 ohmios a otro dispositivo con una entrada de 50 ohmios.

Una conexión directa sobrecargaría los controladores de pines de salida digital del controlador, por lo que estoy buscando algo como un circuito integrado de amplificador de búfer. También me gustaría hacer que esta salida de disparador sea un poco a prueba de idiotas: acortarlo no debería destruir nada. Mi idea era poner una resistencia en serie con la salida final, con una resistencia suficiente para limitar la corriente en una situación de cortocircuito a la clasificación máxima absoluta del controlador final. Por supuesto, esta resistencia debe ser pequeña, para tener la mayor caída de voltaje posible en los dispositivos de 50 ohmios correctamente conectados. ¿Es la resistencia en serie el enfoque correcto para hacer que la salida sea a prueba de cortocircuitos (supongo que los "fusibles" PTC son demasiado lentos para eso)? Además, si alguien conecta un dispositivo de 1 MOhm, me gustaría que el pulso de activación se apagara de manera oportuna.

Hasta ahora, tengo estas tres ideas para amplificadores/controladores:

  • Use un transistor simple para permitir que fluya más corriente. Por ejemplo, BC337 tiene una clasificación máxima de 500 mA y parece tener un buen tiempo de subida/bajada. Conecte el colector a VCC, la base a través de la resistencia al pin del microcontrolador y el emisor (a través de la resistencia a prueba de idiotas) a la salida BNC. Parece demasiado fácil, ¿qué pasa? Supongo que el problema será con dispositivos de 1 MOhm, porque no hay menú desplegable. Una vez que el disparador está alto, tomaría algún tiempo bajar solo a través de 1 MOhm, ¿es correcto? ¿Tal vez usar la configuración de seguidor de emisor con 10kOhm más o menos, para permitir transiciones más rápidas a bajo?
  • Use el controlador de línea SN54ABT126 que parece estar diseñado para lo que quiero hacer. Pero la salida de corriente máxima a alto nivel es -32 mA, que no es suficiente para 50 ohmios + resistencia a prueba de idiotas si no me equivoco. No he encontrado otros dispositivos como ese que puedan proporcionar corrientes notablemente más altas. Todos parecen estar optimizados para hundir altas corrientes en bajo nivel, en lugar de abastecerse en alto...
  • Utilice una matriz darlington como ULN200x. Esta parece ser la salida fácil para controlar corrientes más altas con pines de salida digital, pero sus especificaciones de tiempo no son tan buenas (~ µs). Además, ¿podrían tener el mismo problema con el retraso de las transiciones alto-bajo como la sugerencia anterior de BC337?

Me gustaría comentarios sobre esas tres ideas, así como, por supuesto, "la forma correcta de hacerlo".

Alguna información que podría ser interesante: mi objetivo es cambiar los tiempos (y los tiempos de subida/bajada) por debajo de 100 ns cuando se conecta un dispositivo de 50 ohmios. Tengo VCC +5V fácilmente disponible y, con un poco de esfuerzo adicional, +6 V y +12 V. Necesito dos salidas de disparo, por lo que me gustaría evitar los circuitos integrados de búfer con más de 8 canales. Me gustaría lograr un alto nivel de> = 3V en el dispositivo de 50 ohmios (eso debería activar correctamente cualquier dispositivo, ¿verdad?)

Un diagrama de circuito simple contribuiría en gran medida a que esta pregunta sea más fácil de seguir.
¿La señal en el otro dispositivo debe ser 5V TTL? Si no, he usado un divisor de voltaje y una unidad terminada en fuente, por lo que para solo una señal de 1 voltio podría usar una resistencia en serie de 200 ohmios y luego 50 ohmios a tierra. La salida coaxial se conecta al nodo entre las dos R. (¿Necesito hacer un dibujo?) Esto también debería resolver sus preocupaciones acerca de que alguien acorte la salida... Y ahora los requisitos actuales son más modestos. ~20mA para lo anterior. (Nota: si la entrada en el otro lado también tiene una terminación de 50 ohmios, solo obtendrá 0,5 V... pero eso puede ser suficiente).
¿Está seguro de que la impedancia de la entrada de activación de su dispositivo es de 50 ohmios? La mayoría de las entradas de disparo son compatibles con TTL, por lo tanto, de alta impedancia, a menos que coloque un terminador de 50 ohmios allí. La carga causada por el cable coaxial de 50 ohmios es insignificante. Utilizo un Arduino Uno para controlar las entradas de activación de 5 V de algunos dispositivos (generador de funciones, analizador de espectro) directamente, sin problemas, excepto el jitter del Arduino (<100 µs), que es aceptable para mí. La velocidad de respuesta es de 1ns/V. No tengo protección contra cortocircuitos, pero 150 ohmios en serie deberían ser suficientes.

Respuestas (4)

Podría usar un controlador MOSFET como el TC4427 con una resistencia en serie de 47 Ω. La resistencia limitará suficientemente la potencia para proteger la salida.

Tenga en cuenta que con una resistencia de salida de 50 Ω, el voltaje en una entrada de alta impedancia será el doble que en una entrada de 50 Ω.

Lo que realmente necesitas depende del dispositivo que toma la señal como entrada.

Gracias por señalar la existencia de controladores MOSFET. Definitivamente compraré algunos TC4427 y los probaré, parecen ser como controladores TTL Buffers/Line con clasificaciones de corriente más altas. Soy consciente de que las salidas de 50 ohmios causan el doble de caída de voltaje en cargas HighZ, pero esto es lo que cualquier usuario de mi dispositivo debería esperar cuando se especifica como una salida de 50 ohmios :).
Según ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/21422D.pdf , figuras 2-9 y 2-12, debe usar una resistencia de 35 ohmios, ya que la resistencia de salida es de 15 ohmios con un suministro de 5 voltios. Sin embargo, tenga en cuenta que la resistencia de salida se especifica en una corriente de salida de 10 mA y probablemente aumenta con el aumento de la corriente, por lo que el valor óptimo de la resistencia puede ser menor cuando se manejan cargas de 50 ohmios.
starblue / @WhatRoughBeast: Implementé la salida del disparador con un controlador MOSFET, como sugirió. Estoy usando el TC1410N , que debería poder entregar un pico de 500 mA. Estoy usando una resistencia en serie de 12 ohmios, que debería limitar la corriente de cortocircuito a alrededor de 420 mA. Esperaba obtener una amplitud de 5V*50Ohm/(50Ohm+12Ohm) = 4V en dispositivos de 50 Ohm, sin embargo, mido solo 2.4V en mi osciloscopio de 50 Ohm. ¿Me estoy perdiendo de algo? (Circuito: i59.tinypic.com/212tzr5.jpg )
Continuación: Teniendo en cuenta la resistencia de salida del TC1410 de 22 ohmios (según la hoja de datos, 16 es típico, 22 máx.), debería obtener 3V. Ahora viene la pregunta de si debo omitir los 12 ohmios externos por completo y usar la resistencia de salida interna TC1410 como prueba de "cortocircuito". ¿Funcionaría eso o rompería el TC1410?
@DerManu ¿Terminaste resolviendo este problema? Recientemente me he enfrentado a más o menos la misma pregunta, por lo que me interesaría saber cómo finalmente resolvió las cosas.

ETA - Lamentablemente, debo declarar que lo que sigue (perteneciente a la opción 1) es erróneo . Después de pensarlo más, he llegado a la conclusión de que el enfoque básico no cumple con el requisito para conducir una carga de 1 Mohm, y no se puede hacer para hacerlo. Esas almas amables que me votaron a favor probablemente deberían reconsiderarlo.

Con sus requisitos, esto debería ser bastante sencillo.

1 - Opción A. Puede hacer esto fácilmente, pero necesita usar un transistor PNP, no un NPN.

esquemático

simular este circuito : esquema creado con CircuitLab

Lo único a tener en cuenta es que este controlador invierte la señal. Además, la entrada realmente debería proporcionar un máximo de 5 voltios. Si lo desea, puede reducir un poco R2 para aumentar el voltaje de alto nivel, pero cuanto más lo haga, mayor será la posibilidad de destruir accidentalmente el transistor si corta la salida a tierra (esto puede suceder fácilmente si lo está conectando a su carga mientras la salida está activa).

ETA: olvidé abordar el requisito de que el circuito pueda conducir una carga de alta impedancia (1 Mohm). Culpa mía. Esto se puede hacer con un enfoque ligeramente no estándar de lo que puede impulsar TTL.

esquemático

simular este circuito

Esto necesita 6 voltios para obtener 3 voltios de salida en 50 ohmios, y conducirá una carga de alta impedancia a 6 voltios, y conducirá la alta impedancia con poco timbre usando un cable coaxial de 50 ohmios (ya que la salida ahora está terminada en fuente). a 50 ohmios). Si los 6 voltios en 1 Mega es inaceptable, el suministro de 6 voltios se puede reducir a 5, pero entonces la carga de 50 ohmios solo llegará a unos 2,4 voltios. El voltaje agregado en la entrada TTL debe estar limitado de manera segura por la combinación de la resistencia base y el diodo. Casi todos los TTL manejarán esto con gracia.

Je: en realidad, esto sirve como un buen ejemplo de cómo los diseños comienzan de manera simple y luego se vuelven más y más complejos.

Opción 2 - Eso es fácil. Simplemente ponga en paralelo los 4 dispositivos en cada paquete. La capacidad de corriente total se convierte en ~120 mA, que es suficiente. Este enfoque funciona porque los 4 canales en un paquete coinciden bastante bien en términos de comportamiento y están conectados térmicamente, por lo que un canal no puede calentarse más que los demás y comenzar a acaparar. Probablemente podría salirse con la suya usando solo 2 canales, obteniendo así 2 señales de controlador de un solo paquete.

Opción 3 - Lo siento, tus miedos están justificados, y será "difícil" que algo como un ULN2003 funcione como quieres.

Disculpe mi atrevimiento, pero ¿no se supone que el controlador tiene una impedancia de salida de aproximadamente 50 ohmios en todos sus puntos operativos? ... EDITAR: No, eso es irrelevante.
Bueno, no es del todo irrelevante, y me alegro de que lo hayas mencionado. Para obtener los mejores resultados, es cierto que se desea tener una impedancia de fuente coincidente. En este caso, utilizando un suministro de 5 voltios, una impedancia adaptada limita el alto recibido a 2,5 voltios. En el circuito PNP, R2 podría haber sido de 50 ohmios, pero acepté la desviación en la impedancia de la fuente como una compensación para obtener una oscilación de voltaje más alta. En la práctica, para señales lógicas, no importará.
@WhatRoughBeast Gracias por su respuesta, fue bastante esclarecedor. Con respecto a su edición que dice que lo que escribió está equivocado, ¿se refiere a sus circuitos para las soluciones de transistores, o también a sus comentarios a la opción 2? ¿Por qué cree que el diseño de su transistor es incorrecto? El simulador de circuito parece decir que funciona tanto para cargas de 50 Ohm como HighZ. Además: ¿Por qué usó un PNP en lugar del diseño NPN propuesto? (No estoy desafiando su diseño, solo quiero aprender).
Solo la opción 1 es mala: la he editado para reflejar eso. La simulación para alta impedancia funciona bien, hasta que reemplaza la carga de 50 ohmios con una línea de retardo de 50 ohmios terminada. Básicamente, la salida está terminada en fuente para el impulso alto, pero no para el bajo. Se eligió PNP para que cuando la salida sea baja no se disipe energía en el circuito de excitación (y esa es la raíz del problema de coincidencia de impedancia hi-Z). Con un NPN, habría habido un pullup de bajo valor que habría disipado energía cuando la salida era baja. 6 de uno, media docena del otro.

Esto debería hacerlo:

V2 es su fuente lógica de 5 V, R3 es su impedancia de fuente de 50 ohmios, R4 es su carga de 50 ohmios y la lista de circuitos LTspice está aquí si quiere jugar con el circuito.

ingrese la descripción de la imagen aquí

Cuestionaría su elección de FET. El BSS84, por ejemplo, tiene una corriente de drenaje máxima de 130 mA. Conducir 12 voltios a 100 ohmios tomará 120 mA, y esto es demasiado cerca para su comodidad. Además, el OP mencionó específicamente la protección contra un cortocircuito fuerte, y dicho cortocircuito generará 240 mA, muy por encima de la clasificación de FET. Finalmente, no ha tomado ninguna medida para evitar los disparos. De acuerdo, la capacitancia de la puerta es baja, pero el voltaje de umbral bajo trabajará en su contra, al igual que los tiempos de encendido y apagado muy bajos.
Mi última edición parece haberse ocupado de todo eso. :-)
Bueno, sí. Salvo algunos pequeños detalles. Por ejemplo, ahora Q1 tiene que consumir 1,2 amperios, y solo tiene una clasificación de 1 amperio, y la hoja de datos solo muestra números de rendimiento para un máximo de 500 mA. Por ejemplo, suponiendo que una vida útil de 10 implica una corriente base de 120 mA, que es aproximadamente el impulso necesario para 2,5 voltios en 50 ohmios; si puede hacer eso, no necesita todo el resto del circuito. Por ejemplo, para obtener la unidad base, necesita que V2 sea de 40 voltios, lo que parece un poco excesivo dado el objetivo original de almacenar en búfer una señal TTL. Pero responde a mis objeciones originales :-)
1. El colector de Q1 se eleva a 12 V a 100 ohmios, que son 120 mA, no 1,2 amperios. 2. No asumas nada; fuerza la beta que quieras. Por ejemplo, Q1, con una corriente de colector de 120 mA y una corriente de base de 12 mA, está trabajando con una beta forzada de 10, como estaba previsto. 3. Si hay una lógica de 5 V en el otro extremo del coaxial, entonces 2,5 V podría ser menor que su umbral de conmutación, por lo que un suministro de 5 V es un poco bajo para usar en el lado de envío. Elegí usar un suministro de 12 V, que el OP dijo que estaba disponible, para obtener hasta 6 V de un divisor de voltaje de 50 ohmios en el otro extremo, si es necesario. 4. ¿Eh?
Ups, lo siento por eso. Era demasiado temprano en la mañana y mi cerebro aún no estaba completamente funcional. Entonces, solo estaba equivocado por un factor de 10.

La forma más sencilla de hacer esto es usar un seguidor de emisor NPN con el colector conectado a Vcc a través de una resistencia de 10 ohmios (para protección), la base conectada a su salida digital y el emisor conectado directamente a la salida BNC (sin ninguna intervención ) . resistor). La conexión de una carga de 50 ohm a través de un cable de 50 ohm transmitirá señales TTL con buena fidelidad. De hecho, esta idea (robada de El arte de la electrónica) es útil con señales de hasta 2 ns de tiempo de subida usando transistores de 300 MHz. Para la protección de la unión BE del transistor contra el voltaje inverso, se puede usar un diodo antiparalelo .

Me encanta ese libro. Solo tenía que decir.
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