Простая схема открытого коллектора интегральной схемы (ИС).
Открытый коллектор — распространенный тип выводов, встречающийся во многих интегральных схемах (ИС), и действует как заземленный или отключенный выключатель. Вместо того чтобы снимать сигнал при определенном напряжении или токе, выходной сигнал подается на базу внутреннего NPN-транзистора, коллектор которого подключен к внешнему (открытому) выводу интегрирующей схемы. Вывод транзистора подключается к клемме заземления. Если выходным устройством является MOSFET, то выход называется открытым стоком и функционирует аналогичным образом. Например, на этой концепции основан канал I²C.
На схеме база транзистора обозначена как «выход IC». Это сигнал от внутренней логики интегрирующей схемы к транзистору. Этот сигнал управляет переходами транзистора. Внешний выход — это коллектор транзистора. Транзистор — это интерфейс между внутренней логикой интегрирующей схемы и компонентами вне интегрирующей схемы.
Символы компонентов схемы показывают выходы, открытые этими символами.
Выход образует либо разомкнутую цепь, либо соединение с землей. Как правило, выход состоит из внешнего подтягивающего резистора, который повышает выходное напряжение, когда транзистор выключен. Когда транзистор, подключенный к этому резистору, становится активным, выходное напряжение заряжается почти до 0 В. Выходы с открытым коллектором полезны для пропорционального взвешивания, обзора, ограничения и т. д. Такие приложения здесь не рассматриваются.
Три или установленные три упорядоченные схемы отличаются от открытых коллекторов тем, что они питают и питают как транзисторы, питающие и питающие разумные ситуации, так и средства управления как транзисторами, так и выходной изоляцией.
Поскольку подтягивающий резистор является внешним и не должен быть связан с напряжением питания микросхемы, можно использовать напряжение ниже или выше напряжения питания микросхемы (при условии, что оно не превышает абсолютную максимальную мощность микросхемы). Таким образом, цепи с открытым коллектором могут использоваться для соединения различных семейств устройств с разными уровнями рабочего напряжения. Открытые коллекторы транзисторов могут быть рассчитаны на напряжение, превышающее напряжение питания микросхемы. Этот метод широко используется в рациональных схемах, работающих от 5 В и выше, для управления такими устройствами, как двигатели, реле на 12 В, вакуумные флуоресцентные экраны на 50 В и лампы Nixie на 100 В.
Еще одно преимущество заключается в том, что к одной линии можно подключить несколько открытых коллекторов. Если все выходы, подключенные к линии, находятся в высокоомном состоянии, подтягивающий резистор удерживает кабель в высоковольтном состоянии (логическая 1). Если один или несколько выходов устройства находятся в состоянии логического 0 (земля), электричество подтягивается, а напряжение линии притягивается к земле. Такое проводное логическое соединение имеет множество применений. Устройства с открытым коллектором обычно используются для подключения нескольких устройств к одному запросу на прерывание или общему каналу, например I²C. Это позволяет одному устройству управлять каналом без помех со стороны других неактивных устройств. Если устройство с открытым коллектором не используется, выход неактивного устройства будет пытаться поддерживать высокое напряжение на канале, что приведет к непредсказуемому выходу.
Проводной или активный низкий уровень / Проводной и активный высокий уровень с открытыми коллекторами.
Если несколько открытых коллекторов соединены друг с другом, общая линия преобразуется в соединенный логический элемент и (положительный истинный рациональный) или «отрицательный истинный проводной или логический логический элемент. Проводной и» действует как два (или более) затвора, поскольку „все“ находится в высоком состоянии, а „0“ — это логическая 1, если они разные. ‘Проводное или’ действует как логическое. Или, если один из входов имеет низкий уровень, выход действует как логика истинности с низким отрицательным значением.
Устройства SCS I-1 используют открытые коллекторы для передачи электрических сигналов. Устройства SCSI-2 и SCSI-3 могут использовать EIA-485.
Одной из проблем устройств с открытым коллектором является энергопотребление. Это связано с тем, что чем ниже выходной сигнал и выше желаемая скорость работы, тем ниже номинал резистора, так как подтягивающий резистор потребляет больше энергии. (и даже более того, чем выше он должен быть, тем сильнее он должен быть), тем самым увеличивая потребление. Даже в выключенном состоянии они часто имеют утечку в несколько наночисел (точное значение зависит от температуры).
Аналогичное соединение, используемое с МОП-транзисторами, — это соединение с открытым стоком. Выходы открытого типа полезны для пропорционального взвешивания, обзора и ограничения, а также для цифровой логики. Выводы с открытым стоком имеют высокое сопротивление, когда затвор находится под высоким напряжением (логическая 1), и высокое сопротивление, когда затвор находится под низким напряжением (логический 0). Такое высокое суммарное сопротивление возникает из-за того, что на клеммах присутствует неопределенное напряжение. Поэтому для обеспечения логической 1 на выходе этой схемы требуется подтягивающий внешний резистор, подключенный к каналу с положительным напряжением (логическая 1).
Микроэлектронные устройства, использующие сигналы с открытым стоком (например, микроконтроллеры), имеют терпеливые (высокоомные) внутренние подтягивающие резисторы, что позволяет подключать выводы к положительному питанию устройства. Часто порядка 100 КОм, такие слабые подтягивающие резисторы могут снизить энергопотребление, позволяя входному сигналу плавать, что избавляет от необходимости использования внешних подтягивающих элементов. Внешние подтягивающие элементы либо уменьшают время нарастания сигнала (как в случае с I²C), либо минимизируют шумы (как в случае со входом сброса системы), при этом внешние подтягивающие элементы более мощные (более низкое сопротивление, возможно 3 К Ом). Обычно внутренняя подтяжка может быть отключена, если она не требуется.
Использование псевдоподтягивания в интерфейсах DDR.
Стандартизованные JEDEC POD15, POD125, POD135 и POD12 с интерфейсами 1. 5 В, 1. 35 В и 1. 2 В. В конце 2011 года было опубликовано сравнение схем с интерфейсами DDR3 и DDR4 по искажениям, открытию глаз и энергопотреблению.