Da TTL a logica "duale"

[clros]

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Ciao a tutti,
avrei la necessità di trasformare un segnale digitale TTL (0V - 5V) in uno "duale" (scusate, forse non si chiama così..) i cui livelli di tensione valgano -2.5V (livello 0) e +2.5V (livello1)

Per fare questo avevo pensto di usre un OP.AMP. in configurazione sommatore e applicare ad un ingresso il segnale da trasformare e all'altro ingresso un segnale costante di -2.5V

Immagino però che ci siano metodi migliori.
Avete qualche suggerimento?

Inoltre..esistono delle porte logiche che funzionano direttamente cn qst livelli di tensione (senza quindi fare nessun tipo di conversione)?

[AmigaCori]

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Scusa ma non fai prima a prendere come riferimento +2,5V anziche' 0V?, cosi' quando in OUT hai 0V avrai 0V-2.5V = -2.5V e cosi' per Vout = 5V avrai 5V-2.5V = +2.5V

EDIT
Ovviamente il secondo circuito deve avere il riferimento a +2.5V anziche' a 0V.

[clros]

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Scusa ma non fai prima a prendere come riferimento +2,5V anziche' 0V?, cosi' quando in OUT hai 0V avrai 0V-2.5V = -2.5V e cosi' per Vout = 5V avrai 5V-2.5V = +2.5V

EDIT
Ovviamente il secondo circuito deve avere il riferimento a +2.5V anziche' a 0V.

Scusami Cori...non ho capito!
Cioè..come (..e dove) prendo cm riferimento +2.5V? Parli del sommatore?

[TheKaneB]

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Per fare quanto detto da Cori ci sono due modi:

Trasformatore con secondario a 5V con presa centrale, oppure partitore di tensione.

Nel primo caso, il trasformatore ha 3 uscite: 0V, 2.5V e 5V.

Se colleghi quella centrale alla massa del circuito, avrai la prima a -2.5V e la seconda a +2.5V.

Più o meno è simile a questo schemino:

Se, invece, usi un partitore di tensione, devi piazzare due resistenze in serie, di uguale valore, all'alimentazione. Mettiamo 10K e 10K per non disperdere troppa energia.

Ai capi di R1+R2 avrai così 5V, mentre ai capi della sola R1 avrai 2.5V.

Usa il nodo che collega R1 ad R2 come riferimento di massa per il tuo circuito, e alimenta il tuo opAmp con i due terminali che si troveranno quindi a +/- 2.5V relativamente a quella presa centrale.

In realtà questo metodo fa un po' schifo, perchè va bene solo come riferimento di tensione, non come linea di alimentazione. Per risolvere, bisogna applicare un buffer di corrente sul terminale di massa (altrimenti il tuo circuito nemmeno si accende). Puoi farlo con un altro OpAmp in configurazione buffer (collega la presa centrale di R1+R2 all'ingresso non invertente, l'uscita dell'opamp direttamente all'ingresso invertente, alimentalo sempre con i due terminali a 0 e 5V).
In questo modo ottieni a valle dell'OpAmp sempre lo stesso potenziale che hai a monte, ma è in grado di erogare parecchia corrente (in base al tipo di package usato).

Ecco ottenuta la tua "massa virtuale" con cui puoi alimentare il secondo OpAmp per generare i livelli positivi e negativi voluti.

qui uno schemino che assomiglia a quanto ti ho descritto:

Oh, senza volerlo (cercando gli schemini dimostrativi) ho trovato questa pagina che spiega il tutto, meglio di come l'ho spiegato io :-D
http://http://tangentsoft.net/elec/vgrounds.html

Una volta ottenuta una massa virtuale, lo 0V della batteria in realtà vale -2.5V (rispetto alla massa virtuale), mentre il 5V vale +2.5V.

Userai queste tre linee per alimentare il circuito di conversione vero e proprio. Banalmente puoi usare un secondo OpAmp in configurazione comparatore dovrebbe fare al caso tuo, magari con un piccolo condensatore di filtro per evitare transizioni spurie: gli OpAmp sono molto sensibili ad eventuale rumore, specialmente se in configurazione comparatore.

[clros]

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Usa il nodo che collega R1 ad R2 come riferimento di massa per il tuo circuito, e alimenta il tuo opAmp con i due terminali che si troveranno quindi a +/- 2.5V relativamente a quella presa centrale.

Ok, adesso ho capito cosa intendeva AmigaCori!

Certo che cmq è un po' un casotto, ma vabbè!

[AmigaCori]

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Non e' un casotto non sapendo che circuito hai tra le mani l'unica cosa che ti posso dire e' come risolvere il problema, poi puoi fare in mille modi ma senza sapere tu che alimentazioni hai e' un po' dificile proporre qualcosa di preciso.

Gia' il fatto che hai proposto di sommare un -2.5V implica un'alimentazione duale ben precisa, quindi presumo che trovarti un +2.5V non sia cosi' difficile, puoi farlo come vuoi, una serie di diodi, uno Zener, un partitore di tensione...boh pero' visto che si parla di roba di segnali presumo che non andrai a suchiare molta corrente da sto coso, per la stabilita' sarebbe meglio prendere i 2.5V ai capi di una giunzione PN, quindi diodi pero' con 3 diodi arrivi a 0.7V * 3 = 2.1V circa...uno Zener a 2.5V non credo che esista, mi pare troppo bassa al tensione di scarica inversa, quindi potresti optare per un banale partitore di tensione, pero' cosi' rischieresti di avere un riferimento variabile (dipenderebbe dalla corrente assorbita dal tuo circuito) oltre al fatto che caricheresti l'ingresso dela porta logica da -2.5V +2.5V, quindi forse boh...dipende dal circuito che hai...e tutto cio' mi riporta ai diodi, prova con 4 in serie, "forse" arrivi a 0.65V * 4 = 2.6V che mi sembrerebbe piu' che accettabile, dovresti montare il circuito e vedere col tester che tensione hai.
Ovviamente idiodi vanno messi cosi': +Vcc-R-Vout-D1-D2-D3-D4-GND. Tu colleghi la Vcc della porta che vuoi far lavorare con ingresso a +2.5 -2.5 e la massa di questo invece che a 0, GND a Vout, facendo cosi' lo 0 logico per la seconda porta sara' -2.5V e non 0V.

@TheKaneB
Hai ragionissima pero' avevo pensato che con 4 componenti in croce di potrebbe risolvere il problema, oltretutto i diodi hanno una forte stabilita' alle variazioni in temp. ed a causa del legame I=e^V hai che anche se il circuito dovesse assorbire molta corrente...la tensione ai suoi capi varierebbe pochissimo le resistenze invece vanno un po' come gli gira.
Comunque quello e' il riferimento (la massa), da li' non prende corrente, la prende da Vcc quindi IMHO deve preoccuparsi piu' della stabilita' che di altro.

EDIT
Ovviamente devi avere una Vcc di almeno 5+2.5=7.5V.

EDIT2:
Io non ho mai fatto un coso del genere, quindi non so se funzioni...quindi prova e facci sapere  :?

[TheKaneB]

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Funziona funziona... ho usato una cosa simile per tradurre i livelli TTL di Arduino in livelli RS232 (+12V / -12V).
La porta RS232 è molto "cattiva", può capitare che assorba parecchio, per cui ho usato il buffer di corrente.

Ma perchè vi fanno schifo gli opamp? in un ragnetto DIP da quattro soldi ce ne stanno 2-4-ecc... e li puoi usare per farci tutto! :-D

Sono più facili da polarizzare rispetto ai transistor, all'occorrenza sono degli amplificatori con ottima linearità, hanno un tempo di switch che le porte logiche 74xx se lo sognano, ecc... Io un po' ci voglio bene a questi ragnetti  :romance-inlove:

[clros]

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Non e' un casotto non sapendo che circuito hai tra le mani l'unica cosa che ti posso dire e' come risolvere il problema, poi puoi fare in mille modi ma senza sapere tu che alimentazioni hai e' un po' dificile proporre qualcosa di preciso.

Scusami Cori!
Per casotto non mi riferivo tanto all'alimentazione ma quanto al fatto che tt il circuito che sto facendo è un pò un casotto...

oltre al fatto che caricheresti l'ingresso dela porta logica da -2.5V +2.5V,

Ecco, avere delle porte logiche che lavorano esattamente con queste tensioni sarebbe l'ideale...

EDIT2:
Io non ho mai fatto un coso del genere, quindi non so se funzioni...quindi prova e facci sapere  :?

Certo! però per adesso sto simulando tutto con multisim (a proposito, qualcuno di voi lo usa?)

[TheKaneB]

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No, io ho usato (per un esame all'uni) OrCAD con PSpice, è un tool professionale da paura, lo usano a livello industriale :-D

[clros]

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Ma perchè vi fanno schifo gli opamp?

personalmente perchè, se la mia idea funziona, dovrei integrarne un certo numero (migliaia?) in una FPGA (ammesso che si possa fare) e poi in un IC. Ovviamente realizzare un OPAMP integrato *credo* occupi tantissimo spazio su silicio (anche se ho visto uno schema di un OPAMP realizzato con "solo" 4 MOS...possibile??)


Lo schema dovrebbe essere quello di un OP.AMP. del MOS6581 (SID)

 

hanno un tempo di switch che le porte logiche 74xx se lo sognano,

Non credo possa portarli facilmente a funzionare nell'ordine dei GHz ottenendo un tempo di commutazioni paragonabile ai circuiti digitali tradizionali...

Poi, sarei ben lieto di essere smentito!!

[clros]

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No, io ho usato (per un esame all'uni) OrCAD con PSpice, è un tool professionale da paura, lo usano a livello industriale :-D

Ecco, io nonostante il PoliTo, non ho mai dato nessun esame di elettronica!
Le mie conoscenze sono solo quelle dell'ITIS (da elettrotecnico tra l'altro!)

[TheKaneB]

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su un FPGA gli elementi logici sono costituiti da LUT (piccole ram a 2-3 bit di indirizzo) e flipflop. Come speri di creare un circuito con comportamento analogico come un OpAmp usando elementi di quel tipo? :-)

gli FPGA puoi usarli per operazioni logiche, e tra l'altro difficilemente digeriscono la logica TTL, solitamete viaggiano a 3.3V o 1.8V in base al tipo ed alla frequenza.

Ci sono OpAmp che amplificano linearmente fino a 1 GHz (con switching in zona non lineare a bande ancora superiori), un integrato serie 74xx inizia ad incartarsi già a pochi MHz.

E' chiaro che per il tuo progetto dovrai scindere le parti di interfaccia (dove regna l'elettronica analogica) da quelle combinatorie, ed implementare in FPGA solo quest'ultime.

[AmigaCori]

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@clros
Ma esiste una logica di funzionamento -2.5V + 2.5V?, mi sembra una scelta strana e non capisco a che pro creare una famiglia logica con queste tensioni.
Quel "coso" nel disegno non so cosa sia, ma non e' un operazionale...non vi e' alcuna struttura differenziale...a me sembrerebbe un invertitore:
Signal-In:=In; Signal-out:=Out
In = 0, quindi il MOS di In e' interdetto => anche il gate di MOS "GND" e' interdetto, il MOS connesso a diodo sara' sempre in saturazione/interdizione a seconda del suo GATE/DRAIN ma essendo connesso a 12V sara' sempre in saturazione; il drain di MOS "GND", avendo detto che il MOS di "GND" e' interdetto, significa che non in esso puo' scorrervi corrente e quindi neanche dal MOS a diodo puo' scorrere corrente, quindi la caduta di potenziale e' nulla ai capi del MOS a diodo, ne consegue che al suo source vi ritroviamo i 12V => essendo il source del MOS a diodo anche OUT, ho che OUT = 12V quando IN = 0V c.v.d. ho invertito l'input.
La dimostrazione per IN = "alto" e quindi OUT = 0V la lasciamo al lettore.  :lol:

@TheKaneB
L'OrCAD e' il motivo per cui passai da Amiga ad PC ai tempi dell'ITIS, 7 floppini  :lol:  sul mio 386 40Mhz che pero' sotto DOS lavorava benino

[clros]

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su un FPGA gli elementi logici sono costituiti da LUT (piccole ram a 2-3 bit di indirizzo) e flipflop. Come speri di creare un circuito con comportamento analogico come un OpAmp usando elementi di quel tipo? :-)

Logico. L'ho solo detto perchè "credo" di avere visto qualcosa di elettronica analogica scritta in VHDL. Possibile??

[clros]

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@clros
Quel "coso" nel disegno non so cosa sia, ma non e' un operazionale...non vi e' alcuna struttura differenziale...a me sembrerebbe un invertitore:

Guarda, il nome del file è "sid_opamp.gif". Lo interpreto come "Amplificatore operazionale del SID"...