3 5 в – Согласование логических уровней 5В и 3.3В устройств — Это нужно знать! — Каталог статей — Микроконтроллеры

Новости

Класс бетона В 3,5: характеристика, расшифровка, сфера применения

Дата: 29 ноября 2018

Просмотров: 8404

Коментариев: 0

Характеристика бетона класса В 3,5


Нынешние методы строительства неразрывно связаны с использованием популярного строительного материала. Это бетон, который получен, как результат смешивания вяжущего вещества и наполнителей. В нем могут содержаться добавки, влияющие на характеристики.

Вид бетона характеризуется маркой и классом, которые являются его главными показателями. Ориентируясь на эти параметры, заказчики приобретают раствор у производителей, которые доставляют его на строительную площадку специальными бетоновозами.

Бетоновоз Volvo

Знание классификации позволяет выбрать оптимальную смесь, обладающую необходимыми характеристиками, главная из которых – прочность. Понимая маркировку, вы сможете оценить качество поставленного раствора, избежать неприятных ситуаций, лишних расходов.

Класс бетона в большинстве случаев позволяет оценить реальную прочность монолита, наряду с маркой, характеризующей предельное значение прочности массива на сжатие.

Занимаясь строительством, важно разбираться в классификации, маркировке растворов, что позволит выбрать наиболее эффективный вариант использования смеси с учетом стоящих задач. Также необходимо владеть методиками контроля характеристик, спецификой выполнения замеров. Остановимся на этих вопросах детальнее.

Марка и класс являются главными критериями при выборе бетона

Классификация по маркам

Марка смеси обозначается заглавной буквой М и цифрами, находящимися в интервале от 5 до 800. Полный цифровой ряд марок выглядит следующим образом: 5, 10, 15, 25, 35, 50, 75,100, 150, 200, 250, 350, 400, 450, 550, 600, 600, 700, 800.

Величина усилия, при котором бетонный образец кубической формы полностью разрушается, характеризует марку, которая измеряется килограммами на сантиметр квадратный. Эталон, по которому определяется марка, должен 28 суток выдерживаться до того, как его подвергнут испытаниям на сжатие.

Величина прочностного показателя, характеризуемого значением приложенного усилия на квадратный сантиметр, зависит от следующих факторов:

  • объемной концентрации вяжущего вещества – цемента;
  • марки вяжущего компонента;
  • особенностей используемого наполнителя;
  • плотности раствора.

Среди многообразия бетонных составов, предлагаемых на современном рынке, каждый застройщик может выбрать требуемый, с необходимым запасом прочности на сжатие.

Так, например, раствору с маркой M50 соответствует класс бетона, в обозначении которого присутствует заглавная буква «В» и цифры 3 и 5. Он имеет гарантированную прочность на сжатие, составляющую 50 кг/см². С увеличением цифры маркировки возрастают прочностные характеристики. Это связано с применением цемента лучшего качества, увеличением его процентного содержания.

Существуют марки в диапазане от 50 до 1000, но наиболее ходовыми являются марки бетона от м100 до м500

Разбивка по классам

Разберемся, что представляет собой класс бетона в соответствии со строительной терминологией. Этот показатель устанавливается, согласно значениям прочности на сжатие бетонного образца. Характеристика обозначается заглавной буквой «В» и цифровыми индексами, находящимися в интервале от 0,5 до 60. При выполнении строительных работ наиболее распространенные смеси находятся в диапазоне В7,5 – В40.

Цифровое значение в классификации показывает величину давления, выраженную мегапаскалями (МПа). В частности, класс В3,5 характеризует способность выдерживать величину давления 3,5 МПа в 95 из 100 случаев приложения тестовой нагрузки.

Марка и показатель класса – схожие параметры. Их отличие незначительно выражается в следующем:

  • Марка характеризует усредненную величину прочности на сжатие.
  • Класс показывает гарантированное значение прочностных характеристик.

Соответствие марок и классов составов регламентировано стандартом.

Классификация составов, согласно величине твердости, разделяет их следующим образом:

  • бетоны теплоизоляционного назначения, представителями которых являются материалы с классами от В0,5 до В2;
  • теплоизоляционно-конструкционные смеси, обозначение классов которых находится в интервале от 2,5 до 10;
  • составы конструкционного назначения – В12,5- В40.

Наряду с классами, используются марки бетона, обозначающие усредненный предел прочности на сжатие в кгс/кв.см

Например, раствор класса В3,5 относится к бетонным смесям, имеющим конструкционное назначение и выполняющим теплоизоляционные функции.

Рецептура

Каждый вид бетона изготавливается, согласно технологии, с соблюдением необходимых пропорций ингредиентов. Состав смеси зависит от особенностей применения, назначения объекта, для которого произведен данный раствор.

Для правильного расчета процентной концентрации компонентов необходимо учитывать размер фракции щебня и песка, а также их плотность. Важно знать необходимую подвижность раствора, требуемые показатели водонепроницаемости, морозостойкости. Комплексно оценив все параметры, можно определить пропорции ингредиентов для приготовления смеси.

Любой бетонный состав включает следующие компоненты:

  • Портландцемент.
  • Речной или карьерный песок.
  • Среднефракционный щебень.
  • Пластификаторы, специальные присадки, которые могут добавляться для изменения в необходимую сторону свойств смеси.

Бетон должен быть однородным — это важнейшее техническое и экономическое требование

Рассмотрим, как изменяется состав бетона М50 (В3,5), изготовленного из различных марок цемента:

  • объемная доля щебня, песка и цемента марки М200 составляет 5:3:1;
  • соотношение ингредиентов при использовании портландцемента М400 увеличивается и выражается пропорцией – 7:4:1 (щебень, песок, цемент).

С возрастанием качества цемента изменяется процентное соотношение компонентов, уменьшается объем цемента для получения необходимого количества бетонного раствора. Так, например, массовая доля цемента, песка и щебня в бетоне марки М300, для изготовления которого применяются цемент М400, составляет 1:1,9:3,7. Необходимо учитывать срок годности цемента, который со временем теряет свои свойства. Например, после длительного хранения портландцемент М400 может соответствовать значению M300.

Особенности бетона В3,5

Его характеризует низкая прочность на сжатие, значение которой составляет 50 килограмм на сантиметр квадратный. Это ограничивает сферу применения данного раствора. Он используется при выполнении бетонных работ, не требующих повышенных прочностных характеристик:

  • Заливке стяжки при изготовлении полов.
  • Подготовке опорных поверхностей для установки бордюров.
  • Выполнении черновых строительных работ.
  • Заливке подготовительной основы для фундаментов.
  • Изготовлении бордюров.

Прочность бетона нарастает в результате физико-химических процессов взаимодействия цемента с водой, которые нормально проходят в теплых и влажных условиях

Несмотря на невысокие прочностные характеристики, область использования данной смеси достаточно широка. Если производитель использует специальные пластификаторы, то можно с их помощью повысить показатели влагостойкости, морозоустойчивости смеси.

Главным достоинством бетона М50 (В3,5) является низкая цена, позволяющая без ограничения применять его при выполнении подготовительных работ.

Невысокая стоимость обусловлена уменьшением процентного содержания цемента, что делает раствор популярным при выполнении черновых строительных мероприятий, когда нецелесообразно использовать дорогостоящий бетон.

Твердение

В процессе твердения бетонных изделий, железобетонных конструкций, которые не подвергаются температурной обработке, приобретение заданных эксплуатационных характеристик происходит при температуре от 15 до 25 градусов Цельсия. При заданном температурном режиме твердения отсутствуют потери влаги. Изменение прочностных характеристик происходит следующим образом:

  • через 5 суток после заливки состав приобретает 60 процентов необходимой твердости;
  • на протяжении 10 суток прочностные характеристики повышаются до 70% от эксплуатационных параметров;
  • достижение проектной твердости бетонного массива происходят через 4 недели после его заливки.

Бетон нуждается в уходе, создающем нормальные условия твердения, в особенности в начальный период после укладки (до 15-28 суток)

Приобретение цементным раствором необходимой прочности происходит при взаимодействии цемента с водой, так называемой гидратации раствора. Для планового протекания реакции требуется положительная температура, соответствующая влажности окружающей среды. Для того чтобы раствор нормально затвердел, ему следует создать необходимые условия.

Летом это достигается путем укладки на бетон специальной эмульсии из битума, закрытии поверхности полиэтиленовой пленкой, периодического увлажнения поверхности.

Строительные конструкции, изготовленные из монолитного бетонного состава, можно нагружать, если он достиг половины необходимой прочности. Например, спустя трое суток можно начинать кладку кирпича на предварительно залитом монолитном основании. Это длительный процесс и полную нагрузку фундамент воспримет через некоторое время, когда будут возведены стены.

Области применения

В соответствии с маркировкой бетонного состава, которая характеризует прочность, изменяется область применения бетона:

  • Составы с маркой М5-М35 (В0,5-В2,5) используются для ненагруженных конструкции при подготовительных мероприятиях.
  • Смесь М50 (В3,5) применяется в дорожном строительстве, как бетонная подушка, а также используется для заливки фундаментных лент, бетонных плит. Для изготовления применяются щебень из гравия, гранита, известняка.

    В основном применяется для изготовления монолитных фундаментов, свайно-ростверковых ЖБК, плит перекрытий, колонн, ригелей, балок, монолитных стен

  • Раствор М100, соответствующий классу В7,5, востребован при строительстве зданий малой этажности и заливке фундаментных подушек.
  • Бетонирование стяжек, подготовка фундаментов, заливка площадок осуществляется составом класса В12,5, который соответствует маркировке M150.
  • Заливка ответственных фундаментов опорных стен, лестниц выполняется смесями М200, М250, маркировке которых соответствуют классы В15, В20.
  • Большинство серьезных строительных задач по устройству монолитных оснований, нагруженных балок, ответственных конструкций позволяют выполнять смеси М300 и М350 (В22,5- В25), отличающиеся высокой прочностью.
  • Бетон М 400 (В30) востребован при строительстве высотных объектов, возведении монолитных конструкций высотой до 30 этажей и традиционно применяется при изготовлении железобетонных изделий.
  • Составы с маркировкой от М450 (В35) до М800 (В60) отличаются повышенным уровнем прочности. Они применяются для специальных целей: строительства метро, банковских хранилищ, различных конструкций, где необходим сверхпрочный материал.

Соответствие марок бетонов и их классов регламентировано государственным стандартом.

Как определяют прочность?

Определение прочностных характеристик производится различными методами контроля:

  • путем неразрушающей проверки с использованием специальных приборов;
  • методом лабораторного разрушения эталонных образцов кубической формы, когда эталонный образец сжимается до полного разрушения. Величина усилия, при которой происходит разрушение, соответствует марке, выраженной в килограммах на сантиметр квадратный;

  • по ультразвуковой технологии, позволяющей определить прочность по распространению ультразвуковых колебаний;
  • визуальными методами контроля, которые основаны на глубине погружения бойка под воздействием ударов.

Любая из методик позволяет классифицировать состав, принять решение о его пригодности для выполнения поставленных задач.

Заключение

При осуществлении современных строительных мероприятий расширяются предъявляемые требования. Сегодня востребованы составы, обладающие высокой прочностью, имеющие незначительную усадку, не подверженные влиянию отрицательных температур. Кроме того, они должны быть устойчивыми к образованию растрескивания, обладать теплопроводностью, быть устойчивыми к повышенной температуре и иметь длительный срок эксплуатации.

Классификация бетонных составов позволяет оценить возможность их применения для решения конкретных строительных задач, выбрать оптимальный вариант.

Originally posted 2016-12-30 09:56:22.

pobetony.ru

для чего нужны и как используются сейчас

Несмотря на завершение эры флоппи-дисков, дискеты с объемом 3.5 до сих пор используются в повседневной жизни.

Рассмотрим детальнее, где их можно встретить, что в них особенного и почему дискета все еще является одним из самых безопасных методов хранения или передачи секретной информации.

Cодержание:

Основные понятия и история использования

 Дискета (floppy disk) – это физический носитель информации, с помощью которого данные можно многократно перемещать, стирать, перезаписывать. 

Простыми словами, это упрощенный вариант современных флешек и дисковых накопителей.

Первой появилась именно дискета.

 Внешне устройство имеет прямоугольную форму и пластиковый корпус. Сверху нанесен ферримагнитный слой, с помощью которого флоппи-дисковод и считывает информацию. Прочитать дискету не получится с помощью привычных дисководов. Для этого понадобится специальный флоппи-дисковод. 

Сегодня его можно встретить только в старых образцах десктопных компьютеров. Обычно дисковод размещается в нижней части корпуса и имеет следующий вид:

Рис.2 – флоппи-дисковод

 Первая дискета была создана в 1967 году Аланом Шугартом – на то время одним из ведущих специалистов компании IBM. До 1076 года Шугарт создал и развил собственную компанию, которая начала поставлять накопители разработчикам компьютерных систем. С этого и началась эра использования флоппи-дисков. Самый популярный формат дискеты разработала компания Sony в 1981 году. Накопитель с диаметром 3.5 дюйма можно встретить в магазинах до сих пор. Также, именно такой вид дискеты является узнаваемым. В большинстве программ клавиша со значком 3.5-дюймовой дискеты означает сохранение действий. 

Дискеты были распространены среди пользователей в период с 70-х по 90-е годы прошлого века.

С изобретением оптических дисков популярность дискет постепенно начала сводится на нет. Как известно, уже сегодня из обихода убираются оптические диски.

Многие производители ноутбуков и персональных компьютеров полностью отказались от использования дисководов.

Несмотря не это, дискеты все еще выпускаются и продаются.

С наступлением 2010-х годов все мировые ИТ-корпорации начали отказываться от производства дискет.

К примеру, в 2011 Sony заявила о полном прекращении создания и продажи 3.5-дюймовых дискет.

Теперь они могут быть изготовлены только по заказу правительства.

Другие случаи отказа от флоппи-дисков:

  • 2014 год – компания Toshiba заявила о закрытии завода по производству дисков. В этом же году завод был переделан под огромную ферму органических овощей;
  • 2015 год – разработчики из Microsoft решили не создавать поддержку флоппи-дисков в Windows 10. Данная ОС не работает с дискетами и подключить внешний дисковод будет невозможно. Система просто «не увидит» устройство;
  • 2016 год – в Пентагоне составили план по модернизации, одной из целей которого являлся отказ от использования дискет. Выполнение плана назначено на конец 2018-го года.

вернуться к меню ↑

Форматы дискет

Виды дискет разделяются в зависимости от диаметра накопителя. За все время распространения флоппи-дисков существовали следующие форматы:

Первый вид дискет, который получил распространение среди пользователей ПК – это восьмидюймовый накопитель.

Внешне он имеет прямоугольную форму, изготовлен из полимерных материалов.

 Сам магнитный механизм находится внутри пластикового чехла. Внутри есть специальная выемка, с помощью которой дисковод считывает информацию с накопителя. После запуска работы дисковода устройство считывает местонахождение первой дорожки. Так начинается процесс «расшифровывания» информации с дискеты. 

Восьмидюймовая дискета может иметь объем в 80 КБ, 256 КБ или 800 КБ. Со временем такого объема информации стало не хватать даже для передачи одного файла, поэтому началась разработка дискет с бОльшим объемом.

Рис.4 – накопитель 8 дюймов

Это поколение дискет внешне практически не отличается от восьмидюймовых накопителей.

Единственное отличие — усовершенствованы индексные отверстия для считывания данных.

Благодаря использованию новой технологии создания материала для футляра, диск сохранялся более длительное время, был устойчив к царапинам и падениям с небольшой высоты.

 Флоппи-диски такого типа существовали односторонние или двусторонние. Для начала использования дополнительной стороны достаточно было перевернуть накопитель. В односторонних моделях это действие могло проредить дисковод. 

На 5,25-дюйовых дискетах можно было хранить 110 КБ, 360 КБ, 720 КБ или же 1200 КБ информации.

Выпуск таких дискет закончился еще в начале 2000-х.

Рис.5 – внешний вид накопителя 5.25 дюймов

3,5-дюймовая дискета – это самый популярный вариант флоппи-накопителей.

Внешне она отличается от предыдущих поколений еще более прочным корпусом, а также полностью цельной поверхностью.

В этом типе дискет появилась возможность установки защиты от записи.

её может настроить пользователь дискеты перед первой записью информации на съемный носитель.

 Объем дискеты 3,5 определяется с помощью квадратных отверстий в правом нижнем углу устройства. Один квадрат – вместимость 720 КБ, два – 1,44 МБ и три – 2,88 МБ

Рис.6 – вид накопителя 3½ дюймов

 Несмотря на все недостатки в использовании дискет, а именно небольшую вместимость и чувствительность к влиянию магнитного поля, дискета 3,5 была популярна даже после выхода оптических дисков. 

Все из-за удобства в передаче данных и дешевой стоимости дискет, дисководов.

вернуться к меню ↑

Iomega Zip.

Этот тип накопителя стал промежуточным между эрами дискет и оптических дисков.

Внешне Iomega похож на дискету, но корпус у устройства гибкий.

Из-за своей высокой стоимости и недостатка интереса производителя к такой дискете, Iomega так и не стали популярнее стандартных 3,5-дюймовых дискет.

Вместимость Iomega достигала 750 МБ.

Также, устройство отличалось высокой скоростью чтения и обработки данных.

Рис.7 – Iomega Zip 240

вернуться к меню ↑

Для чего дискета нужна сегодня?

Несмотря распространенное мнение о завершении эры дискет, во многих сферах можно до сих пор столкнуться с флоппи-дисками.

На территории СНГ дискеты все еще используются в государственных учреждениях для учета данных граждан.

 К примеру, отделения налоговых хранят данные о налогоплательщиках именно в форме дискет. Использование такого устаревшего накопителя объясняется тем, что на них до сих пор хранятся записи 10-ти или даже 20-ти летней давности. Информация не переносится на более новые устройства из-з недостатка финансирования или отсутствия новых компьютеров. 

Также, дискеты объемом 3,5 дюйма используют в школах.

В любом кабинете информатики до сих пор распространены флоппи-накопители.

На них ученики приносят домашнюю работу и сдают её учителю. Такое свойство характерно не для всех, но для большинства школ. Объясняется это устаревшим оборудованием.

вернуться к меню ↑

Дискеты 3,5 и Пентагон

Одним из наиболее интересных вариантов использования дискет в современном мире является Пентагон.

В самом высокотехнологичном и популярном центре безопасности государственного уровня до сих пор работают с обычными флоппи-дисками.

Конечно, работники Пентагона не хранят абсолютно всю информацию на дискетах.

Согласно данным официального отчета организации за 2015 год, дискеты работают в качестве дополнительного метода защиты информации.

На них хранятся данные о ядреном оружии и другая секретная информация.

Для считывания и обработки данных в Пентагоне используют старые модели компьютеров, которые не имеют подключения к Интернету и работают без объединения в какие-либо сети.

Такой подход позволяет исключить возможность хакерской атаки «по воздуху», с которой Пентагон сталкивался бесчисленное количество раз.

 Согласно плану Министерства обороны США, дискеты должны выйти из эксплуатации в Пентагоне до конца 2018-го года. Сообщается, что для повышения уровня безопасности секретных данных планируется внедрить сверхстойкие алгоритмы шифрования и постоянного контроля без использования сети Интернет. 

Тематические видеоролики:

Объем дискеты 3.5: для чего они нужны и как используются в современном мире

Проголосовать

geek-nose.com

В3-5 милливольтметр >> 2шт. в наличии.

Милливольтметр переменного тока В3-5

Также этот прибор может называться: В3 5, В35, Вз-5, v3-5, v3 5, v35, b3-5.

 

В3-5 милливольтметр переменного тока предназначен для измерения малых эффективных напряжений переменного тока и шумов с коэффициентом амплитуды до 4-х в условиях лабораторий и цехов.

 

Технические характеристики В3-5:

 

Диапазон измеряемых напряжений — от 10 мкВ до 1 В.

Диапазон частот — от 20 Гц до 1 МГц.

 

Пределы измеряемых напряжений — 0,05 мВ; 0,1 мВ; 0,2 мВ, 0,5 мВ, 1 мВ; 2 мВ; 5 мВ; 10 мВ; 20 мВ; 60 мВ; 100 мВ; 200 мВ; 500 мВ; 1000 мВ.

Основная погрешность от конечного значения рабочей части шкалы, для номинальной области частот от 40 Гц до 500 кГц — не более ±4%.

 

Погрешность показаний прибора В3-5 от конечного значения рабочей части шкалы, для расширенных областей частот от 20 Гц до 40 Гц и от 500 кГц до 1 МГц — не более ±10%.

Дополнительная погрешность, вызванная коэффициентом нелинейных искажений в диапазоне частот от 20 Гц до 150 кГц, при наличии в измеряемом напряжении не более 6 гармоник — (Kf-10)∙(0,035n1+0,025n2), где:

— Kf — коэффициент нелинейных искажений;

— n1 — число нечетных гармоник в измеряемом напряжении, считая с третьей;

— n2 — число четных гармоник в измеряемом напряжении.

 

Входное полное сопротивление прибора на частоте 1000 Гц:

— при измерении на пределах «×10» — не менее 900 кОм;

— при измерении на пределах «×1» — не менее 600 кОм.

 

Входная емкость приборов милливольтметры В3-5:

— на пределах «×1» — не белее 25 пФ;

— на пределах «×10» не белее 12 пФ.

 

Приборы имеют источник калибровочного напряжения для установки чувствительности прибора.

Частота калибровочного напряжения — 10 кГц.

 

Потребляемая мощность — не более 120 В∙А.

Питание от сети:

— напряжением — 220±22 В;

— частотой — 50±0,5 Гц.

 

Габаритные размеры — 390×280×285 мм.

Масса — не более 14,5 кг.

 

Условия эксплуатации В3-5:

 

Температура окружающего воздуха — от +10° С до +35° С.

Относительная влажность при +20° С — до 80%.

zapadpribor.com

Что означает тотал меньше 3,5 в футболе и хоккее

В ставках на спорт следует учитывать, что наиболее высокие коэффициенты среди ведущих букмекеров в большинстве случаев предлагает букмекерская контора 1хСтавка (1xBet), в чем можно легко убедиться лично, зайдя на ее сайт.

Переход на сайт БК 1ХСТАВКА (1ХБЕТ)

(Чем отличаются букмекерские конторы 1ХBET и 1ХСТАВКА можно узнать здесь).

О различных видах тоталов, встречающихся в росписи к букмекерской линии, и подробно о том, что представляют собой ставки на тотал, можно узнать здесь.

Тотал, указанный в основной строке букмекерской линии – это количество голов в матче.

Ставка на тотал представляет собой ставку на количество забитых голов, при этом не имеет значения, какая из играющих команд победит или проиграет.

Ставка на «тотал меньше» — это ставка на то, что в матче будет забито меньше голов, чем их количество, которое указано в линии.

Выиграет эта ставка, если в матче будет забито 0 голов, 1, 2 или 3 гола.

Не пропустите эти уникальные статьи в Рунете:
1. Какую букмекерскую контору выбрать?
2. Топ 10 букмекерских контор Рунета.

Если в игре будет забито 4 гола и больше (4, 5, 6, 7 и т.д.), то ставка на тотал меньше 3,5 проиграет.

Тотал меньше 3,5. Примеры:

1) Сделана ставка на ТМ 3,5 и матч закончился со счетом 0:0, 1:0, 0:1, 1:1, 2:0, 0:2, 2:1, 1:2, 3:0, 0:3 (количество забитых голов: 0, 1, 2 или 3). Значит, ставка выиграла.

2) Сделана ставка на ТМ 3,5 и матч закончился, например, со следующим счетом: 2:2, 4:0, 4:1, 3:3, 2:5, 6:1 и т.д. (т.е. количество забитых голов 4 и больше: 4, 5, 6, 7 и т.д.). Значит, ставка проиграла.

Другие похожие статьи:
Тотал больше 3,5
Тотал меньше 2,5
Тотал меньше 3
Тотал меньше 4
Тотал меньше 4,5

Обзор преимуществ и уникальных предложений на беттинг рынке от букмекерской конторы 1ХСТАВКА представлен здесь: обзор БК 1ХСТАВКА 

При регистрации в БК 1ХСТАВКА укажите промо код  1xs_3074
Регистрация по промо-коду дает повышенный бонус на первый депозит.

stakefaqer.ru

Согласование логических уровней 5В и 3.3В устройств

Всякое решение плодит новые проблемы.
Следствие к закону Мерфи

В настоящий момент все больше и больше производителей микросхем осуществляют перевод их на питание от 1.8В до 3.3В. В связи с этим возникает задача согласования логических уровней устройств с различными питающими напряжениями. Наиболее часто производится подключение 3.3В устройств к 5В устройствам. Методы согласования для этого случая и рассмотрим в данной статье. Однако общие принципы приведенных методов справедливы и для согласования устройств с другими питающими напряжениями при соответствующей адаптации.

Не все методы согласования могут использоваться во всех ситуациях, поэтому необходимо разобраться в механизмах работы каждого из них. Не важно какие устройства соединяются между собой, важно направление сигнала. Направление определяет необходимость применения защиты. Например, при подключении выхода устройства с 5В питанием ко входу устройства с 3.3В питанием необходимо предусмотреть защиту по входу для второго устройства. Однако выход 3.3В устройства можно напрямую подключить ко входу 5В устройства и при этом есть вероятность, что второму устройству для нормальной работы будет достаточно уровня сигналов первого, так как они находятся в допустимых пределах. Для выхода с открытым коллектором (стоком) необходимо не забывать предусматривать подтягивающий резистор.
Существуют также устройства с питанием 3.3В, которые могут напрямую подключаться к 5В устройствам. У данных устройств в описании входных интерфейсов присутствует параметр «5V Tolerant Input», т.е. возможно прямое подключение к 5В выходу.
Если не указано иное, то при описании способов согласования уровней предполагается, что 5В и 3.3В устройства имеют общую «землю». Для упрощения при моделировании за логический «0» будем принимать нулевой уровень напряжения, за логическую «1» будем принимать +5В. Стрелочками будем указывать направление тока в цепи.

Последовательно включенный резистор

Наиболее простой схемой согласования уровней является использование последовательно включенного резистора, однако необходимо помнить, что не все устройства можно подключить с использованием данной схемы. Схема является двухсторонней.


Эта схема требует наличия встроенной защиты входных портов от перенапряжения на стороне 3.3В устройства. Защита представляет собой два диода, включенных по схеме ограничения уровня (clamping diodes). Эти диоды довольно надежны, но они не предназначены для длительного пропускания больших токов, поэтому и используется ограничительный резистор. Он ограничивает ток, протекающий через диоды тем самым предотвращая их повреждение. Желательно чтобы этот ток был как можно меньше (микроамперы). При больших токах возможно повреждение диодов и, кроме того, микросхема может «защелкнуться» — выражается в быстром, сильном разогреве корпуса последней.
Номинал резистора R1 зависит от максимально возможного тока через диод D1. 10 кОм резистор будет безопасным для большинства устройств. Необходимо помнить, что большой номинал резистора будет ограничивать максимально возможную скорость передачи сигнала. Для высокоскоростных сигналов необходимо уменьшать резистор, но для большинства устройств его значение должно быть не менее 1 кОм.
Если 3.3В устройство не содержит защитных диодов по входу, то использовать данную схему сопряжения нельзя — это может привести к выходу устройства из строя.
Если известен максимально допустимый ток защитных диодов, то можно рассчитать минимальное сопротивление резистора. Например, для микросхем Propeller максимальный ток защитных диодов составляет +-500 мкА:
R = U/I = (5 — 3.3 — 0.6)/500E-6 = 2.2 кОм
где 0.6В — падение напряжения на защитном диоде.
Для безопасности выбираем резистор с большим номиналом из стандартного ряда — 2.7 кОм.
В случае отсутствия защитных диодов можно использовать один внешний диод:

Но более разумно в этом случае подумать о возможности использования других схем сопряжения.

Достоинством схемы с последовательным резистором является ее простота. Существенным недостатком является инжекция дополнительного тока в источник питания 3.3В. При мощном 5В выходе и маломощном источнике питания 3.3В эта инжекция тока может привести к флуктуациям трехвольтового питания вокруг 3.3В.

Делитель напряжения

Данная схема используется для согласования уровней 5В выхода с 3.3В входом. Наиболее часто встречаемая у радиолюбителей схема. Схема является односторонней.

Для приведения уровня используется обычный делитель напряжения — резисторы R1 и R2. Как правило, выходное сопротивление RS очень мало (менее 10 Ом), поэтому для того, чтобы его влиянием на резистор R1 можно было пренебречь необходимо выбирать резистор R1 много больше RS. На приемной стороне значение резистора RL очень велико (более 500 кОм), поэтому для того, чтобы его влиянием на резистор R2 можно было пренебречь необходимо выбирать резистор R2 много меньше RL.
При выборе номиналов резисторов необходимо учитывать компромисс между рассеиваемой мощностью и временем нарастания/спада сигнала. Для минимального потребления суммарное сопротивление резисторов R1 и R2 должно быть как можно больше. Однако, емкость нагрузки, состоящая из паразитной емкости CS и входной емкости 3.3 В устройства CL, может сильно повлиять на время нарастания/спада входного сигнала. При слишком больших R1 и R2 время нарастания/спада может выйти за допустимые пределы.
Пренебрегая значением RS и RL получим формулы для расчета значений R1 и R2:

Vout / (R1 + R2) = Vin / R2, следовательно, R1 = (Vout — Vin) * R2 / Vin = (5 — 3.3) * R2 / 3.3 = 0.515 * R2

Формула для вычисления времени нарастания/спада сигнала имеет вид:

где
R = 0.66 * R1 — эквивалентное сопротивление,
С = СS + CL — эквивалентная емкость,
Vi = начальное напряжение на конденсаторе C,
Vf = конечное напряжение на конденсаторе С,
Va = напряжение эквивалентного источника напряжения (0.66 * Vout).
Из этой формулы получаем выражение для эквивалентного сопротивления:

В качестве примера произведем расчет резисторов делителя при следующих условиях:
CS = 1 пФ,
CL = 5 пФ,
Максимальное время нарастания напряжения от 0.3В до 3В <= 1 мкс.

Получаем максимальное эквивалентное сопротивление:

R = -[1E-6/(6E-12*ln((3-0.66*5)/(0.3 — 0.66*5))] = 72382 Ом.

Находим значения резисторов R1 и R2:

R1 = R/0.66 = 72382/0.66 = 109.7 кОм,
R2 = R1 / 0.515 = 110 / 0.515 = 213 кОм.

Из стандартного ряда выбираем: R1 = 110 кОм (ближайший больший номинал), R2 = 200 кОм (ближайший меньший номинал).

Достоинством схемы также является простота. Недостаток — дополнительное потребление тока делителем (поэтому в не активном состоянии оптимальным, если
это возможно, будет установить 5В выход в «0» — ток потребления будет минимальным).

Диодный интерфейс

Также как и предыдущий вариант данная схема используется для согласования уровней 5В выхода с 3.3В входом. Схема является односторонней.

Использование диода для изоляции 5В устройства от 3.3В устройства является экономичным и безопасным методом и не требует наличия защитных диодов со стороны 3.3В устройства. При наличии на выходе Vout логической «1» на входе Vin будет примерно 3.3В, при наличии на выходе логического «0» на входе Vin будет напряжение, соответствующее прямому падению напряжения на диоде D1. Поэтому для данной схемы желательно применять диоды Шоттки, так как они имеют низкое прямое падение напряжения (около 0.2В).
Подтягивающий резистор R1 необходим для подачи на вход 3.3В устройства логической «1», так как 5В устройство не может передать этот сигнал из-за наличия диода. Номинал данного резистора обычно выбирается равным 10 кОм, при этом, при указанных на схеме значениях емкостей, время нарастания сигнала от 0.2В (прямое падение напряжения на диоде) до 2.3В (минимальное напряжение логической «1» для 3.3В устройства) составит примерно 68 нс, что вполне достаточно для большинства приложений.

Достоинством схемы является ее простота и надежность работы. Недостатком можно считать желательное применения диодов Шоттки, хотя и при применении обычных диодов схема сохраняет работоспособность (напряжение «0» будет составлять примерно 0.7В, что меньше максимального значения уровня напряжения для 3.3В устройств, равного 1В).

Интерфейс на транзисторе

Также как и предыдущий вариант данная схема используется для согласования уровней 5В выхода с 3.3В входом. Схема является односторонней.

Преобразование уровня производится с помощью NPN транзистора. Сигнал инвертируется, в устройствах на микроконтроллерах это легко учесть простым инвертированием управляющего сигнала. Каких либо преимуществ перед предыдущей схемой не имеет.
Возможно также применение n-канального полевого транзистора:

Резистор R2 необходим для надежного запирания транзистора при плавающем уровне на затворе, например, при старте системы. В данной схеме необходимо использовать транзисторы с малым пороговым напряжением затвора. Идеальным будет использование так называемых «цифровых» транзисторов. Обратите
внимание, что для сохранения времени нарастания сигнала необходимо уменьшить номинал подтягивающего резистора R5 до 4.7 кОм.

Достоинства данной схемы по сравнению с предыдущей отсутствуют. Недостатком является увеличенная стоимость и сложность. Более разумно использовать MOSFET транзистор в другом включении, которое рассмотрим ниже.

Интерфейс с оптической изоляцией

В условиях повышенных электромагнитных помех или, например, при разработке медицинских устройств, необходимо гальванически изолировать устройство с 5В питанием от устройства с питанием 3.3В. Сделать это можно применив транзисторную оптопару. Схема является односторонней.

При включении светодиода по схеме представленной на рисунке схема не инвертирует сигнал. Если катод подключить к земляному проводу, а анод подключить к Vout, то схема будет инвертировать сигнал. Номиналы резисторов R2 и R3 выбираются в зависимости от применяемой оптопары.

Достоинством данной схемы является гальваническая развязка устройств, что предотвращает взаимовлияние устройств, улучшает шумовые характеристики системы. Оптическая изоляция позволяет подключать микроконтроллер к устройствам со значительно большим напряжением питания, таким как 12В в автомобильных устройствах и 24В в промышленных устройствах. Недостатком схемы является повышенная стоимость и ограничение по скорости нарастания/спада сигнала, вызванное инерционностью оптопар.

Интерфейс с последовательно включенным MOSFET транзистором

Немного изменив подключение MOSFET транзистора мы можем получить двунаправленную схему согласования уровней идеально подходящую для применения в шинных системах с открытым коллектором (стоком) таких как 1-Wire, I2C. Принцип работы преобразователя проще всего описать в виде трех состояний.

Состояние 1.

В исходном состоянии ни одно из устройств не подтягивает линию связи к «0», на стороне 3.3В устройства линия подтянута к «1» резистором R1, на стороне 5В устройства линия подтянута к «1» резистором R2. Затвор и исток транзистора имеют одинаковый потенциал 3.3В, транзистор закрыт. Таким образом, на входе обоих устройств присутствует логическая «1», для каждого со своим уровнем напряжения.

Состояние 2.

3.3В устройство устанавливает на своем выходе «0». Исток транзистора принимает низкий
потенциал, в то время как на затворе остается 3.3В. Транзистор открывается, вход 5В устройства подтягивается к низкому уровню через открытый транзистор, на входе 5В устройства устанавливается логический «0».

Состояние 3.

5В устройство устанавливает на своем выходе «0». Через диодный переход исток-подложка транзистора напряжение на истоке снижается до тех пор, пока напряжение на затворе не перейдет пороговый уровень, затем транзистор открывается и вход 3.3В устройства подтягивается к «0» открывшимся транзистором.

Рассмотренные состояния свидетельствуют, что логические уровни передаются в обоих направлениях.
Приведем требования к наиболее важным характеристикам транзисторов, используемых в качестве преобразователей уровней для работы с I2C:

Тип: ————————————N-канальный МОП-транзистор с режимом обогащения
Пороговое напряжение затвора:——Vgs(th) не менее 0.1В, не более 2В
Сопротивление открытого канала:—Rds(on) не более 100 Ом при токе стока Id= 3 мА, Vgs= 2.5В
Входная емкость:———————-Ciss не более 100 пФ при Vds= 1В, Vgs = 0В
Время переключения:——————ton toff не более 50 нс
Допустимый ток стока:—————Id 10 мА или более

Номиналы подтягивающих резисторов зависят от наихудших уровней напряжения питания и логических уровней, протяженности линии связи, а также от требований к времени нарастания/спада сигнала.

Данная схема согласования уровней может также использоваться для обеспечения защиты схемы от выбросов повышенного напряжения, но при условии, что характеристики используемого транзистора позволят работать с данными выбросами. Каскад пониженного напряжения является защищенной частью, а каскад повышенного напряжения должен подключаться к внешнему устройству. Если преобразование уровней не требуется, то на резистор R2 можно подать то же напряжение, что и на каскад пониженного напряжения.
Дополнительной особенностью данной схемы является изоляция каскада пониженного напряжения при снятии с него напряжения питания. В данном случае напряжение питания этой части схемы близко к нулю и транзистор закрыт так как напряжение на затворе меньше порогового значения. Работа каскада повышенного напряжения не блокируется, он сохраняет полную работоспособность. Для гарантии запаса помехоустойчивости напряжение питания каскада должно упасть ниже минимального порогового напряжения на затворе транзистора. Функция изоляции сохраняет работоспособность даже если преобразование уровня не требуется, т. е. одинакового напряжения питания обоих частей схемы.
В случае необходимости применения одновременной изоляции и каскада с повышенным напряжением схему преобразователя уровней необходимо изменить:

Если отключится напряжение питания 5В части схемы, то закроется транзистор Q3, тем самым изолировав эту часть схемы от 3.3В части. Наличие резистора R7 (можно использовать резистор с высоким сопротивлением) не является обязательным, он может использоваться для предотвращения плавания потенциала на стоках транзисторов при установлении высоко уровня. Данная схема согласования является симметричной, поэтому в качестве каскада пониженного или повышенного напряжения может использоваться как левая, так и правая часть схемы.

MOSFET транзистор можно заменить биполярным NPN транзистором:

Исходное состояние. На входах обоих устройств — «1».

3.3В устройство устанавливает на своем выходе «0». Эмиттер транзистора принимает низкий потенциал, напряжение база-эмиттер превышает пороговое, транзистор открывается, вход 5В устройства подтягивается к «0».

5В устройство устанавливает на своем выходе «0». Транзистор оказывается включенным в инверсном режиме, напряжение база-эмиттер превышает пороговое, транзистор открывается, вход 3.3В устройства подтягивается к «0».

Достоинствами схемы является двунаправленность, защита от выбросов напряжения, изоляция частей схемы при отключении питания, возможность использования в шинных системах, таких как I2С и 1-Wire. Недостатком, пожалуй, можно считать некоторую усложненность схемы, но достоинства полностью перекрывают этот недостаток.

Интерфейс на буферных элементах

Буферные микросхемы обычно используются для буферизации тока на сигнальных шинах. Однако, они также могут использоваться для организации преобразования уровней. Для этого необходимо использовать специальное семейство буферов — LVC (Low Voltage CMOS). Это семейство разработано для применения в 3.3В устройствах и имеет толерантные к 5 В входы.
Для наших целей можно использовать, например, микросхему 74LVC244A, которая представляет собой 8 буферов, сгруппированных в две группы по 4 элемента:

74LVC244A обеспечивает неинвертирующий
буфер с 3.3В выходами, который может принимать по входу как 3.3В, так и 5В сигналы. Выходы микросхемы могут обеспечивать ток до 50 мА, питание микросхемы может быть от 1.65В до 3.6В, что позволяет использовать ее для 1.8В устройств.
Схема включения:

Для уменьшения шумов и потребляемой мощности все неиспользуемые входы необходимо подключить к общему проводу. Подав на управляющий вход /OE логическую «1» можно перевести все выходы в группе в Z состояние, тем самым изолировав 3.3В устройство от 5В устройства.

Достоинствами данной схемы являются простота реализации, надежность работы и доступность компонентов. Недостатком можно считать однонаправленность.

Интерфейс с использованием специализированной микросхемы транслятора уровней

Ну и, наконец, согласование уровней можно провести с помощью специализированных микросхем трансляторов уровней, которые специально разработаны для решения проблем согласования уровней. Например, микросхема TXB0108PWR представляет собой не инвертирующий, двунаправленный восьми портовый преобразователь уровней с индивидуальными напряжениями питания Vcca и Vccb. Порт A может работать в диапазоне 1.2В…3.6В, порт B в диапазоне 1.65В…5.5В. Однако напряжение питания порта A обязательно должно быть меньше либо равно напряжения питания порта B. Одна из возможных схем включения:

В данной схеме 3.3В устройство является контролером преобразователя уровней — подачей на вход OE логической «1» разрешает работу преобразователя. Если данная функция не требуется, то следует подтянуть вход OE к плюсу питания. Устройства, подобные TXB0108PWR реализуют также и защитные функции такие как отключение выходов при пропадании любого из питающих напряжений (z состояние). Для уменьшения времени нарастания/спада импульсов TXB0108PWR содержит также детекторы фронтов импульсов, которые принудительно открывают выходные драйверы.
Как и все специфические устройства, TXB0108PWR требует для своей корректной работы специфических условий (ничто в мире не бывает бесплатным, даже сыр в мышеловке — он достается бесплатно только второй мышке). Например, TXB0108PWR требует, чтобы выходные каскады, подключенные к ней, могли обеспечивать протекание тока силой как минимум +-2 мА. Также емкостная нагрузка не должна превышать 70 пФ. Резистивная нагрузка должна быть больше 50 кОм, что делает не возможным использование данной микросхемы для преобразования уровней в I2C и 1-Wire, а точнее в любых конструкциях с открытым коллектором/стоком. Для этих целей можно использовать специализированные микросхемы, например, серии TXS01xx фирмы «TEXAS INSTRUMENTS» или аналогичные.

Достоинствами данной схемы являются простота реализации и хорошие скоростные параметры. Недостатками можно считать немного увеличенную стоимость и малую доступность данных преобразователей на рынке.

Пример согласования уровней

В качестве реального примера согласования уровней рассмотрим схему подключения широко используемого LCD индикатора от сотового телефона NOKIA3310 к микроконтроллеру с 5В питанием:

Резисторы R8-R11, совместно с диодами D7-D10 образуют преобразователь уровней 5В в 3.3В. Транзистор Q2 с резистором R12 предназначены для отключения питания от индикатора, а также для обеспечения появления сигнала сброса RES в течение 100 мс после появления питания на LCD, как того требует Datasheet на контроллер индикатора. Конденсатор C15 — развязывающий.

Благодарности

Выражаю большую благодарность Chris Savage за его статью и любезное разрешение на использование ее материалов для создания данной статьи.

Использованные материалы

  1. Chris Savage, «Mixed Voltage Systems. Interfacing 5V and 3.3V Devices», журнал «Nuts and Volts» №4 2011 г.
  2. Microchip, «Compiled Tips ‘N Tricks Guide» Chapter 8 «3V Tips ‘n Tricks»
  3. Philips, AN97055 APPLICATION NOTE, «Bi-directional level shifter for I2C-bus and other systems&quot
  4. Л. Н. Бочаров «Инверсное включение транзистора», МРБ № 887, 1975 г.
  5. Texas Instruments,SN74LVC244A, Datasheet
  6. Texas Instruments,TXB0108PWR, Datasheet

we.easyelectronics.ru

В чем разница между жесткими дисками 2.5 и 3.5

Как ни крути, основным отличием жестких дисков с форм-фактором 2,5 и 3,5, соответственно, является сам размер, а только потом уж их технические особенности. Жесткий диск с меньшим форм-фактором имеет высоту всего 15 мм, что, по сути, очень удобно в момент построения компактного, но производительного сервера. Почему именно 2,5, а не 3,5 немного позже!

Помимо компактных и привлекательных габаритов hdd 2,5, которые используются в каждом ноутбуке, стоит отметить их износостойкость в отношении вибраций и тряски, чего нельзя сказать о тех же 3,5. Последние предполагают исключительно стационарное использование. Кто-то скажет, что построение стабильной и объемной системы возможно только на 3,5, так как за счет большей высоты корпуса внутрь устанавливается до 5-ти накопительных пластин. В форм-факторе 2,5 таковых всего 3. Такое утверждение вполне имеет право на существование, но стоит обратить внимание на области применения каждого из них.

Жесткий диск 2.5


Так, например, позиционирование в отношении домашнего ПК не является целесообразным, так как зачастую производитель просто устанавливает внутрь жесткого диска 3,5 те же накопительные пластины от 2,5, тем самым приближая естественный переход производства на форм-фактор 2,5. Потенциальный потребитель не ощутит практически никакой разницы.

Ощутимым отличием между вышеупомянутыми HDD, которое реально можно выводить на ступень полноценного сравнения, – принцип построения современного сервера и, как результат, получения общего количества вычислительных операций.

Форм-фактор 2,5 / 3,5 и высота сервера 43,7 мм (1U)

Основным отличием в данном случае является количество возможных отсеков. Если, например, за точку отсчета взять сервер со слотами 3,5, то тут таковых отсеков всего 4 шт.

При аналогичной высоте сервера 1U, но наличием слотов под hdd 2,5, предоставляется возможность установки до 8 накопителей. При таком раскладе общий объем сервера можно увеличить вдвое. Соответственно возрастет и количество вычислительных операций.
Даже если исходить из принципа ценообразования на оба вида дисков, то форм-фактор 2,5 всегда оставляет за собой преимущество модернизации, установки твердотельных накопителей SSD. Потенциальное промышленное использование hdd 2,5 позволит значительно снизить габариты самого сервера.

Жесткий диск 3.5

Вышеупомянутые накопители и высота сервера 2U / 3U / 4U

Типичным примером может стать тот же сервер промышленного назначения высотой 88,1 мм (2U). При условии наличия слотов под накопители 3,5, потенциальный потребитель получит 12 расширительных отсеков. Если все же речь идет об сервере с отсеками под форм-фактор 2,5, то тут таковых можно насчитать аж 24 шт.

Таким же образом можно просчитать и количество отсеков других серверов, например, 3U / 4U. При высоте 3U и отсеках под 3,5 диски, владельцу предоставляется возможность установки 16 шт накопителей, против возможных 32 шт, в случае с отсеками под накопители 2,5. Последний же является более распространенном вариантом, так как количество отсеков в вышеупомянутой последовательности может достигать 24 шт и 48 шт, соответственно.

Таким образом, разница между hdd 2,5 и 3,5, в пропорции промышленного серверного использования заключается в:

  • Максимальном объеме памяти.
  • Количестве вычислительных операций в отношении каждого накопителя (в случае с hdd 2,5 их будет в 2 раза больше).
  • Габаритах сервера и его весе.
  • Возможности модернизации под SSD (в случае с форм-фактором 2,5).
  • Эффективности монтажа.
  • Возможности построения серверов модульного и блейд типов; (все те же 2,5).
  • Увеличение операций ввода и вывода в расчете на одну секунду.

Самым неопровержимым преимущество жестких дисков 2,5 перед 3,5, при все том же строении сервера, является количество RAID-групп самой подсистемы и их производительность, которые обязательно возрастает по мере подключения большего количества накопителей. В данном случае преимущество на стороне менее габаритных носителей информации и файловых систем. Количество устанавливаемых рассчитывается исходя из высоты сервера, что уже разбиралось немного выше.

Домашний ПК: разница между рассматриваемыми дисками

Исходя из потребностей и, конечно же ценового сегмента, разницу между производительностью обычный пользователь ПК может заметить если заменить стандартный накопитель 3,5 на два 2,5, но при условии хороших RAID-контроллеров. Таким образом, габаритный 3,5 с 15 000 rpm, например, на 500 GB, уступит перед двумя 2,5 250 GB, но уже по 10 000 rpm. Заметьте! Конечная стоимость останется неизменной.

vchemraznica.ru

Согласование логических уровней 5В и 3.3В устройств — Это нужно знать! — Каталог статей — Микроконтроллеры

В настоящий момент все больше и больше производителей микросхем осуществляют перевод их на питание от 1.8В до 3.3В. В связи с этим возникает задача согласования логических уровней устройств с различными питающими напряжениями. Наиболее часто производится подключение 3.3В устройств к 5В устройствам. Методы согласования для этого случая и рассмотрим в данной статье. Однако общие принципы приведенных методов справедливы и для согласования устройств с другими питающими напряжениями при соответствующей адаптации.

Не все методы согласования могут использоваться во всех ситуациях, поэтому необходимо разобраться в механизмах работы каждого из них. Не важно какие устройства соединяются между собой, важно направление сигнала. Направление определяет необходимость применения защиты. Например, при подключении выхода устройства с 5В питанием ко входу устройства с 3.3В питанием необходимо предусмотреть защиту по входу для второго устройства. Однако выход 3.3В устройства можно напрямую подключить ко входу 5В устройства и при этом есть вероятность, что второму устройству для нормальной работы будет достаточно уровня сигналов первого, так как они находятся в допустимых пределах. Для выхода с открытым коллектором (стоком) необходимо не забывать предусматривать подтягивающий резистор.
Существуют также устройства с питанием 3.3В, которые могут напрямую подключаться к 5В устройствам. У данных устройств в описании входных интерфейсов присутствует параметр «5V Tolerant Input», т.е. возможно прямое подключение к 5В выходу.
Если не указано иное, то при описании способов согласования уровней предполагается, что 5В и 3.3В устройства имеют общую «землю». Для упрощения при моделировании за логический «0» будем принимать нулевой уровень напряжения, за логическую «1» будем принимать +5В. Стрелочками будем указывать направление тока в цепи.

Последовательно включенный резистор

Наиболее простой схемой согласования уровней является использование последовательно включенного резистора, однако необходимо помнить, что не все устройства можно подключить с использованием данной схемы. Схема явля

ется двухсторонней.


Эта схема требует наличия встроенной защиты входных портов от перенапряжения на стороне 3.3В устройства. Защита представляет собой два диода, включенных по схеме ограничения уровня (clamping diodes). Эти диоды довольно надежны, но они не предназначены для длительного пропускания больших токов, поэтому и используется ограничительный резистор. Он ограничивает ток, протекающий через диоды тем самым предотвращая их повреждение. Желательно чтобы этот ток был как можно меньше (микроамперы). При больших токах возможно повреждение диодов и, кроме того, микросхема может «защелкнуться» — выражается в быстром, сильном разогреве корпуса последней.

Номинал резистора R1 зависит от максимально возможного тока через диод D1. 10 кОм резистор будет безопасным для большинства устройств. Необходимо помнить, что большой номинал резистора будет ограничивать максимально возможную скорость передачи сигнала. Для высокоскоростных сигналов необходимо уменьшать резистор, но для большинства устройств его значение должно быть не менее 1 кОм.
Если 3.3В устройство не содержит защитных диодов по входу, то использовать данную схему сопряжения нельзя — это может привести к выходу устройства из строя.
Если известен максимально допустимый ток защитных диодов, то можно рассчитать минимальное сопротивление резистора. Например, для микросхем Propeller максимальный ток защитных диодов составляет +-500 мкА:
R = U/I = (5 — 3.3 — 0.6)/500E-6 = 2.2 кОм
где 0.6В — падение напряжения на защитном диоде.
Для безопасности выбираем резистор с большим номиналом из стандартного ряда — 2.7 кОм.
В случае отсутствия защитных диодов можно использовать один внешний диод:


Но более разумно в этом случае подумать о возможности использования других схем сопряжения.

Достоинством схемы с последовательным резистором является ее простота. Существенным недостатком является инжекция дополнительного тока в источник питания 3.3В. При мощном 5В выходе и маломощном источнике питания 3.3В эта инжекция тока может привести к флуктуациям трехвольтового питания вокруг 3.3В.

Делитель напряжения

Данная схема используется для согласования уровней 5В выхода с 3.3В входом. Наиболее часто встречаемая у радиолюбителей схема. Схема является односторонней.



Для приведения уровня используется обычный делитель напряжения — резисторы R1 и R2. Как правило, выходное сопротивление RS очень мало (менее 10 Ом), поэтому для того, чтобы его влиянием на резистор R1 можно было пренебречь необходимо выбирать резистор R1 много больше RS. На приемной стороне значение резистора RL очень велико (более 500 кОм), поэтому для того, чтобы его влиянием на резистор R2 можно было пренебречь необходимо выбирать резистор R2 много меньше RL.
При выборе номиналов резисторов необходимо учитывать компромисс между рассеиваемой мощностью и временем нарастания/спада сигнала. Для минимального потребления суммарное сопротивление резисторов R1 и R2 должно быть как можно больше. Однако, емкость нагрузки, состоящая из паразитной емкости CS и входной емкости 3.3 В устройства CL, может сильно повлиять на время нарастания/спада входного сигнала. При слишком больших R1 и R2 время нарастания/спада может выйти за допустимые пределы.
Пренебрегая значением RS и RL получим формулы для расчета значений R1 и R2:

Vout / (R1 + R2) = Vin / R2, следовательно, R1 = (Vout — Vin) * R2 / Vin = (5 — 3.3) * R2 / 3.3 = 0.515 * R2

Формула для вычисления времени нарастания/спада сигнала имеет вид:


где
R = 0.66 * R1 — эквивалентное сопротивление,
С = СS + CL — эквивалентная емкость,
Vi = начальное напряжение на конденсаторе C,
Vf = конечное напряжение на конденсаторе С,
Va = напряжение эквивалентного источника напряжения (0.66 * Vout).
Из этой формулы получаем выражение для эквивалентного сопротивления:

В качестве примера произведем расчет резисторов делителя при следующих условиях:
CS = 1 пФ,
CL = 5 пФ,
Максимальное время нарастания напряжения от 0.3В до 3В <= 1 мкс.

Получаем максимальное эквивалентное сопротивление:

R = -[1E-6/(6E-12*ln((3-0.66*5)/(0.3 — 0.66*5))] = 72382 Ом.

Находим значения резисторов R1 и R2:

R1 = R/0.66 = 72382/0.66 = 109.7 кОм,
R2 = R1 / 0.515 = 110 / 0.515 = 213 кОм.

Из стандартного ряда выбираем: R1 = 110 кОм (ближайший больший номинал), R2 = 200 кОм (ближайший меньший номинал).

Достоинством схемы также является простота. Недостаток — дополнительное потребление тока делителем (поэтому в не активном состоянии оптимальным, если
это возможно, будет установить 5В выход в «0» — ток потребления будет минимальным).

Диодный интерфейс

Также как и предыдущий вариант данная схема используется для согласования уровней 5В выхода с 3.3В входом. Схема является односторонней.


Использование диода для изоляции 5В устройства от 3.3В устройства является экономичным и безопасным методом и не требует наличия защитных диодов со стороны 3.3В устройства. При наличии на выходе Vout логической «1» на входе Vin будет примерно 3.3В, при наличии на выходе логического «0» на входе Vin будет напряжение, соответствующее прямому падению напряжения на диоде D1. Поэтому для данной схемы желательно применять диоды Шоттки, так как они имеют низкое прямое падение напряжения (около 0.2В).
Подтягивающий резистор R1 необходим для подачи на вход 3.3В устройства логической «1», так как 5В устройство не может передать этот сигнал из-за наличия диода. Номинал данного резистора обычно выбирается равным 10 кОм, при этом, при указанных на схеме значениях емкостей, время нарастания сигнала от 0.2В (прямое падение напряжения на диоде) до 2.3В (минимальное напряжение логической «1» для 3.3В устройства) составит примерно 68 нс, что вполне достаточно для большинства приложений.

Достоинством схемы является ее простота и надежность работы. Недостатком можно считать желательное применения диодов Шоттки, хотя и при применении обычных диодов схема сохраняет работоспособность (напряжение «0» будет составлять примерно 0.7В, что меньше максимального значения уровня напряжения для 3.3В устройств, равного 1В).

Интерфейс на транзисторе

Также как и предыдущий вариант данная схема используется для согласования уровней 5В выхода с 3.3В входом. Схема является односторонней.


Преобразование уровня производится с помощью NPN транзистора. Сигнал инвертируется, в устройствах на микроконтроллерах это легко учесть простым инвертированием управляющего сигнала. Каких либо преимуществ перед предыдущей схемой не имеет.
Возможно также применение n-канального полевого транзистора:


Резистор R2 необходим для надежного запирания транзистора при плавающем уровне на затворе, например, при старте системы. В данной схеме необходимо использовать транзисторы с малым пороговым напряжением затвора. Идеальным будет использование так называемых «цифровых» транзисторов. Обратите
внимание, что для сохранения времени нарастания сигнала необходимо уменьшить номинал подтягивающего резистора R5 до 4.7 кОм.

Достоинства данной схемы по сравнению с предыдущей отсутствуют. Недостатком является увеличенная стоимость и сложность. Более разумно использовать MOSFET транзистор в другом включении, которое рассмотрим ниже.

Интерфейс с оптической изоляцией

В условиях повышенных электромагнитных помех или, например, при разработке медицинских устройств, необходимо гальванически изолировать устройство с 5В питанием от устройства с питанием 3.3В. Сделать это можно применив транзисторную оптопару. Схема является односторонней.


При включении светодиода по схеме представленной на рисунке схема не инвертирует сигнал. Если катод подключить к земляному проводу, а анод подключить к Vout, то схема будет инвертировать сигнал. Номиналы резисторов R2 и R3 выбираются в зависимости от применяемой оптопары.

Достоинством данной схемы является гальваническая развязка устройств, что предотвращает взаимовлияние устройств, улучшает шумовые характеристики системы. Оптическая изоляция позволяет подключать микроконтроллер к устройствам со значительно большим напряжением питания, таким как 12В в автомобильных устройствах и 24В в промышленных устройствах. Недостатком схемы является повышенная стоимость и ограничение по скорости нарастания/спада сигнала, вызванное инерционностью оптопар.

Интерфейс с последовательно включенным MOSFET транзистором

Немного изменив подключение MOSFET транзистора мы можем получить двунаправленную схему согласования уровней идеально подходящую для применения в шинных системах с открытым коллектором (стоком) таких как 1-Wire, I2C. Принцип работы преобразователя проще всего описать в виде трех состояний.

Состояние 1.


В исходном состоянии ни одно из устройств не подтягивает линию связи к «0», на стороне 3.3В устройства линия подтянута к «1» резистором R1, на стороне 5В устройства линия подтянута к «1» резистором R2. Затвор и исток транзистора имеют одинаковый потенциал 3.3В, транзистор закрыт. Таким образом, на входе обоих устройств присутствует логическая «1», для каждого со своим уровнем напряжения.

Состояние 2.


3.3В устройство устанавливает на своем выходе «0». Исток транзистора принимает низкий
потенциал, в то время как на затворе остается 3.3В. Транзистор открывается, вход 5В устройства подтягивается к низкому уровню через открытый транзистор, на входе 5В устройства устанавливается логический «0».

Состояние 3.


5В устройство устанавливает на своем выходе «0». Через диодный переход исток-подложка транзистора напряжение на истоке снижается до тех пор, пока напряжение на затворе не перейдет пороговый уровень, затем транзистор открывается и вход 3.3В устройства подтягивается к «0» открывшимся транзистором.

Рассмотренные состояния свидетельствуют, что логические уровни передаются в обоих направлениях.
Приведем требования к наиболее важным характеристикам транзисторов, используемых в качестве преобразователей уровней для работы с I2C:

Тип: ————————————N-канальный МОП-транзистор с режимом обогащения
Пороговое напряжение затвора:——Vgs(th) не менее 0.1В, не более 2В
Сопротивление открытого канала:—Rds(on) не более 100 Ом при токе стока Id= 3 мА, Vgs= 2.5В
Входная емкость:———————-Ciss не более 100 пФ при Vds= 1В, Vgs = 0В
Время переключения:——————ton toff не более 50 нс
Допустимый ток стока:—————Id 10 мА или более

Номиналы подтягивающих резисторов зависят от наихудших уровней напряжения питания и логических уровней, протяженности линии связи, а также от требований к времени нарастания/спада сигнала.

Данная схема согласования уровней может также использоваться для обеспечения защиты схемы от выбросов повышенного напряжения, но при условии, что характеристики используемого транзистора позволят работать с данными выбросами. Каскад пониженного напряжения является защищенной частью, а каскад повышенного напряжения должен подключаться к внешнему устройству. Если преобразование уровней не требуется, то на резистор R2 можно подать то же напряжение, что и на каскад пониженного напряжения.
Дополнительной особенностью данной схемы является изоляция каскада пониженного напряжения при снятии с него напряжения питания. В данном случае напряжение питания этой части схемы близко к нулю и транзистор закрыт так как напряжение на затворе меньше порогового значения. Работа каскада повышенного напряжения не блокируется, он сохраняет полную работоспособность. Для гарантии запаса помехоустойчивости напряжение питания каскада должно упасть ниже минимального порогового напряжения на затворе транзистора. Функция изоляции сохраняет работоспособность даже если преобразование уровня не требуется, т. е. одинакового напряжения питания обоих частей схемы.
В случае необходимости применения одновременной изоляции и каскада с повышенным напряжением схему преобразователя уровней необходимо изменить:


Если отключится напряжение питания 5В части схемы, то закроется транзистор Q3, тем самым изолировав эту часть схемы от 3.3В части. Наличие резистора R7 (можно использовать резистор с высоким сопротивлением) не является обязательным, он может использоваться для предотвращения плавания потенциала на стоках транзисторов при установлении высоко уровня. Данная схема согласования является симметричной, поэтому в качестве каскада пониженного или повышенного напряжения может использоваться как левая, так и правая часть схемы.

MOSFET транзистор можно заменить биполярным NPN транзистором:


Исходное состояние. На входах обоих устройств — «1».


3.3В устройство устанавливает на своем выходе «0». Эмиттер транзистора принимает низкий потенциал, напряжение база-эмиттер превышает пороговое, транзистор открывается, вход 5В устройства подтягивается к «0».


5В устройство устанавливает на своем выходе «0». Транзистор оказывается включенным в инверсном режиме, напряжение база-эмиттер превышает пороговое, транзистор открывается, вход 3.3В устройства подтягивается к «0».

Достоинствами схемы является двунаправленность, защита от выбросов напряжения, изоляция частей схемы при отключении питания, возможность использования в шинных системах, таких как I2С и 1-Wire. Недостатком, пожалуй, можно считать некоторую усложненность схемы, но достоинства полностью перекрывают этот недостаток.

Интерфейс на буферных элементах

Буферные микросхемы обычно используются для буферизации тока на сигнальных шинах. Однако, они также могут использоваться для организации преобразования уровней. Для этого необходимо использовать специальное семейство буферов — LVC (Low Voltage CMOS). Это семейство разработано для применения в 3.3В устройствах и имеет толерантные к 5 В входы.
Для наших целей можно использовать, например, микросхему 74LVC244A, которая представляет собой 8 буферов, сгруппированных в две группы по 4 элемента:


74LVC244A обеспечивает неинвертирующий
буфер с 3.3В выходами, который может принимать по входу как 3.3В, так и 5В сигналы. Выходы микросхемы могут обеспечивать ток до 50 мА, питание микросхемы может быть от 1.65В до 3.6В, что позволяет использовать ее для 1.8В устройств.
Схема включения:


Для уменьшения шумов и потребляемой мощности все неиспользуемые входы необходимо подключить к общему проводу. Подав на управляющий вход /OE логическую «1» можно перевести все выходы в группе в Z состояние, тем самым изолировав 3.3В устройство от 5В устройства.

Достоинствами данной схемы являются простота реализации, надежность работы и доступность компонентов. Недостатком можно считать однонаправленность.

Интерфейс с использованием специализированной микросхемы транслятора уровней

Ну и, наконец, согласование уровней можно провести с помощью специализированных микросхем трансляторов уровней, которые специально разработаны для решения проблем согласования уровней. Например, микросхема TXB0108PWR представляет собой не инвертирующий, двунаправленный восьми портовый преобразователь уровней с индивидуальными напряжениями питания Vcca и Vccb. Порт A может работать в диапазоне 1.2В…3.6В, порт B в диапазоне 1.65В…5.5В. Однако напряжение питания порта A обязательно должно быть меньше либо равно напряжения питания порта B. Одна из возможных схем включения:


В данной схеме 3.3В устройство является контролером преобразователя уровней — подачей на вход OE логической «1» разрешает работу преобразователя. Если данная функция не требуется, то следует подтянуть вход OE к плюсу питания. Устройства, подобные TXB0108PWR реализуют также и защитные функции такие как отключение выходов при пропадании любого из питающих напряжений (z состояние). Для уменьшения времени нарастания/спада импульсов TXB0108PWR содержит также детекторы фронтов импульсов, которые принудительно открывают выходные драйверы.
Как и все специфические устройства, TXB0108PWR требует для своей корректной работы специфических условий (ничто в мире не бывает бесплатным, даже сыр в мышеловке — он достается бесплатно только второй мышке). Например, TXB0108PWR требует, чтобы выходные каскады, подключенные к ней, могли обеспечивать протекание тока силой как минимум +-2 мА. Также емкостная нагрузка не должна превышать 70 пФ. Резистивная нагрузка должна быть больше 50 кОм, что делает не возможным использование данной микросхемы для преобразования уровней в I2C и 1-Wire, а точнее в любых конструкциях с открытым коллектором/стоком. Для этих целей можно использовать специализированные микросхемы, например, серии TXS01xx фирмы «TEXAS INSTRUMENTS» или аналогичные.

Достоинствами данной схемы являются простота реализации и хорошие скоростные параметры. Недостатками можно считать немного увеличенную стоимость и малую доступность данных преобразователей на рынке.

Пример согласования уровней

В качестве реального примера согласования уровней рассмотрим схему подключения широко используемого LCD индикатора от сотового телефона NOKIA3310 к микроконтроллеру с 5В питанием:


Резисторы R8-R11, совместно с диодами D7-D10 образуют преобразователь уровней 5В в 3.3В. Транзистор Q2 с резистором R12 предназначены для отключения питания от индикатора, а также для обеспечения появления сигнала сброса RES в течение 100 мс после появления питания на LCD, как того требует Datasheet на контроллер индикатора. Конденсатор C15 — развязывающий.

easymcu.ucoz.ru

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о