Высокоимпедансное состояние

Высокоимпедансное состояние, высокоомное состояние, Z-состояние или состояние «Выключено» — состояние выхода цифровой микросхемы при котором он «отключается» от сигнальной шины к которой подключены несколько передатчиков сигналов. Таким образом, сопротивление между её внутренней схемой, формирующей выходной сигнал, и внешней схемой очень большое. Вывод микросхемы, переведённый в состояние «Выключено», ведёт себя как не подключённый к ней. Внешние устройства (микросхемы), подключенные к этому выводу, могут изменять напряжение на нём по своему усмотрению (в некоторых рамках), не влияя на работу микросхемы. И наоборот — схема не мешает внешним устройствам менять напряжение на выводе микросхемы.

Физически реализуется закрытым транзистором, работающим в ключевом режиме.

Потребность

В цифровой электронике существуют понятия «логическая единица» (вывод присоединён к источнику питания и может выдавать в нагрузку большой ток) и «логический ноль» (вывод присоединён к общему выводу схемы, и также выдерживает высокие токи). Но такие выходы нельзя объединять: если на одном будет 1, а на другом 0, возникает короткое замыкание, чреватое выгоранием выходных транзисторов.

Схема инвертора с тремя состояниями

Поэтому, чтобы можно было организовывать соединение типа «шина», было введено третье «высокоимпедансное состояние», когда дополнительный ключ просто отключает выход и он «повисает в воздухе» — соединяется с остальной схемой через высокое сопротивление (импеданс) закрытого транзистора. Такой выход не влияет на подключённую к нему внешнюю цепь схемы, следовательно к одной цепи схемы можно подключать несколько выходов микросхем, нужно только следить, чтобы в каждый момент времени только один был активным, а остальные в высокоимпедансном состоянии. Такое соединение называют «шиной».

Близкими свойствами обладает выход «открытый коллектор», но он имеет ряд недостатков, например требует применения подтягивающего резистора, который уменьшает крутизну фронта импульса.

Применение

Cостояние «Выключено» применяется, когда устройству приходится временно отключаться от шины — например, в программаторах, мультиплексорах, многоточечных интерфейсах передачи данных наподобие JTAG, I²C или USB, и т. д.

Например, в интерфейсе SPI сигнал CS (SS) задаёт выбор периферийного устройства (микросхемы), его выход MISO будет находиться в состоянии «Выключено» до тех пор, пока на выводе CS (SS) будет присутствовать низкий уровень.

См. также

• Чарлиплексинг

Ссылки

• https://www.maximintegrated.com/en/glossary/definitions.mvp/term/Hi-Z/gpk/1175
• https://en-us.knowledgebase.renesas.com/English_Content/MCUMPU/Basic_Information/What_is_High_Impedance%3F (недоступная ссылка)
• http://dangerousprototypes.com/docs/Pull-up_resistors,_high_impedance_pins,_and_open_collector_buses
• http://www.bvg-group.ru/rus/recovery/articles/shematic/tri_state.pdf
• http://www.computer-museum.ru/technlgy/proclect/mp/busform.htm
• http://kit-e.ru/assets/files/pdf/2002_09_122.pdf