术语和定义
参考文献
//www.xmece.com/configurable-mixed-signal．
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- 555定时器IC, en.wikipedia.org（2018）
介绍
本应用笔记演示了使用SLG46110V实现555定时器IC的单稳态、稳态和双稳态行为。由于SLG46110V具有大多数必要的资源，如两个模拟比较器，一个开路漏极配置输出引脚和lut，因此可以实现555定时器内部，并使用SLG46110V作为替代方案。SLG46110V与标准555定时器ic相比体积很小，节省了PCB空间。这个版本的555定时器是特别有用的可穿戴电子产品。
这种实现也可以用于所有使用多谐振荡器的应用:亚博国际官网平台网址
- 使用单稳态操作解除瞬时/按钮开关。
- 使用单稳态操作使执行器在一个设定周期内或在一个固定周期后开启。
- 创建一个时钟信号使用不稳定的操作模式。
- 用于调制变送器，如使用稳定模式的超声波或红外变送器。
- 用作分频器。
- 在双稳态模式下用作切换触发器或存储单元。
系统概述
这个内部块有五个主要部分:高到低截止检测器，低到高截止检测器，SR触发器块，充电/放电开关，和输出驱动器。ACMP0监控低到高截止，而ACMP1监控高到低截止。如果低到高截止，ACMP0设置SR触发器。同样，ACMP1在HIGH到LOW截止事件期间重置SR触发器。SR触发器块记忆当前状态，并给充电/放电开关和输出驱动器信号。充电/放电开关是通过配置PIN8为开路漏极输出来实现的，输出驱动是通过连接PIN12的缓冲输出来实现的。内部框图如图所示图1．
模拟比较器可用GreenPAK两个模拟比较器的VIN-连接共用同一个外部Vref引脚PIN4，在3.3 V VDD时不能超过1.2 V。另一个比较器的VIN+可以访问外部引脚或VDD作为一个VDD范围的输入。考虑到这些限制和在标准555定时器IC中发现的电阻网络的不可用性，有必要在可接受的标准内映射输入电压范围，并在电阻网络上使用一个内部Vref块来推导截止电压。其原理将在4.1和4.2节中详细解释。
至于我们版本的555定时器使用SLG46110V的引脚，可用那些模拟输入，VDD，和GND引脚GreenPAK与标准555定时器IC的引脚不匹配，所以输入和输出引脚是根据内部组件要求(比如比较器的特性)分配的GreenPAK一般。表1列出此版本的pinout及其功能。
SLG46110V 555定时器的引脚
表1显示了每个引脚的功能，和我们的SL46110V版本的555定时器对标准555定时器IC的引脚。图2SLG46110V IC的引脚。
|
销
的名字 |
销
类型 |
描述(按
标准555定时器ic) |
引出线
555集成电路 |
引出线
SLG46110V |
讲话 |
|---|---|---|---|---|---|
|
接地 |
权力 |
这个引脚是地面参考电压(零伏)。 |
1 |
7 |
SLG46110V采用PIN7接地。 |
|
三角 |
输入 |
当该引脚电压低于CTRL引脚电压的1 / 2时(除CTRL受到外部信号驱动外，为1 / 3 VCC)， OUT引脚就会升高，开始计时间隔。只要这个引脚继续保持在一个低电压，OUT引脚将保持高。 |
2 |
3. |
ACMP0比较器负责设置SR触发器，其VIN+输入绑定了PIN3。是的，TRIG应该被输入到比较器的VIN-输入。然而，ACMP0配置了一个NOT门，在标准555 IC中提供了比较器(设置SR触发器)的确切功能。 |
|
出 |
输出 |
这是一个推挽(P.P.)输出，驱动到低状态(GND引脚接地)或高状态(VCC引脚负约1.7伏的正电源)。(注:对于CMOS定时器，HIGH状态被驱动到VCC。) |
3. |
12 |
由于PIN3已经用于三角信号的目的，所以我们必须使用PIN12。SLG46110V中的PIN2(最近的数字PIN)不能使用，因为它是输入类型。 |
|
重置 |
输入 |
可以通过将该引脚驱动到GND来重置定时间隔，但是直到该引脚上升到大约0.7伏以上时才重新开始定时。这个引脚覆盖TRIG(触发器)，而TRIG覆盖THR(阈值)。如果这个引脚不使用，它应该连接到VCC，以防止电噪声造成复位。 |
4 |
2 |
由于共享PIN4作为ACMP1比较器的VIN输入(在应用中使用CTRL)， PIN2用于SR触发器的RESET信号。 |
|
CTRL |
输入 |
该引脚提供内部分压器的“控制”访问(默认为2 / 3 VCC)。通过对控制电压输入施加电压，可以改变器件的时序特性。在大多数应用中，亚博国际官网平台网址这个引脚不被使用，因此一个10nF的去耦电容(薄膜或C0G)应该连接到这个引脚和地引脚之间，以确保电气噪声不会添加到更高的参考电压。这个控制引脚输入可以用来建立一个具有调频输出的不稳定多谐振荡器。 |
5 |
4 |
PIN4被用作控制电压输入，因为ACMP1的VIN- input只能访问这个引脚。 |
|
用力推 |
输入 |
当这个引脚的电压大于CTRL引脚的电压(2/3 VCC除外，当CTRL被外部信号驱动时)，那么定时(OUT高)间隔结束。 |
6 |
6 |
与标准555 IC相同。 |
|
说 |
输出 |
这是一个开路集电极输出(CMOS定时器是开路漏极)，它可以用来放电电容器与输出相间隔。 |
7 |
8 |
因为PIN7是GND引脚，所以使用最近的PIN8引脚作为开路漏极输出引脚。 |
|
VDD |
权力 |
双极定时器的保证电压范围通常是4.5至15伏(有些定时器指定高达16伏或18伏)，尽管大多数将操作低至3伏。(注:CMOS定时器有一个较低的最低电压额定值取决于零件号)。 |
8 |
1 |
SLG46110的VDD引脚是PIN1，不是引脚8。该装置以3.3V运行，其原因将在4.2节中讨论。 |
信号映射与比较器
关键思想是两个比较器的VIN+输入衰减为0.33增益，以在可接受区域映射信号。即将0 - 3.3 V的输入范围映射为0 - 1.089 V(3.3 * 0.33)。VIN-输入已经在可接受的范围内。
对输入信号进行衰减和映射的原因如下:
- 根据SLG46110V勘误表文件第4期所述，比较器的VIN-输入外部施加超过2v可能会损坏设备。
- 根据5.3的数据表，比较器的VIN+输入电压范围为0V - VDD，比较器的VIN-输入电压范围为0V - 1.2 V。本规范适用于3.3 V的VDD。
- 比较器VIN+输入提供*0.25，*0.33，*0.5的增益。比较器的VIN-输入没有增益选项。
- 通过映射VIN+输入范围在0 - 1.089 V，得到VIN-的1/3和2/3的1.089 V，比较器的输入保留了标准555 IC定时器的所有方程。
它是如何工作的?
在复位SR触发器(ACMP1比较器)的情况下，将THR信号馈入其VIN+输入，由连接ACMP1的VIN-输入的Vref导出0.66 * 1.089 V。在应用程序需要这个CONT信号的情况下，PIN4连接到VIN输入，而不是从Vref派生。由于Vref是作为一个固定值导出的，这个设置必须与一个低dropout的3.3 V稳压器供电，否则根据电压稳压器输出改变导出的Vref值。图3显示了重置比较器路径的设置。
(a) PIN6和ACMP1设置。设置PIN6为模拟输入，ACMP1配置为接受0.33增益的PIN6 THR信号。当THR超过配置的700mV(大约相当于2VDD/3)时，ACMP1复位触发器。(b) PIN2作为输入，然后使用2位LUT3逆变器(借助稳定状态逻辑)实现SR触发器的RESET功能。(c)模拟比较器输出和复位功能与复位SR触发器。
在标准555 IC中，SR触发器的VDD/3连接到VIN+输入，而TRIG信号连接到VIN-输入，这种连接拓扑结构在SLG46110中是不同的。将具有倒输出的比较器的VIN+输入和VIN-输入互换，等于比较器中VIN+输入和VIN-输入没有倒输出的正态连接拓扑。利用这个特性，TRIG信号连接到VIN+输入，而Vref的0.33 * 1.089V连接到ACMP0比较器的VIN-输入，输出是反向的。因此，我们实现了555集成电路的标准连接。
device datasheet(数据表)第45页:"During powerup, ACMP output will remain low, and then become valid 110 μs (max) after POR signal goes high."我们使用的是反向输出，所以有可能在启动时设置SR锁存器，这是错误的。为了避免这个问题，系统必须启动并保持在一个已知的稳定状态。稳定的启动逻辑是利用SR触发器的复位功能实现的。POR信号被延迟了大约80毫秒，与RESET信号结合，迫使系统以正确的RESET信号启动。图4说明比较器路径的设置。
ACMP0监控低到高截止，而ACMP1监控高到低截止。在低到高截止的情况下，ACMP0设置SR触发器。同样，ACMP1在HIGH到LOW截止事件期间重置SR触发器。
(a) PIN3、ACMP0和3位LUT0完成设定操作信号的产生。设置PIN3为模拟输入。ACMP0配置为0.33增益接收来自PIN3的三角信号。当TRIG低于350 mV(大约是VDD/3)时，由于特殊的输入连接拓扑，它给出了反向信号。3位LUT0是作为一个逆变器给适当的设置信号。(b) OSC、8位CNT0、3位LUT3通过将POR信号延时80.8 ms，提供稳定启动复位信号。(c) ACMP0的输出与延迟的POR信号(借助稳态逻辑)进行与运算，直接得到SR触发器的最终设置信号。
SR触发器使用两个NOR门实现。这种SR触发器实现包括复位控制逻辑的SR触发器是有源低。当RESET引脚设置为LOW时，or输出总是HIGH，无论是否断言ACMP1，都将复位触发器。图5显示了SR触发器的配置。
当TRIG应用LOW时，当TRIG中的电压低于0.33 * 1.089 V时，反向ACMP0输出设置SR触发器。当THR中的电压超过0.66 * 1.089 V时，ACMP1将复位SR触发器。一个外部RC电路控制TRIG和THR电压的变化，它也取决于工作模式。
PIN8配置为开漏输出模式，作为外部电容的充放电路径。PIN12是一个输出驱动程序，它的缓冲值是Q'。
a)设置PIN8为DIS信号的数字输出，开路漏极配置。这作为放电和充电路径的电容器。
(b) PIN12配置为带推拉模式的输出，使用3位LUT2跟随缓冲器。
555定时器运行模式
单稳态模式
在这种模式下，外部RC电路被创建以输出一个宽度为t的单次脉冲。
当一个负的(0V)脉冲应用于TRIG输入在这个单稳态配置，ACMP0设置触发器。这个动作，反过来，关闭在PIN8的NMOS晶体管，从而消除短路的外部电容c。这个步骤允许电容通过电阻RA充电，直到电压通过电容达到阈值电压2*VDD/3。在这一点上，ACMP1复位触发器，反过来开关ON的NMOS晶体管。NMOS晶体管使电容器通过地放电。在三角函数输入处再加一个负脉冲，得到另一个单脉冲。
单次脉冲的宽度如下所示
一旦系统上电，延迟的POR迫使SR触发器停留在复位状态，显示在图8．图9说明了我们的SLG46110V版本的555定时器在RA为47 kOhms和C为10 uF时的单稳态模式的行为。
我们取C为10uf，标准电阻(5%公差)如下。表2表示我们的SLG46110V版本与计算值以秒为单位的脉宽测量值。可以观察到，电阻值越高，精度越低。
|
RA在欧姆
|
C在佛罗里达大学
|
宽度的女士
|
SLG46110V mS版本
|
|---|---|---|---|
|
12000 |
10 |
132 |
136 |
|
22000 |
10 |
242 |
257 |
|
33000 |
10 |
363 |
398 |
|
47000 |
10 |
517 |
593 |
|
56000 |
10 |
616 |
755 |
|
68000 |
10 |
748 |
934 |
|
82000 |
10 |
902 |
1174 |
不稳定的模式
在这种模式下，定时器产生一个时钟信号。简而言之，它起振荡器的作用。
由于TRIG引脚和THR引脚连接到电容C，所以C、THR和TRIG的电压是相同的。开始时，这些点上的电压是低的。当TRIG的电压低时，输出变高，NMOS晶体管被打开。当电容C被充电到2*VDD/3时，ACMP1复位触发器，关闭电容C通过RB放电的放电路径。一旦C上的电压下降到VDD/3，放电路径打开，电容C开始再次充电。这个循环继续并产生时钟信号。
非稳态模式电路图如图所示图10．
输出为HIGH时充电时间为:
当输出为LOW时，放电时间为:
非稳态模式下产生的时钟信号周期由式2和3得到:
产生信号的频率为F = 1 / tP
占空比由式5所述公式给出
我们取C为10uf，标准电阻(5%公差)如图所示表3．可以观察到，电阻值的增加会降低脉冲宽度(ON或OFF)的精度，从而导致频率精度的降低。黄色阴影单元表示选定的RC电路，电容直到2*VDD/3才充电，只有一个ON周期。
|
计算值
|
SLG46110V版本
|
||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
RA在欧姆
|
RB在欧姆
|
C在佛罗里达大学
|
赫兹的频率
|
占空比(%)
|
吨的女士
|
Tlow女士
|
赫兹的频率
|
占空比(%)
|
吨的女士
|
Tlow女士
|
|
|
12000 |
12000 |
10 |
3.968254 |
66.67 |
166.3 |
83.1 |
3.674 |
69.6 |
189 |
82.75 |
|
|
22000 |
22000 |
10 |
2.164502 |
66.67 |
304.9 |
152.4 |
2.959 |
79.8 |
270 |
68.41 |
|
|
33000 |
33000 |
10 |
1.443001 |
66.67 |
457.3 |
228.7 |
1.024 |
78.6 |
767 |
208.8 |
|
|
47000 |
47000 |
10 |
1.013171 |
66.67 |
651.4 |
325.7 |
0.497 |
86.2 |
1746 |
280 |
|
|
56000 |
56000 |
10 |
0.85034 |
66.67 |
776.2 |
388.1 |
- |
- |
- |
- |
|
|
68000 |
68000 |
10 |
0.70028 |
66.67 |
9.425 |
4.712 |
- |
- |
- |
- |
|
|
82000 |
82000 |
10 |
0.58072 |
66.67 |
11.365 |
5.683 |
- |
- |
- |
- |
|
双稳态模式
在这种模式下，计时器就像一个触发器或存储单元。由于这是一个双稳态配置，输出波形从一个状态切换到另一个状态是通过控制三角和复位信号与一个有源低脉冲。在这种情况下，两个按钮被连接起来，分别用上拉电阻R1_PR和R2_PR拉高。当连接到TRIG的按钮被按下时，它设置SR触发器和输出驱动高。当RESET信号通过按下相应的按钮应用LOW时，输出被驱动为LOW。由于THR引脚接地，SR触发器不复位，这使状态无限期地保持。
结论
的对话框GreenPAKSLG46110V具有必要的内部资源来实现555定时器IC的行为。在本应用记录中，我们使用SLG46110V实现了单稳态、稳态和双稳态工作模式。测试结果表明，我们的SLG46110V版本可以替代标准的555定时器。SLG46110V体积小，是可穿戴电子设备中555定时器操作的好选择。