دو

ENIAC دور میں ، کمپیوٹر فطرت میں زیادہ ینالاگ تھے اور بہت کم ڈیجیٹل آئی سی استعمال کرتے تھے۔ آج ایک اوسط جو کا کمپیوٹر ایک سے زیادہ وولٹیج کی سطح کے ساتھ کام کرتا ہے ، جن لوگوں نے سی پی یو کے ایس ایم پی ایس کو دیکھا تھا وہ یہ محسوس کرتے ہوں گے کہ آپ کے کمپیوٹر کو چلانے کے لئے ± 12V ، + 5V اور + 3.3V کی ضرورت ہے۔ یہ وولٹیج کی سطح ایک کمپیوٹر کے لئے بہت اہم ہیں۔ ایک مخصوص وولٹیج سگنل کی حالت (اعلی یا کم) کا تعین کرتا ہے۔ اس اعلی ریاست کو کمپیوٹر نے بائنری 1 اور نچلی ریاست کو بائنری 0 کے طور پر قبول کیا ہے۔ 0 اور 1 شرط پر منحصر ہے کمپیوٹر اعداد و شمار ، کوڈز ، اور مطلوبہ آؤٹ پٹ فراہم کرنے کے لئے ہدایات تیار کرتا ہے۔

جدید لاجک وولٹیج کی سطح بڑے پیمانے پر 1.8V سے 5V تک مختلف ہوتی ہے۔ معیاری منطق وولٹیجز 5V ، 3.3V ، 1.8V ، وغیرہ ہیں۔ لیکن ، 5V منطق کی سطح (مثال کے طور پر ارڈینو) کے ساتھ کام کرنے والا نظام یا کنٹرولر 3.3V (مثال ESP8266) یا کسی دوسرے مختلف وولٹیج کے ساتھ کام کرنے والے دوسرے سسٹم کے ساتھ کیسے بات چیت کرتا ہے؟ سطح یہ منظر اکثر اکثر ڈیزائنوں میں پایا جاتا ہے ، جہاں متعدد مائکرو کنٹرولر یا سینسر استعمال کیے جاتے ہیں اور یہاں حل یہ ہے کہ لاجک لیول کنورٹر یا لاجک لیول شفٹر استعمال کریں ۔ اس آرٹیکل میں ہم منطق کی سطح کے کنورٹرز کے بارے میں مزید معلومات حاصل کریں گے اور ہم ایک عام سادہ دو جہتی منطق کی سطح کنورٹر سرکٹ بھی تعمیر کریں گے جس کا استعمال مووسٹ کریں جو آپ کے سرکٹس ڈیزائنوں کے لئے کارآمد ہوگا۔

اعلی سطح اور کم سطح ان پٹ وولٹیج

تاہم ، مائکرو پروسیسر یا مائکروکنٹرولر کی طرف سے ، منطق وولٹیج کی سطح کی قیمت ایک مقررہ نہیں ہے۔ اس کے ساتھ اس میں کچھ رواداری ہے۔ مثال کے طور پر ، 5V منطق کی سطح کے مائکروکانٹرولرز کے لئے قبول شدہ منطق ہائی (منطق 1) کم سے کم 2.0V (کم سے کم اعلی سطح ان پٹ وولٹیج) سے زیادہ سے زیادہ 5.1V (زیادہ سے زیادہ اعلی سطح ان پٹ وولٹیج) ہے۔ اسی طرح ، منطق کم (منطق 0) کے لئے قبول شدہ وولٹیج ویلیو 0V (کم سے کم نچلی سطح ان پٹ وولٹیج) سے زیادہ سے زیادہ 8V (زیادہ سے کم نچلی سطح ان پٹ وولٹیج) تک ہے۔

مندرجہ بالا مثال کے طور پر 5V منطق کی سطح کے مائکروکانٹرولرز کے لئے یہ سچ ہے لیکن 3.3V اور 1.8V منطق کی سطح کے مائکروکانٹرولر بھی دستیاب ہیں۔ اس قسم کے مائکروکانٹرولرز میں ، منطق کی سطح کی وولٹیج کی حد میں فرق ہوگا۔ آپ اس مخصوص کنٹرولر آئی سی کے ڈیٹا شیٹ سے متعلقہ معلومات حاصل کرسکتے ہیں۔ جب وولٹیج کی سطح کے کنورٹر کا استعمال کرتے وقت ، خیال رکھنا چاہئے کہ ہائی ولٹیج کی قیمت اور کم وولٹیج کی قیمت ان پیرامیٹرز کی حدود میں ہے۔

دو جہتی منطق کی سطح کنورٹر

اطلاق اور تکنیکی تعمیر پر منحصر ہے ، دو قسم کے لیول شفٹرز دستیاب ہیں ، غیر منطقی منطق کی سطح کنورٹر اور دو جہتی منطق کی سطح کنورٹر ۔ غیر مستقیمی سطح کے کنورٹرز میں ، ان پٹ پن ایک وولٹیج ڈومین کے لئے وقف ہیں اور آؤٹ پٹ پن دوسرے وولٹیج ڈومین کے لئے وقف ہیں ، لیکن یہ دو جہتی سطح کے کنورٹرز کے ل case ایسا نہیں ہے جو یہ دونوں سمتوں میں منطقی اشاروں کو تبدیل کرسکتا ہے ۔ دو جہتی سطح کے کنورٹرز کے ل each ، ہر وولٹیج ڈومین میں نہ صرف ان پٹ ہوتا ہے بلکہ اس میں آؤٹ پٹ پن بھی ہوتا ہے۔ مثال کے طور پر اگر آپ ان پٹ سائیڈ میں 5.5V فراہم کرتے ہیں تو وہ اسے آؤٹ پٹ سائیڈ پر 3.3V میں تبدیل کردے گا ، اسی طرح اگر آپ آؤٹ پٹ سائیڈ کو 3.3V فراہم کرتے ہیں تو ، اسے ان پٹ سائیڈ میں 5V میں تبدیل کردے گا۔

اس ٹیوٹوریل میں ، ہم ایک سادہ دو جہتی سطح کے کنورٹر بنائیں گے اور اس کو ہائی سے لوئ تبادلوں اور کم سے اعلی تبادلوں کے لئے جانچ کریں گے ۔

آسان دو جہتی منطق کی سطح کنورٹر

نیچے دی گئی تصویر میں ایک سادہ دو جہتی منطق کا کنورٹر سرکٹ دکھایا گیا ہے۔

کم وولٹیج منطق کی سطح کو ہائی وولٹیج منطق کی سطح میں تبدیل کرنے کے لئے سرکٹ ایک این چینل موسفٹ کا استعمال کرتا ہے۔ مزاحم وولٹیج ڈیوائڈرز کا استعمال کرتے ہوئے ایک سادہ منطق کی سطح کا کنورٹر بھی بنایا جاسکتا ہے لیکن اس سے وولٹیج میں کمی واقع ہوگی۔ MOSFET یا ٹرانجسٹر پر مبنی منطق کی سطح کے کنورٹر پیشہ ور ، قابل اعتماد اور مربوط کرنے کے لئے زیادہ محفوظ ہیں۔

سرکٹ دو اضافی اجزاء ، R1 اور R2 بھی استعمال کرتا ہے۔ وہ پل اپ مزاحم ہیں۔ نچلے حصے کی گنتی کی وجہ سے ، یہ بھی ایک سرمایہ کاری مؤثر حل ہے۔ مذکورہ بالا سرکٹ پر منحصر ہے ، ایک سادہ 3.3V سے 5V دو جہتی منطق کنورٹر تعمیر کیا جائے گا۔

MOSFET کا استعمال کرتے ہوئے 5V سے 3.3V لیول کنورٹر

3.3V دو دشاتمک منطق کی سطح کنورٹر کے لئے 5V سرکٹ ذیل کی تصویر میں دیکھا جا سکتا ہے -

جیسا کہ آپ دیکھ سکتے ہیں کہ ہمیں ریزٹرز R1 اور R2 کو 5V اور 3.3V کا مستقل وولٹیج فراہم کرنا ہے۔ پنوں Low_side_Logic_Input اور High_Side_Logic_Input دوسرے ان پٹ اور آؤٹ پٹ پنوں کے طور پر استعمال کیا جا سکتا.

مذکورہ بالا سرکٹ میں استعمال ہونے والے اجزاء ہیں

R1 - 4.7k

آر 2 - 4.7 ک

Q1 - BS170 (N چینل MOSFET).

دونوں مزاحم 1٪ روادار ہیں۔ 5٪ رواداری کے ساتھ مزاحمت کار بھی کام کریں گے۔ BS170 MOSFET کے پن آؤٹ کو نیچے کی تصویر میں دیکھا جاسکتا ہے جو ڈرین ، گیٹ اور ماخذ کے ترتیب میں ہے ۔

سرکٹ کی تعمیر میں دو پل اپ ریزٹرز 4،7k ہر ایک پر مشتمل ہے۔ ڈوس اور موسفٹ کا ماخذ پن مطلوبہ ولٹیج کی سطح تک کھینچا جاتا ہے (اس صورت میں 5V اور 3.3V) کم سے زیادہ یا کم سے کم منطق کی تبدیلی کے ل.۔ آپ R1 اور R2 کے لئے 1k سے 10k کے درمیان کوئی بھی قیمت استعمال کرسکتے ہیں کیونکہ وہ صرف مزاحم کو کھینچنے کا کام کرتے ہیں۔

کام کرنے والی کامل ریاست کے لئے ، سرکٹ کی تعمیر کے دوران دو شرائط پوری کی جاسکتی ہیں۔ پہلی شرط یہ ہے کہ ، نچلی سطح کی منطق وولٹیج (اس معاملے میں 3.3V) کو MOSFET کے منبع کے ساتھ منسلک کرنے کی ضرورت ہے اور اعلی سطح کے منطق وولٹیج (اس معاملے میں 5V) کو MOSFET کے ڈرین پن سے منسلک کرنا ضروری ہے۔ دوسری شرط یہ ہے کہ ، MOSFET کے گیٹ کو کم ولٹیج کی فراہمی (اس معاملے میں 3.3V) سے منسلک کرنے کی ضرورت ہے۔

دو جہتی منطق کی سطح کنورٹر کی تخروپن

منطقی سطح کی شفٹر سرکٹ کے مکمل کام کو تخروپن کے نتائج کا استعمال کرکے سمجھا جاسکتا ہے۔ جیسا کہ آپ نیچے دیئے گئے GIF شبیہہ میں دیکھ سکتے ہیں ، اعلی سطح پر کم سطحی منطق کے تبادلوں کے دوران منطق کے ان پٹ کو 5V اور 0V (زمینی) کے مابین منتقل کیا جاتا ہے اور منطق کی پیداوار 3.3V اور 0V کے طور پر حاصل کی جاتی ہے۔

اسی طرح نچلی سطح سے اعلی سطح کے تبادلوں کے دوران ، منطق کے ان پٹ کو 3.3V اور 0V کے درمیان ہوتا ہے جیسا کہ نیچے دیئے گئے GIF امیج میں دکھایا گیا ہے 5V اور 0V کے لاجک آؤٹ پٹ میں تبدیل ہوتا ہے۔

منطق کی سطح کنورٹر سرکٹ کام کرنا

ان دو شرائط کو پورا کرنے کے بعد ، سرکٹ تین ریاستوں میں کام کرتا ہے۔ ریاستوں کو ذیل میں بیان کیا گیا ہے۔

1. جب نچلی طرف منطق 1 یا اعلی حالت میں ہو (3.3V)۔
2. جب نچلی طرف منطق 0 یا کم حالت (0V) میں ہو۔
3. جب اعلی طرف ریاست کو 1 سے 0 یا اعلی سے نیچے (5V سے 0V) میں تبدیل کرتا ہے

جب نچلی طرف زیادہ ہو ، اس کا مطلب یہ ہوا کہ موزفائٹ کا ماخذ وولٹیج 3.3V ہے ، MOSFET عمل نہیں کرتا ہے کیونکہ MOSFET کے Vgs حد نقطہ حاصل نہیں ہوتا ہے۔ اس مقام پر MOSFET کا گیٹ 3.3V ہے اور MOSFET کا منبع بھی 3.3V ہے۔ لہذا ، Vgs 0V ہے۔ MOSFET آف ہے۔ منطق 1 یا لوئ سائیڈ ان پٹ کی اعلی حالت موزفائٹ کے نالے کی طرف فلک ریزسٹر R2 کے ذریعے 5V آؤٹ پٹ کے طور پر ظاہر کرتی ہے۔

اس صورتحال میں ، اگر MOSFET کے نچلے حصے نے اپنی حالت کو اونچائی سے کم میں تبدیل کیا ، MOSFET چلنا شروع کردیتا ہے۔ منبع 0 منطق میں ہے ، لہذا اعلی طرف بھی 0 ہو گیا۔

دو شرائط سے اوپر والے افراد کم وولٹیج منطق کی حالت کو کامیابی کے ساتھ ایک اعلی وولٹیج منطق کی حالت میں تبدیل کرتے ہیں۔

ایک اور کام کرنے والی حالت وہ ہوتی ہے جب موسفٹ کی اونچی سائیڈ اپنی ریاست کو اعلی سے نچلے حصے میں بدل دیتی ہے۔ یہ وہ وقت ہے جب ڈرین سبسٹریٹ ڈایڈڈ کرنا شروع ہوتا ہے۔ موزف ایٹ نیچے کو کم وولٹیج کی سطح تک کھینچ لیا جاتا ہے جب تک کہ Vgs حد نقطہ کو عبور نہ کردے۔ ایک ہی ولٹیج سطح پر کم اور ہائی ولٹیج سیکشن دونوں کی بس لائن کم ہوگئی۔

کنورٹر کی رفتار سوئچنگ

منطق کی سطح کے کنورٹر کو ڈیزائن کرتے وقت ایک اور اہم پیرامیٹر پر غور کرنا عبوری رفتار ہے۔ چونکہ زیادہ تر منطق کنورٹرس مواصلاتی بسوں جیسے یو ایسارٹ ، آئی 2 سی وغیرہ کے درمیان استعمال ہوں گے ، اس لئے یہ ضروری ہے کہ منطق کے کنورٹر میں تیزی سے (منتقلی کی رفتار) سوئچ کرنا ممکن ہو تاکہ مواصلات کی لائنوں کے مقابلہ کی شرح کے مطابق ہو۔

منتقلی کی رفتار MOSFET کی سوئچنگ رفتار کی طرح ہی ہے۔ لہذا ہمارے معاملے میں BS170 ڈیٹاشیٹ کے مطابق ، MOSFET کے ٹرن آن کا وقت اور MOSFET کا ٹرن آف وقت ذیل میں بتایا گیا ہے۔ لہذا آپ کے منطق کی سطح کے کنورٹر ڈیزائن کے لئے صحیح موسفٹ کا انتخاب کرنا ضروری ہے ۔

لہذا ہمارے موسفٹ کو آن کرنے کے لئے 10nS اور آف کرنے کیلئے 10nS کی ضرورت ہے ، مطلب یہ ایک سیکنڈ میں 10،00،000 بار آن اور آف ہوسکتا ہے۔ فرض کریں کہ ہماری مواصلات لائن (باڈ ریٹ) 115200 بٹس فی سیکنڈ کی رفتار سے چل رہی ہے ، پھر اس کا مطلب یہ ہے کہ یہ ایک سیکنڈ میں صرف 1،15،200 ہوجاتا ہے۔ لہذا ہم اپنے آلہ کو اعلی باؤڈ ریٹ مواصلات کے لئے بھی بہت اچھی طرح سے استعمال کرسکتے ہیں۔

اپنے منطق کنورٹر کی جانچ کر رہا ہے

سرکٹ کو جانچنے کے لئے درج ذیل اجزاء اور اوزار درکار ہیں۔

1. دو مختلف وولٹیج آؤٹ پٹ کے ساتھ بجلی کی فراہمی۔
2. دو ملٹی میٹر۔
3. دو سپرش سوئچ۔
4. کنکشن کے لئے کچھ تاروں۔

سرکٹ کو جانچنے کے لئے اسکیمیٹک میں ترمیم کی گئی ہے۔

مذکورہ بالا تدبیر میں ، دو اضافی سپرش سوئچ متعارف کرائے گئے ہیں۔ نیز ، منطق کی منتقلی کی جانچ کے ل. ایک ملٹی میٹر منسلک ہے۔ ایس ڈبلیو 1 کو دبانے سے ، موسفٹ کی نچلی طرف اپنی حالت کو اونچائی سے کم تک تبدیل کرتا ہے اور منطق کی سطح کا کنورٹر کم وولٹیج کے طور پر ہائی ولٹیج منطق کی سطح کنورٹر پر کام کر رہا ہے۔

دوسری طرف ، SW2 دبانے سے ، MOSFET کا اونچا پہلو اپنی حالت کو اونچائی سے کم تک تبدیل کرتا ہے اور منطق کی سطح کا کنورٹر ہائی ولٹیج کے طور پر کم وولٹیج منطق کی سطح کنورٹر پر کام کر رہا ہے۔

سرکٹ ایک روٹی بورڈ میں تعمیر کیا گیا ہے اور ٹیسٹ کیا گیا ہے۔

مذکورہ تصویر میں MOSFET کے دونوں اطراف میں منطق کی صورتحال دکھائی دے رہی ہے۔ دونوں منطق 1 ریاست میں ہیں۔

مکمل کام کرنے والی ویڈیو نیچے کی ویڈیو میں دیکھا جاسکتا ہے۔

منطق کی سطح کے کنورٹر کی حدود

سرکٹ میں یقینی طور پر کچھ حدود ہیں۔ حدود MOSFET کے انتخاب پر انتہائی انحصار کرتی ہیں ۔ زیادہ سے زیادہ وولٹیج اور ڈرین موجودہ اس سرکٹ میں استعمال کیا جا سکتا ہے MOSFET کی تصریح پر منحصر ہے. نیز ، کم از کم منطق وولٹیج 1.8V ہے۔ MOSFET کی Vgs حد کی وجہ سے 1.8V سے بھی کم منطق وولٹیج مناسب طریقے سے کام نہیں کرے گا۔ 1.8V سے کم وولٹیج کے ل dedicated ، منطق کی سطح کو تبدیل کرنے کے ل dedicated سرشار ہے

اہمیت اور درخواستیں

جیسا کہ تعارفی حصہ میں بحث کی گئی ہے ، ڈیجیٹل الیکٹرانکس میں غیر مطابقت پذیر وولٹیج کی سطح انٹرفیسنگ اور ڈیٹا منتقل کرنے میں ایک مسئلہ ہے۔ لہذا ، سرکٹری میں وولٹیج کی سطح سے متعلق غلطیوں پر قابو پانے کے لئے لیول کنورٹر یا لیول شفٹر کی ضرورت ہے۔

الیکٹرانکس مارکیٹ میں وسیع رینج منطق کی سطح کے سرکٹس کی دستیابی اور مختلف وولٹیج لیول مائکروکانٹرولرز کے ل Due ، لاجک لیول شفٹر میں ناقابل یقین استعمال کیس ہے۔ متعدد پردییوں اور میراثی آلات جو I2C ، UART ، یا آڈیو کوڈیک پر مبنی کام کرتے ہیں ، ان کو مائکرو قابو رکھنے والے کے ساتھ مواصلات کے مقاصد کے ل level لیول کنورٹرز کی ضرورت ہوتی ہے۔

مشہور منطق کی سطح کنورٹر آئی سی

منطق کی سطح میں تبدیلی کے ل manufacturers بہت سارے مینوفیکچر مربوط حل فراہم کرتے ہیں۔ ایک مشہور آئی سی MAX232 ہے ۔ یہ ایک انتہائی عام منطق کی سطح کنورٹرز آئی سی میں سے ایک ہے جو مائکروکونٹرولر منطق وولٹیج 5V کو 12V میں تبدیل کرتا ہے۔ RS232 پورٹ مائکرو قابو رکھنے والے کمپیوٹر کے مابین مواصلت کرنے کے لئے استعمال ہوتا ہے اور اسے +/- 12V کی ضرورت ہوتی ہے۔ ہم نے پہلے ہی کمپیوٹر کے ساتھ مائکرو قابو رکھنے والے کو انٹرفیس کرنے کے لئے پی آئی سی اور کچھ دوسرے مائکروکانٹرولرز کے ساتھ MAX232 استعمال کیا ہے۔

بہت کم وولٹیج سطح کے تبادلوں ، تبادلوں کی رفتار ، جگہ ، قیمت ، وغیرہ پر منحصر ہے ، مختلف ضروریات بھی موجود ہیں۔

ٹیکساس آلات کے ذریعہ SN74AX دو جہتی وولٹیج لیول کنورٹر کی ایک مقبول سیریز بھی ہے ۔ اس طبقہ میں بہت سارے آئی سی موجود ہیں جو اضافی خصوصیات کے ساتھ 4 بٹ سپلائی بس منتقلی کو ایک ہی پیش کرتا ہے۔

ایک اور مقبول دو جہتی منطق کی سطح کنورٹر آئی سی میکسم انٹیگریٹڈ سے MAX3394E ہے ۔ یہ MOSFET کا استعمال کرتے ہوئے ایک ہی تبادلوں کی ٹوپیولوجی کا استعمال کرتا ہے۔ پن آریگرام نیچے کی تصویر میں دیکھا جاسکتا ہے۔ کنورٹر علیحدہ قابل پن کی حمایت کرتا ہے جو مائکروکنٹرولرز کا استعمال کرتے ہوئے کنٹرول کیا جاسکتا ہے جو ایک اضافی خصوصیت ہے۔

مذکورہ داخلی تعمیر اسی MOSFET ٹوپولاجی کو دکھا رہی ہے لیکن پی چینل ترتیب کے ساتھ۔ اس میں اضافی اضافی خصوصیت ہے جیسے I / O اور VCC لائنوں پر 15kV ESD تحفظ ہے۔ عام منصوبے کو نیچے کی تصویر میں دیکھا جاسکتا ہے۔

مذکورہ بالا تدبیر ایک سرکٹ دکھا رہی ہے جو 1.8V منطق کی سطح کو 3.3V منطق کی سطح اور اس کے برعکس تبدیل کررہی ہے۔ سسٹم کنٹرولر جو کسی بھی مائکرو قابو پانے والا یونٹ ہوسکتا ہے وہ EN پن کو بھی کنٹرول کر رہا ہے۔

لہذا ، یہ سب کچھ دو جہتی منطق کی سطح کے تبادلوں کے سرکٹ اور کام کرنے کے بارے میں ہے۔