Open collector: differenze tra le versioni

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[[File:OpencollectorV3.png|thumb|Uno schema semplificato di un (open) collector esternalizzato di un circuito integrato (IC).]]

Un '''open collector''' (collettore aperto), è un tipo di [[porta logica]] avente come uscita fisica, il collettore del [[Transistor a giunzione bipolare|BJT]] costituente l'ultimo stadio del suo circuito.

Questo tipo di porta viene utilizzato quando si ha la necessità di pilotare dei dispositivi che richiedono una corrente maggiore e valori di tensione di alimentazione diversa rispetto a quella del dispositivo logico di pilotaggio.

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==Funzionamento==

Nella figura di cui sopra, la base del transistor è chiamata “IC Output”, cioè uscita del [[circuito integrato]]. Questa è un'uscita interna proveniente dal circuito logico interno. Dal punto di vista del transistor questo è l'ingresso che controlla la sua commutazione. L'uscita esterna viene presa sul collettore del transistor e quest'ultimo agisce come interfaccia tra l'IC interno e la circuiteria esterna.

L'uscita essenzialmente lavora o come un circuito aperto, (cioè connesso a nulla), o come connesso a massa. Solitamente si trova all'uscita si trova una resistenza di [[Resistenza pull-up|pull-up]], lache qualefa aumentasalire la tensione d'uscita quando il transistor viene spento. Quando il transistor connesso a questa resistenza viene acceso, l'uscita viene forzatava al valore 0, essendo connessa a massa. GliLe outputuscite dei circuiti open-collector sono molto utili nelle operazioni analogiche matematiche, ma non ci occuperemo qui di tali applicazioni.

Nella figura di cui sopra, la base del transistor è chiamata “IC Output”, cioè uscita del circuito integrato. Questa è un'uscita interna proveniente dal circuito logico interno. Dal punto di vista del transistor questo è l'ingresso che controlla la sua commutazione. L'uscita esterna viene presa sul collettore del transistor e quest'ultimo agisce come interfaccia tra l'IC interno e la circuiteria esterna.

Un dispositivo [[three-state]] è differente da un open-collector poiché composto da transistor che funzionano da pozzi e da sorgenti di corrente in entrambi gli stati logici, oltre a un controllo che permette di spegnere entrambi i transistor ede isolare l'uscita.

L'uscita essenzialmente lavora o come un circuito aperto (cioè connesso a nulla) o come connesso a massa. Solitamente si trova all'uscita una resistenza di [[Resistenza pull-up|pull-up]], la quale aumenta la tensione d'uscita quando il transistor viene spento. Quando il transistor connesso a questa resistenza viene acceso, l'uscita viene forzata al valore 0. Gli output dei circuiti open-collector sono molto utili nelle operazioni analogiche matematiche, ma non ci occuperemo qui di tali applicazioni.

Un dispositivo [[three-state]] è differente da un open-collector poiché composto da transistor che funzionano da pozzi e da sorgenti di corrente in entrambi gli stati logici, oltre a un controllo che permette di spegnere entrambi i transistor ed isolare l'uscita.

==Applicazioni dei dispositivi open-collector==

Poiché le resistenze di pull-up non necessitano di connessione all'alimentazione interna, all'uscita può essere usata una qualunque tensione piùentro altai olimiti più bassa all'uscita indi basesicurezza alledel esigenzedispositivo. I circuiti open-collector sonopermettono pertanto usati perdi interfacciare differenti famiglie di dispositivi che hanno differenti valori di tensione di funzionamento, inoltree puòpossono resistere anche asopportare tensioni superiori a quelle di alimentazione. TaliQuesti dispositivi sono comunemente usati per pilotare altri dispositivi come i tubi [[Nixie]] e il [[Display fluorescente a vuoto]], che richiedono alte tensioni di alimentazione rispetto alla tensione nominale di 5 volt.

Un altro vantaggio riguardaè il fatto che le uscite di più dispositivi open-collector possono essere connesse ada una singola linea elettrica. Se tuttitutte glile outputuscite connessiconnesse alla linea sonosi adtrovano nello stato di alta impedenza (cioè tutti i transistor di uscita sono spenti), la resistenza esterna di pull-up manterràmantiene illa collegamentolinea al livello logico alto (livello 1). Se anche solo una o piùdelle uscite sonosi trova invece al livello logico basso (livello 0), essila assorbirannolinea correnterisulta edunque porteranno la tensione della lineaconnessa a massa (cioèe tensionenella nulla).resistenza Questedi connessionipull-up logicheo cablatenel hannocarico svariatiscorre usicorrente.

Un'altraQuesto applicazionetipo di collegamento si presta a diversi utilizzi. I dispositivi dell'open-collector èsono, lainfatti, connessionespesso diutilizzati diversiper collegare più dispositivi ala un'unica linea di interrupt o a un bus. Questocondiviso, come quello I²C; in effetti, l'open-collector permette ad unogni singolo dispositivo connesso al bus condiviso di pilotare il bus stesso, senza interferenzerischiare provenientiche dale uscite inattive degli altri dispositivi, infattipossano seinterferire con il segnale logico basso presentato dal dispositivo pilotante stesso. Se, in un caso del genere, non si utilizzassero dispositivi open-collector non(che, stanormalmente, funzionandopresentano un'uscita logica a livello logico alto), le uscite degli altridei dispositivi in quel momento inattivi avrebberointerferirebbero potutocol portaresegnale ladi tensioneuscita a livello basso del busdispositivo alpilotante cercando di mantenere il livello del bus alto, causando cosìdunque un'uscitauno stato logico finale imprevedibile.

Tramite la connessione delle uscite di più open-collector assieme, il nodo comune forma le così dettecosiddette porte “AND cablato” (in logica positiva) o “OR cablato” (in logica negativa). Una porta AND cablata in logica positiva si comporta come la normale funzione booleana AND di due (o più) porte, essapertanto saràl'uscita è allo stato logico 1 purché[[se e solo se]] tutti gli ingressi sianosono ala livello logico 1,; 0diversamente altrimentil'uscita è allo stato logico 0. Una porta OR cablata in logica negativa si comporta anch'essa come una normale OR in logica negativa: l'uscita è bassa se ogniuno ingressoqualsiasi degli ingressi è basso.

I dispositivi [[SCSI]]-1 usano un open-collector per i segnali elettrici.<ref>{{Cita web| titolo=Overview of SCSI Standards & Cables| url=http://www.scsita.org/terms/SCSI_Overview.html| urlmorto=sì| urlarchivio=https://web.archive.org/web/20081210084819/http://www.scsita.org/terms/SCSI_Overview.html| dataarchivio=10 dicembre 2008}} 081214 scsita.org</ref> SCSI-2 and SCSI-3 possono usare il [[EIA-485]].

Un problema degli open-collector riguarda il consumo di energia, essipoiché infattila tendonoresistenza adi richiederepull-up elevatidissipa valoripotenza diogniqualvolta correntel'uscita si minimatrova peral unlivello correttologico funzionamentobasso; inoltre, anche nel caso in cui sianosi trovino nello stato 'off' spesso, sono spesso caratterizzati da qualche nano ampernanoampere di corrente di dispersione (la quantità esatta varia ain secondafunzione della temperatura).

[[Image:Logic bus example - with pull-up resistor.png|right|frame|Circuiti active-low wired-OR / active-high wired-AND che usano porte open-drain.]]

==MOSFET==

La controparte [[MOSFET]] dell'open-collector è la connessione a open-drain. Le uscite open-drain possono risultare utili, come l'open-collector, nelle implementazioni tramite [[elettronica analogica]] di operazioni matematiche. Un terminale di drain aperto viene connesso a massa quando un valore di tensione alto (livello 1) viene applicato al gate, presenta ancora un'alta impedenza quando viene invece applicato al gate un basso valore di tensione (livello 0). L'alta impedenza èrende dovutal'uscita alflottante fatto(floating), che il terminale èovvero a una tensione non definita (floating), cosìquindi talequesto dispositivo necessita di una resistenza di pull-up esterna connessa all'alimentazione positiva (livello 1), in modo cheper forniscagarantire il livello logico 1 all'uscita.

Si noti che iI dispositivi microelettronici che usano segnali a drain aperto, (come i microcontrollori) , possono fornirepresentare una resistenza “interna” di weakleggero pull-up (leggera, piccola)weak pull-up) per connettere il terminale in questione con l'alimentazione positiva, come la V_dd, del dispositivo. TaleQuesta resistenza di weak pull-up, spesso dell'ordine dei 100 kΩ, riducee ilfa consumoin dimodo potenzache prendendoil comevalore segnalidella tensione in ingresso quelli float, cioè quelli cheuscita non hannosia una tensione ben definitaflottante. Resistenze esterne di pull-up, (dell'ordine deidi 3 kΩ), sono in grado di ridurre il tempo di salita di un segnale, (come nel caso di [[I²C]]), oe perdi minimizzare il rumore, (come sui sistemi dei reset degli ingressi). LeIn molti dispositivi le resistenze di pull-up interne possono sovente essere disabilitate neiqualora casisi inusassero cuiresistenze ve ne sia una esterna,esterne o nel caso in cuisemplicemente non risultasse semplicementefossero necessarianecessarie.

La controparte [[MOSFET]] dell'open-collector è la connessione a open-drain. Le uscite open-drain possono risultare utili, come l'open-collector, nelle implementazioni tramite elettronica analogica di operazioni matematiche. Un terminale di drain aperto viene connesso a massa quando un valore di tensione alto (livello 1) viene applicato al gate, presenta ancora un'alta impedenza quando viene invece applicato al gate un basso valore di tensione (livello 0). L'alta impedenza è dovuta al fatto che il terminale è a una tensione non definita (floating), così tale dispositivo necessita di una resistenza di pull-up esterna connessa all'alimentazione positiva (livello 1), in modo che fornisca il livello logico 1 all'uscita.

Si noti che i dispositivi microelettronici che usano segnali a drain aperto (come i microcontrollori) possono fornire una resistenza “interna” di weak (leggera, piccola) pull-up per connettere il terminale in questione con l'alimentazione positiva, come la V_dd, del dispositivo. Tale resistenza weak pull-up, spesso dell'ordine dei 100 kΩ, riduce il consumo di potenza prendendo come segnali in ingresso quelli float, cioè quelli che non hanno una tensione ben definita. Resistenze esterne di pull-up (dell'ordine dei 3 kΩ) sono in grado di ridurre il tempo di salita di un segnale (come nel caso di [[I²C]]) o per minimizzare il rumore (come sui sistemi dei reset degli ingressi). Le resistenze di pull-up interne possono sovente essere disabilitate nei casi in cui ve ne sia una esterna, o nel caso in cui non risultasse semplicemente necessaria.

== Note ==

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== Collegamenti esterni ==

* {{Cita web | titolo=Open Collector Outputs | url=http://www.acroname.com/robotics/info/concepts/opn_clct.html }}

* {{Cita web | titolo=Chapter 4: Circuits | sito=Honeywell Solid State Technical Documentation (broken link) | url=http://content.honeywell.com/sensing/prodinfo/solidstate/technical/mr_chapter4.pdf | urlmorto=sì | urlarchivio=https://web.archive.org/web/20070930043807/http://content.honeywell.com/sensing/prodinfo/solidstate/technical/mr_chapter4.pdf | dataarchivio=30 settembre 2007 }}

* {{Cita libro | nome=Paul | cognome=Horowitz | coautori=Winfield Hill | titolo=The Art of Electronics | url=https://archive.org/details/artofelectronics0000horo | editore=Cambridge University Press |anno=1989 |edizione=Second Edition }}

* {{cita web|url=http://www.wisc-online.com/objects/index_tj.asp?objID=DIG3203|titolo=The Open-Collector Logic Device|autore=Terry Bartelt}}

{{Portale|Elettronica|elettrotecnica}}

[[Categoria:Elettronica digitale]]