Высокоимпедансное состояние

Высокоимпедансное состояние или Z-состояние — такое состояние контакта логической схемы, при котором сопротивление между этим контактом и остальной схемой очень велико. Физически реализуется закрытым транзистором, работающим в ключевом режиме.

Вывод, переведённый в Z-состояние, ведёт себя как не подключенный к схеме. Внешние устройства, подключенные к этому выводу, могут изменять напряжение на нём по своему усмотрению (в некоторых рамках), не влияя на работу схемы. И наоборот — схема не мешает внешним устройствам менять напряжение на контакте.

Потребность

В цифровой электронике существуют понятия «логическая единица» (контакт присоединён к источнику питания и может выдавать в нагрузку большой ток, порядка сотен миллиампер) и «логический ноль» (контакт присоединён к «земле», 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 подключённый к нему провод, следовательно к одному проводу можно подключать несколько выходов, нужно только следить, чтобы в каждый момент времени только один был активным, а остальные в высокоимпедансном состоянии. Получается соединение типа «шина».

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

Применение

Z-состояние 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: если интерфейс SPI настроен как подчинённый, он будет находиться в состоянии ожидания до тех пор, пока на выводе SS будет присутствовать высокий уровень, при этом линия MISO будет находиться в высокоимпедансном состоянии.

См. также

• Трёхзначная логика.