
【計】 three-state circuit; tristate circuit
三态電路(Tri-State Circuit)是數字電子系統中實現總線共享的核心技術,其輸出端具有高電平、低電平和高阻抗(Hi-Z)三種狀态。在中文技術文獻中常譯為"三态門"或"三态緩沖器",對應的英文術語為"Tri-State Buffer"或"Three-State Gate"。
從電路結構分析,三态電路在傳統邏輯門基礎上增加了使能控制端。當使能信號有效時,電路表現為标準邏輯門功能(輸出0或1);當使能無效時,輸出級MOS管同時關斷,形成兆歐級阻抗狀态。這種特性使得多個器件可以安全共享總線而不産生信號沖突,其電流關系可表示為: $$ I{out} = begin{cases} V{DD}/R{on} & text{高電平态} 0 & text{低電平态} V{bus}/R_{off} & text{高阻态(漏電流)} end{cases} $$
在計算機體系結構中,三态電路廣泛應用于内存控制器、I/O端口和總線仲裁器設計。例如PCI總線規範要求所有連接設備必須支持三态輸出,通過分時複用技術實現多設備通信。根據IEEE标準74123,典型三态門的傳輸延遲應小于7ns,靜态功耗低于50μW。
該技術最早由美國Signetics公司于1968年在其54/74系列邏輯器件中實現商業化應用,現已成為VLSI設計的基礎構件。在CMOS工藝中,三态電路通常采用傳輸門結構實現,其導通電阻與工藝特征尺寸成反比,現代7nm工藝下可達到200Ω以下的導通阻抗。
三态電路是一種特殊的數字邏輯電路,其輸出可呈現三種狀态:邏輯0、邏輯1和高阻态。以下是詳細解釋:
三态電路通過引入高阻态,解決了多設備共享信號線時的沖突問題,是數字系統中總線架構和複雜接口設計的關鍵組件。
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