Выход с тремя состояниями (англ. tri-state output, high-impedance state) — это тип цифрового вывода, способный находиться в одном из трёх логических состояний: логический «0» (низкий уровень), логический «1» (высокий уровень) и третье, высокоимпедансное состояние (high-Z). В состоянии high-Z выходной каскад отключается от внутренней схемы и внешней шины, что предотвращает влияние устройства на сигнал в линии. Эта функция является базовым элементом для построения шинных архитектур (bus architecture) в цифровых системах.
Принцип работы и управление
Перевод вывода в третье состояние осуществляется с помощью отдельного управляющего сигнала, часто обозначаемого как OE (Output Enable) или ~OE. При активном уровне на этом входе выход работает в обычном режиме (логический 0 или 1). При неактивном — выходные транзисторы закрываются, переходя в состояние с высоким выходным сопротивлением, что эквивалентно «отсоединению» вывода от цепи. Требования к временным параметрам переключения между состояниями, включая время отключения (disable time), определяются в технических условиях на микросхемы.
Значение для проектирования и производства печатных плат
При проектировании печатных плат с общей шиной (например, данных или адреса) корректное управление выходами с тремя состояниями — необходимое условие работоспособности узла. Ошибка в разводке сигналов управления OE может привести к конфликту на шине (bus contention), когда несколько активных устройств пытаются установить на ней разные уровни, вызывая повышенное потребление тока, перегрев и логические сбои. При трассировке таких шин учитывают вопросы целостности сигнала (signal integrity).
Контроль при сборке и тестировании
В процессе производства электроники проверка функции третьего состояния является частью функционального (functional test) и внутрисхемного тестирования (in-circuit test, ICT). Тестовое оборудование проверяет способность вывода переходить в высокоимпедансный режим и корректно «освобождать» шину.
Неисправность, при которой вывод «залипает» в активном состоянии (stuck-at fault) или не переходит в high-Z, указывает на возможный дефект пайки, брак микросхемы или ошибку в управляющей логике. Такие проверки регламентируются стандартами на испытания для полупроводниковых приборов.
Источники: IPC-T-50 «Terms and Definitions for Interconnecting and Packaging Electronic Circuits», технические условия на цифровые интегральные микросхемы (серии ТТЛ, КМОП), ГОСТ Р МЭК 60748-1-2013 «Полупроводниковые приборы. Интегральные микросхемы. Часть 1», ГОСТ Р МЭК 60194-2-2019