En electrónica digital, un búfer de tres estados o de tres estados es un tipo de búfer digital que tiene tres estados estables: un estado de salida alta, un estado de salida baja y un estado de alta impedancia . En el estado de alta impedancia, la salida del búfer se desconecta del bus de salida, lo que permite que otros dispositivos controlen el bus sin interferencia del búfer de tres estados. Esto puede resultar útil en situaciones en las que varios dispositivos están conectados al mismo bus y necesitan turnarse para acceder a él. Los sistemas que implementan lógica de tres estados en su bus se conocen como bus de tres estados o bus de tres estados .
Los buffers de tres estados se usan comúnmente en sistemas basados en bus, donde varios dispositivos están conectados al mismo bus y necesitan compartirlo. Por ejemplo, en un sistema informático, se pueden conectar varios dispositivos, como la CPU, la memoria y los periféricos, al mismo bus de datos. Para garantizar que solo un dispositivo pueda transmitir datos en el bus a la vez, cada dispositivo está equipado con un búfer de tres estados. Cuando un dispositivo quiere transmitir datos, activa su buffer de tres estados, que conecta su salida al bus y le permite transmitir datos. Cuando se completa la transmisión, el dispositivo desactiva su buffer de tres estados, lo que desconecta su salida del bus y permite que otro dispositivo acceda al bus.
Los buffers de tres estados se pueden implementar mediante puertas, flip-flops u otros circuitos lógicos digitales. Son útiles para reducir la diafonía y el ruido en un bus y para permitir que varios dispositivos compartan el mismo bus sin interferencias.
El concepto básico del tercer estado, alta impedancia (Hi-Z), es eliminar eficazmente la influencia del dispositivo del resto del circuito. Si más de un dispositivo está conectado eléctricamente a otro dispositivo, a menudo se usa poner una salida en el estado Hi-Z para evitar cortocircuitos, o que un dispositivo funcione en estado alto (1 lógico) contra otro dispositivo en estado bajo (0 lógico).
También se pueden utilizar buffers de tres estados para implementar multiplexores eficientes , especialmente aquellos con una gran cantidad de entradas. [1]
Los buffers de tres estados son esenciales para el funcionamiento de un bus electrónico compartido .
La lógica de tres estados puede reducir la cantidad de cables necesarios para controlar un conjunto de LED (multiplexación de tres estados o Charlieplexing ).
Muchos dispositivos de memoria diseñados para conectarse a un bus (como los chips RAM y ROM) tienen pines CS ( selección de chip ) y OE (habilitación de salida), que superficialmente parecen hacer lo mismo. Si no se afirma CS , las salidas son de alta impedancia.
La diferencia radica en el tiempo necesario para emitir la señal. Cuando se desactiva la selección de chip, el chip no funciona internamente y habrá un retraso significativo entre el suministro de una dirección y la recepción de los datos. (Una ventaja, por supuesto, es que en este caso el chip consume una energía mínima).
Cuando se afirma la selección de chip, el chip realiza el acceso internamente y solo se desactivan los controladores de salida finales al desactivar la habilitación de salida. Esto se puede hacer mientras el bus está en uso para otros fines, y cuando finalmente se activa la salida, los datos aparecerán con un retraso mínimo. Un chip ROM o RAM estática con una línea de habilitación de salida generalmente mostrará dos tiempos de acceso: uno desde la selección del chip afirmada y la dirección válida, y un segundo tiempo más corto que comienza cuando se afirma la habilitación de salida.
Cuando las salidas tienen tres estados (en el estado Hi-Z), se elimina su influencia sobre el resto del circuito y el nodo del circuito estará "flotante" si ningún otro elemento del circuito determina su estado. Los diseñadores de circuitos suelen utilizar resistencias pull-up o pull-down (generalmente dentro del rango de 1 a 100 kΩ) para influir en el circuito cuando la salida es de tres estados.
El bus local PCI proporciona resistencias pull-up, pero requerirían varios ciclos de reloj para elevar una señal dada la gran capacitancia distribuida del bus . Para permitir la operación de alta velocidad, el protocolo requiere que cada dispositivo que se conecte al bus active las señales de control importantes durante al menos un ciclo de reloj antes de pasar al estado Hi-Z. De esta forma, las resistencias pull-up solo se encargan de mantener las señales del bus ante una corriente de fuga .
Intel se refiere a esta convención como "tri-estado sostenido" y también la utiliza en el bus Low Pin Count .
La entrada/salida de colector abierto es una alternativa popular a la lógica de tres estados. Por ejemplo, el protocolo de bus I²C (un protocolo de bus de comunicación bidireccional que se utiliza a menudo entre dispositivos) especifica el uso de resistencias pull-up en las dos líneas de comunicación. Cuando los dispositivos están inactivos, "liberan" las líneas de comunicación y triplican sus salidas, eliminando así su influencia en el circuito. Cuando todos los dispositivos del bus han "liberado" las líneas de comunicación, la única influencia en el circuito son las resistencias pull-up, que elevan las líneas. Cuando un dispositivo quiere comunicarse, sale del estado Hi-Z y baja la línea. Los dispositivos que se comunican utilizando este protocolo dejan que la línea flote hacia arriba o hacia abajo, evitando así cualquier situación de contención de bus en la que un dispositivo conduce una línea hacia arriba y otro hacia abajo.
Los primeros microcontroladores a menudo tenían algunos pines que solo podían actuar como entrada, otros pines que solo podían actuar como salida push-pull y algunos pines que solo podían actuar como entrada/salida de colector abierto . Un microcontrolador moderno típico tiene muchos pines de entrada/salida de uso general de tres estados que pueden programarse para actuar como cualquiera de esos tipos de pines.
Por lo general, se utiliza un bus de tres estados entre chips en una sola placa de circuito impreso (PCB) o, a veces, entre PCB conectadas a una placa posterior común .
No se recomienda el uso de lógica de tres estados para conexiones en chip, sino más bien para conexiones entre chips. [2]
Los buffers de tres estados, cuando se usan para permitir que múltiples dispositivos se comuniquen en un bus de datos , pueden ser reemplazados funcionalmente por un multiplexor . [3] Eso ayudará a seleccionar la salida de una variedad de dispositivos y escribir una en el bus.