Элементы транзисторных логик: схемы, ТТЛ, ТТЛШ, КМОП


ВНИМАНИЕ! По последним данных от надежного источника стало известно, что не только TTL является причиной блокировки мобильного интернета. Если же вам нужна информация по ТТЛ для роутеров, и на что данный протокол влияет, то смотрите последнюю главу.

Всем доброго времени суток! Скорее всего ты зашел сюда для того, чтобы обойти блокировку мобильного оператора. Ведь с помощью именно TTL данные компании ловят за руку абонентов, который включили на своем телефоне режим точки доступа. Что такое TTL? Time To Live – это время жизни пакета во вселенной IP адресации.

Когда пользователь включает режим модема или точки доступа, то телефон начинает раздавать Wi-Fi вместе с интернетом. При подключении компьютера, ноутбука, телевизора, приставки или другого телефона (планшета) провайдер именно за счет TTL и понимает, что идет раздача интернета на другое устройство.

На данный момент этим грешат такие операторы как МТС, Билайн, YOTA, Теле2 и другие. Насколько я помню, только у Мегафона ограничения пока нет, но я могу ошибаться – поправьте меня в комментариях, если я не прав. Далее я расскажу, как узнать значение TTL, как его поменять и как обойти блокировку. Начнем с теории – советую её прочесть, чтобы вам в дальнейшем было все понятно.

Что такое TTL?

TTL – это аббревиатура от «Time To Live» (с англ. — «время жизни»), и обычно этим термином обозначается время жизни сетевого пакета. В популярном сетевом протоколе IPv4 значение ТТЛ указывает на максимальное количество переходов (hop), которые может совершить данный сетевой пакет из одной точки сети в другую.

С выполнением каждого такого перехода количество ТТЛ уменьшается на единицу. Когда значение ТТЛ станет нулевым, то роутер, получивший такой пакет, отправляет его назад к начальному хосту с сообщением «Internet Control Message Protocol» (ICMP). Получив такое сообщение, начальный хост обычно должен будет переслать данный пакет.

Целью создания ТТЛ является препятствование бесконечному зацикливанию недоставленных в нужное место пакетов, что ведёт к перегрузке сети и сбоям в её работе.

Базовое значение ТТЛ может быть установлено в границах от 1 до 255. Обычно в ОС Виндовс это количество по умолчанию составляет 128 единиц, а на мобильных девайсах (Андроид и iOS) – 64 единицы.

В коммуникации между единичным отправителем и множеством получателей (multicast) параметр ТТЛ контролируют рамки, в которых пакет может перенаправлен (forwarded).

ЗначениеОписание
0ограничивается одинаковым хостом
1ограничивается одинаковой подсетью (subnet)
32ограничивается одинаковым сайтом
64ограничивается одинаковым регионом
128ограничивается одинаковым континентом
255ничем не ограничен

Основы электроакустики

Характерной особенностью ТТЛ являются многоэмиттерные транзисторы. Эти транзисторы сконструированы таким образом, что не оказывают влияния друг на друга. Каждому эмиттеру соответствует свой p-n-переход. В первом приближении многоэмиттерный транзистор может моделироваться схемой на диодах (пунктир на рис. 18.8), в этом случае он работает как схема диодно-транзисторной логики И-НЕ.

К достоинствам ТТЛ-логики можно отнести: высокое быстродействие (10 нс), надежность, радиационную стойкость.

Недостатками являются: наличие резисторов, большая площадь на кристалле, большая потребляемая мощность, наличие паразитных транзисторов.

Рис. 18.8. Схема ТТЛ-элемента с простым инвертором, выполняющая логическую операцию И-НЕ

Из анализа схемы можно сделать вывод, что если на один из входов или на оба входа подать низкий уровень напряжения, то ток базы транзистора VT2 будет равен нулю, и на коллекторе транзистора VT2 будет высокий уровень напряжения. Если на оба входа подать высокий уровень напряжения, то через базу VT2 транзистора будет протекать большой базовый ток и на коллекторе транзистора VT2 будет низкий уровень напряжения, т. е. данный элемент реализует функцию И-НЕ.

Базовый элемент ТТЛ содержит многоэмиттерный транзистор, выполняющий логическую операцию И-НЕ, и сложный инвертор (рис.18.9).

Рис. 18.9. Базовый элемент ТТЛ со сложным инвертором, выполняющий логическую операцию И-НЕ

Если на один или оба входа одновременно подан низкий уровень напряжения, то многоэмиттерный транзистор находится в состоянии насыщения и транзистор VT2закрыт, а, следовательно, закрыти транзистор VT4, т. е. на выходе будет высокий уровень напряжения. Если на обоих входах одновременно действует высокий уровень напряжения, то транзистор VT2открывается и входит в режим насыщения, что приводит к открытию и насыщению транзистора VT4и запиранию транзистора VT3, т. е. реализуется функция И-НЕ.

Элементы с тремя состояниями и с открытым коллектором. Вентили ТТЛ и КМОП имеют двухтактные выходные схемы: ВЫСОКИЙ или НИЗКИЙ уровень подается на выход через открытый биполярный или МОП-транзистор. Такую схему, которая носит название активной нагрузки, а в ТТЛ называется также столбовым выходом, используют почти все логические элементы. Эта схема обеспечивает низкое выходное сопротивление в обоих состояниях, имеет малое время переключения и обладает более высокой помехоустойчивостью по сравнению с одиночным транзистором, который использует в качестве коллекторной нагрузки пассивный резистор.

В случае КМОП применение активного выхода, помимо всего прочего, позволяет понизить рассеиваемую мощность. Однако существует ряд ситуаций, при которых активный выход, оказывается неудобным.

В качестве примера представим себе вычислительную систему, в которой должны обмениваться данными несколько функциональных блоков. Центральный процессор (ЦП), память, а также различные периферийные устройства должны иметь возможность передавать и принимать 16-разрядные слова, и было бы, мягко говоря, неудобно использовать для соединения каждого устройства с каждым индивидуальный 16-жильный кабель.

Для решения этой проблемы используется так называемая шина (или магистраль) данных (databus), т. е. один 16-жильный кабель, доступный для всех устройств. Такая структура аналогична телефонному каналу коллективного пользования: в каждый момент времени «говорить» («передавать данные») может только одно устройство, а остальные могут только «слушать» («принимать данные»). При использовании шинной системы необходимо иметь соглашение о том, кому разрешено «говорить». В связи с этим употребляются такие термины, как «арбитр шины», «ведущее устройство» и «устройство управления шиной».

Для возбуждения шины нельзя использовать вентили (или другие схемы) с активным выходом, поскольку их нельзя отключить от общих информационных линий (в любой момент времени выходы устройств, подключенные к шине, будут находиться в состоянии ВЫСОКОГО или НИЗКОГО уровня). Для этого случая необходим вентиль, выход которого может находиться в «обрыве», т. е. быть «открытым». Такие устройства выпускаются промышленностью и имеют две разновидности, которые носят названия «элементов с тремя состояниями»и «элементов с открытым коллектором». Начнем с рассмотрения последних, подразумевая, что все сказанное применимо также и к элементам с тремя состояниями.

В выходной схеме вентиля с открытым коллектором отсутствует транзистор, являющийся активной нагрузкой (рис. 18.10).

Рис. 18.10. ТТЛ вентиль с открытым коллектором
При использовании таких элементов внешний нагрузочный резистор можно подключить к любому источнику. Величина этого резистора не является критичной: при малых значениях резистора обеспечиваются повышенные быстродействия и помехоустойчивость, однако повышаются рассеиваемая мощность и нагрузочный ток выходного каскада. Для ТТЛ типичные значения лежат в пределах от нескольких сотен до нескольких тысяч Ом. Как мы вскоре покажем, все, что далее будет говориться о вентилях с открытым коллектором, относится также и к вентилям с тремя состояниями.

Иногда возникает необходимость логического объединения выходов очень большого числа элементов. Например, для объединения 20 выходов потребовалось бы использовать логический элемент с 20 входами и вести к нему 20 отдельных проводов. Этого можно избежать, используя логические элементы с открытым коллектором. В качестве выходного каскада они содержат, как показано на рисунке 18.10, n-р-n

-транзистор, эмиттер которого соединен с общей точкой. Выходы таких систем, в отличие от обычно используемых двухтактных выходных каскадов, могут подключаться к одному общему коллекторному резистору параллельно друг другу.

Выходное напряжение имеет высокий уровень только тогда, когда все выходные транзисторы элементов заперты, следовательно, здесь реализуется функция ИЛИ. Так как логическая связь организуется с помощью внешнего монтажа, такое соединение условно называется «монтажное ИЛИ»

.

Другим применением схем с открытым коллектором является управление внешней нагрузкой, которая должна подключаться к источнику положительного напряжения, превышающего напряжение питания ИМС. Может, частности, потребоваться включить маломощную 12-вольтовую лампочку или сформировать перепад логических уровней напряжения 15 В с помощью резистора, установленного между выходом вентиля и источником +15 В (рис. 18.12).

Рисунок 18.11 Реализация функции «монтажное ИЛИ»

Однако такая схема имеет существенный недостаток: переход в высокоомное (единичное) состояние из-за паразитных емкостей происходит всегда медленнее, чем в низкоомное (нулевое). Поэтому вместо элементов с открытым коллектором лучше использовать элементы с трехстабильным
выходом
. Они содержат обычный двухтактный выходной каскад, который, однако, может быть переведен в особое высокоомноесостояние (
высокоимпедансное состояние
или
обрыв
). Для управления выходным каскадом служит специальный вывод – разрешение выдачи данных.

Рис. 18.12. Подключение вентиля с открытым коллектором к источнику 15В

Соответствующая схема ТТЛ представлена на рис. 18.13.


Рис. 18.13. Трехстабильный ТТЛ вентиль

Если уровень управляющего напряжения UE

низкий, запираются обатранзистора и
.
При высоком уровне
UE
получим обычную логическую связь И-НЕ между входными сигналами и
.
Аналогичным образом можно перевести в высокоомное (безразличное) состояние и трехстабильный элемент КМОП.

Как мобильный оператор узнаёт о подключении других устройств

Мобильный оператор постоянно считывает значение ТТЛ, идущее от абонента. Если к раздающему интернет телефону подключаются другие устройства, то значение показателя у раздающего и подключённых девайсов будет разным. Оператор фиксирует это несоответствие, и налагает на абонента штраф (дополнительный платёж).

Чтобы воспрепятствовать этому, необходимо установить одно и то же значение как у раздающего девайса, так и у подключённых к нему устройств.

Микросхемы ТТЛШ

Микросхемы ТТЛШ серии К555 характеризуются следующими параметрами:

  • напряжение питания +5 В;
  • выходное напряжение низкого уровня — не более 0,4 В;
  • выходное напряжение высокого уровня — не менее 2,5 В;
  • помехоустойчивость — не менее 0,3 В;
  • среднее время задержки распространения сигнала — 20 нс;
  • максимальная рабочая частота — 25 МГц.

Васильев Дмитрий Петрович

Профессор электротехники СПбГПУ

Задать вопрос

Микросхемы ТТЛШ обычно совместимы по логическим уровням, помехоустойчивости и напряжению питания с микросхемами ТТЛ. Время задержки распространения сигнала элементов ТТЛШ в среднем в два раза меньше по сравнению с аналогичными элементами ТТЛ.

Изменение ТТЛ на ПК

Разберём способы смены времени жизни пакета данных на ПК и мобильных гаджетах.

Чтобы мобильный оператор не засёк изменение ТТЛ, необходимо на подключаемом к мобильному девайсу ПК выставить его значение большее на единицу. Например, поскольку ваш раздающий смартфон имеет значение 64, то нам будет необходимо установить на ПК показатель на единицу больше, то есть 65. При переходе с ПК на смартфон одна единица от показателя ТТЛ будет отниматься, и на выходе мобильный оператор будет получать вполне благопристойное значение 64.

Внесём необходимые изменения в системный реестр. Для этого нажмите Win+R, в открывшейся панели введите regedit и нажмите ввод. В открывшемся окне реестра перейдите по пути:

Изменения в реестре

Здесь наведите курсор на пустую панель справа, нажмите правую клавишу мышки, и выберите «Создать». Далее выберите «Параметр DWORD (32 бита)» для 32-разрядной Виндовс, или «Параметр QWORD (64 бита)» для 64-разрядной Виндовс. Даём имя параметру «DefaultTTL», и устанавливаем его значение 65 в десятичной системе счисления. Перезагружаем наш PC.

Чтобы после перезагрузки узнать, изменился ли показатель TTL, необходимо вновь нажать на Win+R, а затем ввести там cmd.

В открывшемся окне набрать:

Ping 127.0.0.1

Будем осуществлён обмен сетевыми пакетами, и вы сможете наглядно увидеть, каково сейчас значение ТТЛ на вашем ПК.


Установите значение ТТЛ

Это нужно знать: что за формат exFat?

Приведение TTL к единому значению для обхода ограничений оператора

  • Можно привести TTL к единому значению 63, поменяв его на раздающем телефоне и на принимающем компьютере. Это изменение TTL без фиксации.


Изменение TTL раздающего телефона и принимающего устройства

  • Можно ничего не менять на принимающих устройствах, но «заставить» раздающий телефон всегда отправлять оператору пакеты с TTL=63, независимо от того, откуда они: с самого раздающего телефона или с принимающего устройства (компьютера или телефона). Это фиксация TTL.


Фиксация TTL
Вторая схема удобнее, но она пригодна не для всех телефонов.

Итак, мы рассмотрели, что такое TTL, и зачем его нужно менять. Как именно изменить TTL требует рассмотрения в отдельной статье. Как изменить TTL на Windows.

Устанавливаем нужное значение TTL на Андроид и iOS

Чтобы изменить время жизни пакета данных на гаджетах воспользуемся специальными мобильными приложениями, позволяющими установить нужное значение данного показателя за несколько секунд. К примеру, на ОС «Андроид» это «TTL Master», «Change TTL» (обе для своей работы требуют рут-прав).

В случае iOS для изменения значения ТТЛ просто наберите в терминале:

Вместо 65 при необходимости введите любой нужный вам показатель.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Для любых предложений по сайту: [email protected]