Оценивается наибольшим напряжением статической помехи Uпом, действующей на входе, которое не вызывает ложного переключения элемента из 1 в 0, или наоборот.
Статическими принято называть помехи, величина которых остается постоянной в течение времени, значительно превышающего длительность переходных процессов в схеме. Причиной появления таких помех в большинстве случаев является падение напряжения на проводниках, соединяющих микросхемы в устройстве. Наиболее опасные помехи возникают в шинах питания. Падения напряжения на “земляной” шине, разные для различных ИМС, будут суммироваться с входными сигналами и могут приводить к сбоям. Для исключения подобных ситуаций необходимо внимательно относиться к расположению проводников, подводящих напряжение питания, и увеличивать по возможности их сечение.
Помехоустойчивость можно оценить по передаточной характеристике элемента (рисунок 6.1), определив значения U0пом и U1пом.
6.5 Динамические характеристики и параметры
Характеризуют быстродействие логических элементов.
На рисунке 6.2 изображено изменение выходного напряжения во времени при переключении из 1 в 0 и наоборот.
Рисунок 6.2
По этой характеристике определяется время перехода элемента из состояния единицы в нуль t1,0 и перехода в обратное состояние t0,1. Эти временные интервалы измеряются на уровнях 0,1 и 0,9 от перепада выходного напряжения при переключении элемента (ΔU = (U1вых – U0вых)) (при этом емкость нагрузки должна соответствовать заданной).
Часто быстродействие оценивается временами задержки распространения сигнала при включении t0,1зд.р. и выключении t1,0зд.р. ,а также средним временем задержки распространения tзд.р.ср (определяется как полусумма задержек при включении и выключении). Эти параметры измеряются на уровнях 0,5 от перепадов входного и выходного сигналов (рисунок 6.3).
Рисунок 6.3
6.6 Вид реализуемой логической функции
Выше, при изложении курса, были рассмотрены основные логические элементы, выполняющие различные функции: И, ИЛИ, НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ; ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ; И-ИЛИ-НЕ; ПОВТОРЕНИЕ (усиление цифрового сигнала) и др.
6.7 Потребляемые токи и мощность
К основным параметрам часто также относят токи, потребляемые цифровой ИМС для двух её состояний: I1пот, I0пот, и потребляемую мощность Рпот.
Рпот представляет собой мощность, потребляемую микросхемой от источника питания в заданном режиме. Различают Р1пот и Р0пот, потребляемые ИМС в состояниях логических 1 и 0, а также среднюю потребляемую мощность
Рпот.ср = 0,5*( Р1пот + Р0пот).(6.1)
6.8 Входные и выходные токи, напряжения
I0вх – предельный входной ток при сигнале 0 на входе;
I1вх – предельный входной ток при сигнале 1 на входе;
U1вых – минимальное выходное напряжение при логической 1 на выходе при заданном токе нагрузки;
U0вых – максимальное выходное напряжение при сигнале 0 на выходе при заданном токе нагрузки;
I0вых max – максимальный выходной ток при логическом нуле на выходе;
I1вых max – максимальный выходной ток при логической единице на выходе.
6.9 Пороговые напряжения
Входное напряжение, при котором происходит резкое изменение выходного напряжения, называется порогом переключения Uпор. Амплитудная передаточная характеристика реального логического элемента в переходной области (штриховая линия) не имеет явно выраженного порога переключения (рисунок 6.1). Изменение выходного напряжения начинается при одном значении входного напряжения U0пор, а заканчивается при другом U1пор. Характеристика имеет зону неопределенности ΔUпор=U1пор-U0пор, что вызвано, в частности, переходом транзистора из режима отсечки в режим насыщения и наоборот.
Пороговое напряжение логического нуля U0пор – наибольшее значение низкого уровня входного напряжения, при котором происходит переход из единичного состояния в нулевое (рисунок 6.1);
Пороговое напряжение логической единицы U1пор – наименьшее значение высокого уровня входного напряжения, при котором происходит переход из нулевого состояния в единичное (рисунок 6.1).
Значение U0пор и U1пор отличаются на несколько десятых долей вольта, поэтому часто передаточная характеристика аппроксимируется, как показано на рисунке 6.4.
Рисунок 6.4
Теперь Uпор= U1пор= U0пор.
6.10 Допустимые значения основных параметров
Emin, Emax – допустимые значения напряжения питания;
U1min, U0max – допустимые значения уровней логических сигналов единицы и нуля;
Iвх.max, I0вых.max, I1вых.min – допустимый входной и выходной токи в состоянии 0 и 1.
Существует еще ряд параметров, например, технико-экономических, которые приводятся в технической документации, прилагаемой к ИМС, и в справочниках.
Для построения цифровых устройств наиболее широкое применение находят интегральные логические элементы на базе ТТЛ -, ТТЛШ -, ЭСЛ - и КМОП - технологий. Всякая микросхема, реализующая сложную функцию, по существу представляет совокупность элементов И-НЕ или ИЛИ-НЕ.
7.1 Базовый ТТЛ (ТТЛШ) - элемент И-НЕ
Простейший ТТЛ элемент, название которого расшифровывается как транзисторно-транзисторная логика, состоит из конъюнктора, выполненного на многоэмиттерном транзисторе VТм и транзисторного инвертора VT1 (рисунок 7.1).
Рисунок 7.1
При высоких уровнях напряжения на всех входах схемы (логические 1) все переходы эмиттер-база многоэмиттерного транзистора VTм смещаются в обратном направлении (заперты), а переход база-коллектор за счет напряжения +Епит – в прямом (инверсное включение транзистора). Ток коллекторного перехода транзистора VТм, протекающий через переход эмиттер-база транзистора VТ1, вводит последний в режим насыщения. При этом с выхода снимается низкий уровень напряжения (логический нуль). Если хотя бы на один вход схемы поступит сигнал логического 0(низкий уровень напряжения), VТм открывается и на базу VТ1 подается низкий уровень напряжения. Последний закрывается и с выхода снимается высокий уровень сигнала (логическая единица). Таким образом, элемент реализует функцию И-НЕ ().
Выходное сопротивление рассмотренного элемента зависит от состояния транзистора VТ1. Когда он открыт, оно близко к нулю, а когда заперт – Rвых≈Rк=R2.
Для повышения помехоустойчивости и увеличения нагрузочной способности ТТЛ элементы содержат дополнительные транзисторы (рисунок 7.2).
Рисунок 7.2
Подобная схема называется ТТЛ элементом со сложным инвертором, выполненном на трех транзисторах VT1, VT2 и VT3. Если на всех входах элемента присутствует логическая 1, то эмиттерный переход VТм заперт, а коллекторный – открыт. Ток базы VТм через переход БКVTм поступает в базу VT1. В результате VT1 входит в режим насыщения. Положительным потенциалом, снимаемым с резистора R4, транзистор VT3 открывается и с выхода схемы снимается логический 0. Благодаря наличию диода VD транзистор VT2 при этом надежно закрыт.
Диод обеспечивает дополнительное положительное приращение напряжения на эмиттере VT2 и называется смещающим. Использование таких диодов – один из типовых приемов интегральной технологии, позволяющий обеспечить надежное запирание выключенных транзисторов. Наличие запертого VT2 в коллекторной цепи открытого VT3 практически исключает потребление тока выходной цепью сложного инвертора в состоянии покоя (без нагрузки). Нагрузка, включенная между +Епит и коллектором VT3 может вызывать достаточно большой ток (Iк.VT3=Iн).
Если хотя бы на один вход схемы (рисунок 7.2) поступит логический 0, то транзистор VТм насыщается, на его коллекторе (базе VT1) появляется низкий уровень напряжения и транзистор VT1 запирается. Потенциал его эмиттера стремится к нулю, а потенциал коллектора – к напряжению +Епит. Транзистор VT3 закрывается, VT2 – открывается. С выхода снимаем высокий уровень напряжения (логическая 1). Каскад на транзисторе VT2 работает в активном режиме как эмиттерный повторитель (значение резистора R3 мало (десятки Ом) и может не учитываться). Выходное сопротивление эмиттерного повторителя очень мало, поэтому нагрузочная способность второй схемы (рисунок 7.2) по сравнению с первой (рисунок 7.1) значительно увеличивается.
Потребление тока в выходной цепи ненагруженного сложного инвертора в этом состоянии также мало, так как VT3 закрыт. Если между выходом (коллектором VT3) и корпусом включить сопротивление нагрузки, то потребляемый схемой ток увеличивается (Iн=IэVT2).
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33
