Потенциальные, импульсные и импульсно-потенциальные.
Подавляющее большинство логических элементов относится к потенциальным, в них используются только потенциальные сигналы и совсем не используются импульсные сигналы. В импульсных цифровых ИМС используются только импульсные сигналы и совсем не используются потенциальные. В таких ИМС управление осуществляется по перепаду потенциала во время импульса. При этом могут использоваться как положительные перепады, обозначаемые _^~, так и отрицательные, обозначаемые ~\-. В импульсно-потенциальных ИМС могут использоваться как потенциальные, так и импульсные сигналы. При этом импульсные входы, управляемые перепадом напряжения, обозначают косой чертой, указывающей направление перепада напряжения (/ или \). Все логические элементы описываются набором параметров, которые оговорены в технических условиях (ТУ). Использование параметров, не записанных в ТУ, не разрешается, так как в процессе совершенствования изделия они могут изменяться. К основным параметрам логических элементов относятся: • набор логических функций; • число входов по И и по ИЛИ; • коэффициент разветвления по выходу; • потребляемая мощность; Динамические параметры: задержка распространения сигнала и (или) максимальная частота входного сигнала. В табл. 12.1 приведены основные логические функции, обозначения соответствующих элементов и их схемы. Число входов по И и по ИЛИ лежит в пределах от 2 до 16. Если имеющегося числа входов недостаточно, то для их увеличения используются интегральные схемы расширителей по ИЛИ, обозначаемые ЛД. Коэффициент разветвления по выходу характеризует нагрузочную способность логического элемента и определяется количеством входов однотипных элементов, которые можно подключить к выходу. В некоторых случаях в ТУ указывается максимальный выходной ток логического элемента. Таблица 12.1 Основные логические функции
Сигнал на выходе логического элемента задерживается относительно входного сигнала Эта задержка определяет не только быстродействие цифровых схем, но и их работоспособность. Время задержки принято определять по уровню 0,51/„ и 0,5{/,ых> как показано на рис. 12 1. При этом задержка переднего фронта импульсного сигнала может отличаться от задержки заднего фронта и в результате длительность импульса на входе оказывается отличной от длительности импульса на выходе Мощность, потребляемая логической ИМС, обычно зависит от сигналов, поданных на входы Для сравнения потребляемой ИМС мощности пользуются понятием средней мощности Рср, потребляемой базовым логическим элементом во включенном и выключенном состояниях. Это позволяет сравнивать по потребляемой мощности логические ИМС различных серий Серийные логические ИМС. В зависимости от технологии изготовления логические ИМС делятся на серии, отличающиеся набором элементов, напряжением питания, потребляемой мощностью, динамическим параметрам и др Наибольшее применение получили серии логических ИМС, выполненные по ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика), ЭСЛ (эмиттерно-связанная логика) и КМОП (комплементарная МОП логика) технологиям Каждая из перечисленных технологий совершенствовалась, поэтому в каждой серии ИМС имеются подсерии, отличающиеся по параметрам. В ИМС, выполненных по технологии ТТЛ, в качестве базового элемента используется многоэмиттерный транзистор Упрощенная схема логического элемента И-НЕ с многоэмиттерным транзистором VT\ приведена на рис 122. Многоэмиттерный транзистор (МЭТ) отличается от обычного транзистора тем, что он имеет несколько эмиттеров, расположенных так, что прямое взаимодействие между ними исключается. Благодаря этому переходы база-эмиттеры МЭТ можно рассматривать как параллельно включенные диоды. Второй транзистор VT2 является инвертором сигнала, выполняющим функцию НЕ Если хотя бы на один эмиттер МЭТ подан низкий уровень, то ток базы VT2 равен нулю и на коллекторе VT1 будет высокий уровень Для того чтобы напряжение на коллекторе VT1 имело низкий уровень, необходимо на все эмиттеры МЭТ подать высокий уровень Благодаря этому алгоритму реализуется функция И-НЕ В более поздних сериях
Рис 12 1 Сигналы на входе и выходе логического элемента НЕ
Рис 12 2 Упрощенная схема логического элемента 2И-НЕ (ТТЛ) ИМС, выполненных по технологии ТТЛ, использовался сложный инвертор с двуполярным ключом, а для исключения насыщения МЭТ применялись диоды Шотки с малым падением напряжения в прямом направлении (ТТЛШ). Первым разработчиком ИМС по технологии ТТЛ является фирма Texas Instruments, которая выпустила ИМС серии SN74. Дальнейшие усовершенствования этой серии были направлены на повышение быстродействия и снижение потребляемой мощности В табл. 12.2 приведены серии отечественных микросхем и их соответствие различным сериям микросхем SN74/54. Основные параметры ИМС ТТЛ различных серий приведены в табл 12.3. По сочетанию параметров наибольшее распространение получили ИМС серии SN74LS (серия 555). ИМС этой серии работают при напряжении питания +5 В ± 5%. В ИМС, выполненных по технологии ЭСЛ, в качестве базового элемента используется дифференциальный усилитель. Упрощенная схема логического Таблица 122 Серии логических ИМС ТТЛ
Обозначения L (low) — маломощная серия, Н (high) — быстродействующая серия, LS (low, Shottky) — маломощная с диодами Шотки, S (Shottky) — с диодами Шотки, ALS — усовершенствованная с диодами Шотки, Р (fast) — сверхбыстродействующая Таблица 12 3 Основные параметры ИМС ТТЛ
элемента ИЛИ-НЕ с дифференциальным усилителем приведена на рис 12 3 Большое быстродействие ИМС ЭСЛ обусловлено тем, что в этих элементах транзисторы работают в ненасыщенном (линейном) режиме. На выходе элемента применяется эмиттерный повторитель, который обеспечивает быстрый заряд емкости нагрузки. На рис 12 3 дифференциальный усилитель выполнен на транзисторах VT\ VT3, а эмиттерный повторитель на транзисторе VT4. Выходной сигнал можно снимать с инверсного выхода ДУ, как приведено на рис 12.3, что обеспечивает операцию НЕ, так и с неинверсного выхода (с коллектора VT3), что обеспечивает выполнение операции ИЛИ без инверсии.
|
