Популярные цифровые микросхемы, страница 5

Эффект основан на том, что в р-л переходе или рядом с ним присутствует очень тонкин слой металла, богатый электронамн — свободными носителями. Сложности практического освоения технологических процессов изготовления полупроводниковых структур с эффектом Шотки, однако, были очень велики, поэтому на рис. 1.2 прямоугольник, отображающий развитие маломощных серий МмТТЛШ, растянут па времена на но- семь лет.

В основе транзистора с переходом Шатки (транзистора Шотки, ТШ) находится известная схема ненасьпцаемого РТЛ-ключа (рис. 1.7,а). Тх и ~ В' зт гтг 5! а) 4 э) Рис. 1.7. Ненасышвемый элемент РТЛ [а), транзистор с диодом Шоткк (б) и символ транзистора Шотки (з) Здесь транзистор удерживается от перехода в режим глубокого насыщения с помощью дополнительнои'нелинейной входной цепи с диодом. Обычный базовый резистор Кб здесь составлен из двух: Ебт н 1(вз. Если иа вход данного элемента РТЛ от переключателя Б! поступает напряжение высокого уровня, через резистор !!З~ течет входной ток 1 „ 1 Номиналы Ебт и Кбз нетрудно рассчитать так, чтобы пороговое напряжени открывания диода Ц„р оказалось бы мевьше, чем падение напряжения на резисторе Ебз, т.

е. 1вйоз. Злесь символом 1в обозначен предельный, близкий к иасыщающему базовый ток транзистора ЧТ1. Если диод ЪЧ)1 откроется, через него потечет избыточный нходной ток 1„ †!г, который теперь минует базу транзистора и получат путь для 1 стекания в землю через промежуток транзистора коллектор — эмиттер. Если от переключателя 31 подать входное напряжение низкого уровня (ноль потенциала), ток 1вх прекратится и транзистор практическн без задержки перейдет от насыщения к состоянию отсечки (т.

е выключится, разомкнется), так как он находился ранее на грани линейного 2 — 788 и насыщенного режимов. По.другому, в объеме его базовой области, как в микроскопическом аккумуляторе, не были накоплены избыточные заряды. Отметим, гто поскольку напряжение между базой и коллектором П к=Ням — 1 )4 удерживалось на уровне нескольких десятых Б Б бх долой вольта (диод НР! обычный, кремниевый), напряжение низкого выходного уровця !1,„„ для элемента РТЛ с ограничением тока иасы- о щения (рис, 1.7,а) может увеличиться до 1 В (вместо 0,3 В при насыщаемом ключе). В схеме на рпс.

1.7, б транзистор МТ1 удерживается от перехода в насыщение шунтпрующвм диодом Шотки НР! с низким порогом открывания. Здесь напряжение !) а=0,2..,0,3 В, поэтому напряжение () „„повысится мало. На рнс. 1.7, з предыдущая схема заменена еди- о иым символом — транзистором Шотки. Этот транзистор не переходит в глубокое насыщение, у него очень мало время рассасывания накопленных в базе носителей.

Логические элементы на основе транзистоРов Шоткп имеют очень малое вРемЯ задеРжки отключениЯ 1од"л. На основе транзисторов Шотки в начале 70-х годов были выпущены первые микросхемы двух основных современных серий ТТЛ (см рис. 1.2). На рис. 1.8, а показана схема высокоскоростного логического Рис. 1.8. Принципиальные схемы логических элементов с переходом Шотки: а — ттлш; и — мяттлш 1с . рас. !лб элемента, применяемого как основа микросхем серии К531. Аналогичная зарубежная серия называется 745; здесь Ь вЂ” начальная буква фамилии немецкого физика Шатки (Яспо1гку), открывшего физический эффект, оказавшийся для электроники столь важным.

В этом элементе вместо эмнттерного резистора (см. КЗ на рис. 1.6,а) для улучшения формы импульса использован загрузочный генератор тока — транзистор ЧТ4 с резисторами К4, м5. Отметим, что номиналы ос~альных резисторов в элементах серий К!31 и К531 (сравните рис. 1.6, а и 1.8, а) почти одннаковыс. Из-за этого близки значения мощности потребления Рячп однако время 1,х,ялр для инвертора серии К531 снижено до 3 нс, что обусловило потребление энергии на 1 бит информации Э„,=!9 3=57 пДж. На рис; 1.8,б показана схема элемента, на котором основаны микросхемы серии К555.

Аналогичная зарубежная серия имеет название Т а б л н ц а 1.1. Динамические параметры микросхем ТТЛ Серия Ттл Негруэие Параметр зд р яс Ся, яа Зврубеж. яея пот мнг пвт пдж ян Стееествеянея ЗЗ 9 б 9,5 3 3 50 15 25 15 15 15 К134 К155 К13! К555 К53! К! 533 К!53! 741. 74 74Н 74ЕЗ 745 74А15 74Р 1 1О 22 2 19 1,2 4 ЗЗ 90 132 19 57 4,8 12 4 0,4 0,28 2 0,28 2 0,28 Микросхемы серии К531 потребляют энергию на перенос ! бита, в 2,3 раза меньшую, чем у микросхем старой серии К131, нз-за чего она также стала неперспективной.

Статические параметры логических элементов микросхем серый К!55, К555, К53! и некоторые параметры для серии К!53! (см. $ 1.4) сведены в табл. !.2, Логические уровни и допустимые напряжения на входах н.выходах микросхем этих серий отличаются незначительно. Однако для микросхем серий К155 н К53! велики входные токи низкого уровня )Овя соответственно 1,6 и 2,0 мА для одного входа.

Сила этого тока для микросхем серии К555 и К!531 в 3 — 4 раза меньше. Допустимый стекающий выходной ток низкого уровня 1о „для серии К531 в 2,5 раза больше, чем для серии К5бб. Кроме того, в составе каждой серии выпускаются так называемые буферные логические элементы, допустимый ток (ов „для которых увеличен еще примерно в 3 раза. Для упрощения расчетов числа нагружающнх входов в табл. 1.3 указаны числа взаимной нагрузочной способности микросхем серий К531, К!55 и К555 (см, также рис.

1.4,а). Например, обычный элемент серии К555 способен принять ток 1, от четырех входов микросхем сео рии К531. Ток )ов для К555 равен 41о„для К531, т, е. 4 2=8 мА. Рас- 19 7415 (т. е. 1оч Зобо!(йу — что можно трактовать как экоггомичная серия с применением перехадоа Шоткн). Для микросхем серии Кббб мощность, потребляемая одним элементом, Рв„=2 мВт при времени !.в еле=9,5 нс, поэтому потребляемая энергия переключения Э„„,= =19 пДж. В электрической схеме элемента серии К55б вместо многозмиттерного транзистора использована матрица диодов Шатки.

Микросхемы серии К555, как нетрудно видеть из сравнительной таблипы параметров (табл. 1.!), по быстродействию соответствуют серии К!55 (потребляемый ток уменыпен в пять раз!), по экономичности уступают микросхемам серии К134 (! мВт) всего в 2 раза, но в итоге потребляют энергию на перенос ! бита информации в 1,5 раза меньше Сейчас микросхемы серии К555 вытеснили из аппаратуры серию К!34 н по мере наращивания номенклатуры слугкат эффективной заменой для микросхем самой массовой, стандартной серни К155 еп Та б ли и а 1.2. Статические параметры микросхем ТТЛ Услпвнн наме- ренна Значение параметра Параметр Рисунак а!ин. ~ Тип. Мин, Тнп Макс, Макс. Мнн. Макс Макс Мкн Тип Рис.

1.4, в 0,8 Рис. !.4, б 0,8 0,8 0,8 0,5 0,4 0,35 0,5 0,5 17 „, В !7и. и = 4 5 В Рис. !А, б !выл !о ЯмА 13 „=-20 мА 2,4 3,5 2,7 3,4 2,7 3,4 2,7 1!и,а —— 4,5 В Рис.!.4, б 11ых=- — 0,8 ыА 1 =- — 1 мА 1 вых 11„„= — 0,4 мА 250 Рис. 1.4 б с ОК Рис. 1.4, б состояние Е 40 20 Би.а=55  — 50 — 40 Рис. 1.4, б состояние 3 1!н.п — — 5,5 В, 17~ =2,7 В вх !вх ' 50 20 40 Рис. 1.3, в Би.п = 5*5 В 1 ! вх, мах'мА 0,1 О,! !о мА — 2,0 — 0,4  — 150 — 1 00 — 80 — !00 — 18 1кии мА !!вх !!вк присутствуют на всех входах 13н' п=4,5 В, !!вых 17и.п=б 5 В !7и! — — 2,4 В на входе раз. решения Е! сии=2 В 1 „..=, Рнс.

1.3, и! 1!о О 4 В вх К! 55 ~ К555 ~ К531 КР153! Т а б л и ц а 1.3. Взаимная нагруэочпая способность логических элементов ТТЛ разных серий Число владев-иа- грузск из сервй Число ехсдав-иагру- зск из серий Нагружаемый выход Нагружаемый выход К531 1.4Я К555 1741.5! К1ш 174Ю К5ай 1741. 51 К551 !7451 К! 55 174! 4 'К155, буферная 12 К531 8 К531, буфервая 5 15 10 ЗО !2 37 24 10 ЗО 60 50 !50 К555 К555, буферная К!55 20 60 40 22 смотрим лругой крайний случай взаимного грнменения мвкросхем ТТЛ.

Буферный выход (самый мощный среди ТТЛ) микросхемы серии К531 может обеспечить стекание входного тока от !50 логических элементов серии К555 (1 х 150 11х =60 мд! см. также данные табл. !.2, предпоследняя строка). Отметим, что буферный элемент серии К555 имеет более нысокузо нагрузочвую способность, чем простой выход микросхемы серии К531.

При совместном использовании микросхем ТТЛ высокоскоростных, стандартных и микромощных следует учитывать, что микросхемы серии К531 дают увеличенный уровень помех по шинам питания из-за больших по силе и коротких по времени импульсов сквозного така короткого замыкания выходных транзисторов логических элементов. Часть печатной платы с микросхемами серии К53! должна иметь отдельные, очень низкоомиые шины питания. Токозедущие сигнальные дорожки должны быть кратчайшими, чтобы не излучались помехи.

Серии с повышенными входным и выходным сопротивлениями (например, К555) бслее чувствительны к помехам-наводкам и к помехам но питанию, чем мощные серии, Маломощную часть устройства требуется защитить экраном и заградительными фильтрами по питанию. Проводники на печатной плате, по которым передаются выходные сигналы микросхем серии К531, не должны проходить рядом с токоведущими дорожками нходных сигналов микросхем серии К555.

При совме. стном применении микросхем серий К!55 и К555 помехи невелики. Выходы однокристальных, т. е. расположенных в одном корпусе, логических элементов ТТЛ, можно соединять вместе. При этом надо учитывать, что импульсная помеха от сквозного тока по проводу питания пропорционально возрастет. Реально на печатной плате остаются неиспользованные входы и даже микросхемы (часто их специально «закладывают про запас») Такие входы логического элемента можно соединять вместе, при этом так 17х не увеличивается.

Однако для элементов серии К555 входы соедивять не следует, чтобы не повышалась паразитпая входная емкость элемента. На неиспользуемые входы можво подать напряжение высокого уровня от выхода свободиога логического элемента, заземлив при этом его вход. Как правило, микросхемы ТТЛ с логическими функциями И, ИЛИ потребляют от источников питания меньшие токи, если на всех входах присутствуют напряжения низкого уровня.