Популярные цифровые микросхемы, страница 6

Из-за этого входы таких неиспользуемых элементов ТТЛ следует заземлить. 1.4, ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СЕРИИ ТТЛ Р)д,Р,"г ~уяаюЛ4 у Х г 7 3 145 10ДвзтМТп д) )а Я Ю Ф и б 7 д б) Рис. 1.9. Энергетические диаграммы для традиционных и перспективных ТТЛ К155, К53!.

Цифры 4 и 5 относятся к сериям ТТЛШ, т. е. К555 и К531. Г!озиционные обозначения 6, 7 и 8 принадлежат сериям АЕ5, РА5Т и АЯ соответственно. Позиционные обозначения 1 — 8 отложены по горизонтали на диаграмме рис. 1.9,б. Обе диаграммы могут быть полезнымн при анализе возможного дальнейшего развития ТТЛ. Перспективные серии ТТЛШ имеют несколько измененные схемы логических элементов.

На рис 1.10 показаны возможные схемы входных каскадов логических элемевтов. Диодный вариант 1 входной цепи, как у маломощных ТТЛШ сериа К555, имеет большую входную емкость и сниженное пороговое напряжение включения. Транзисторный варнант П, применяемый в элементах серии К531, имеет повышенное значение входного тока высокого уровня 1 „. Для перспективных ТТЛШ ис! пользуется вариант 1!! входного каскада, где применен дополнительный транзистор — усилитель тока тгТ! (эмиттерный повторитель), Для этой схеыы значительно снижается входной ток низкого уровня 1 „.

Поро- о 23 Перспективы развития ТТЛ определяются сонершенстзованием их процессов изготовления. К началу 80-х г, с помощью ионной имплантации (точно дозированного радиационного внедрения атомов примесей в полупроводниковые области) и прецизионной фотолитографии удалось уменьшить в 8 рзз площадь, которую занимает на кристалле логический элемент ТТЛ. Три нарианта перспективных микросхем с переходами Шатки разработали фирмы Ра!гол!16 н Техаз !пз1гпщепрк Это микросхемы с ус. ловнмми названиями РА5Т, А5 и А(.5 (серии 74Р, 74А5 и 74А5 соответственно), РА5Т вЂ” эта начальные буквы слов Ра1гсЫ14 Адчапсед 5сйо((йу ТТЦ Сокращение А5 происходит от слова Абчапсеб, т. е. с опережанием, авансом, и фамилии Зсйо1(йу.

В наимевование А(.5 добавлена начальная буква слова 1очг, т. е. зто маломощный вариант микросхем предыдущего типа. Чтобы четче пояснить ценность этих новых вариантов ТТЛШ, ва рис. 1.9 показаны две энергетические диаграммы. На диаграмме рис. 1,9,а (в координатах потребляемая элементом мощность и среднее време задержки распространении) отмечены позиции разных серий ТТЛ, Цифрами 1, 2, 3 обозначены серии первоначальной разработки: К!34, говое входное аапряжсвае увеличивается до П„э=1,5 В при 25'С, и, главное, оно зафинсироваао.

У ранних вариантов ТТЛ существует зона разброса ()чйэ от 0,5 до 2,0 В. В результате отношение высокого и низкого уровиеи для микросхем РАВТ улучшено, что обеспечивает их большуго помехоустойчивость. При температуре — 55'С пороговое напряжение (!ччр=0,8 В, а цри 125'С вЂ” ()а,э=2 В. Элемент РАВТ потребляет мощность 4 мВт, при внешней нагрузке его время задержки распространения (,д,,„р — -3 ис.

Виутри микросхемы РАЭТ, т, е, на кристалле, где очень малы моитажиые емкости, межэлемеитиые процессы проходят с задержкой распространения 1,д,рлр 1,75 ис иа логическую операцию. Столь большая упрцалглГ Г Вплавил Ж Г ! 1г ' ' ~%изб Рис. !.!О. Возмогкные варианты входных цепей перспективных ТТЛШ 24 достижимая скорость работы есть результат применения новых интегральных транзисторов со структурой, условно называемой «Изопланар-!Ри Поперечное сечение этой структуры показано иа рис.

1.11,г, Этот рисунок выполнен в соответствуюшем масштабе по отношению к изображениям обычного (устаревшего) планариого транзистора (рис, 1.!1, а), усовершенствованного плаиарного (без эмиттериого фотошаблоиа, а также первого изоплаиарнога (рис. 1.11, б, а). зопланариые структуры отличаются, во-первых, аксидной (а не р-и переходами) изоляцией межлу соседаими траизисторами, во-вторых, оболочковыми областями р-и переходов собствеиио транзистора. Первое обстоятельство позволяет практически искдючить взаимные утечки токов через кварцевое стекло 5!Оз между коллекторами и силь.

но уменьшить пзразитиые емкости коллекторов иа подложку, второе помогает уменьшить емкость перехода коллектор — база иитегральвого транзистора ца 60 э)э. Граничная частота транзисторов «Изопланар-!Ь достигает 5 ГГц. У транзистароа обычной планараой конструкции она не превышала 1,6 ГГц. В изопланарном транзисторе змнттер плотно огражден стенками нысококачественного изолятора 510з. На всех структурах область диода Шотки обозначена ДШ.

Среди трех перспективных серий ТТЛШ логический элемент ГАБТ считается как бы компромиссным, поскольку дна других выполнены и миллинаттном (АЕБ) и снерхскоростном (АБ) вариантах. Элемент АЬБ потребляет мощность Р„„=1,2 мВт и переключается с задержкой 1«н,рлр=4 нс. Такая структура перспективна для скоростных БИС, где успех но многом определяется эффективным отводом тепла от 1000 и ябаяякйЯ Ияяляйпя йгйя бййя я б Юяляс ця а) й) " б) более логических элементов, расположенных на кристалле.

Элементы АБ потребляют мощность 8 мВт, но обесиечинают время задержки 1,75 не. Существует противоречие между рассеиваемой на кристалле мик. росхемы мощностью и ее быстродействием. Это можно пояснить при. мерам. Микросхема ГЛ5Т, содержащая !00 логичесних элементов, бу. дет потреблять мощность 400 мВт. Если с предельным быстродействием а микросхеме должно работать только 20 осе элементов, то 20 злсментоа будут потреблять 160 мВт, а остальные 80 элементов типа АЕБ— 96 мВт, что даст н сумме 256 мВт. Таким образом, авдо уметь гибко сочетать серии микросхем ГАБТ, АБ и А1.5. Серии ГА5Т аналогична по параметрам отечестаенная КР1531.

Микросхемы серии КР1533 сходны с микросхемамн типа 74АЬБ Рис, 1.11. Сранненне топологии н поперечного сечения интегральных транзисторов: а — обычный планарпый; б — усовершенствованием пленарный; а — нзопланар- ный; г — «Изопланарня 1.5, БУФЕРНЫЕ И РАЗРЕШАЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТТЛ Т а б л и ц а 1«й Ииверторы ТТЛ Номер макро«лемм Нмеертор Серее К!55 К355 КЯ555 К531 КР1533 КР!53 ! + + + ЛН 04 05 05 07 74 Рассмотрим лгнкросхемы ТТЛ, которые в импульсно-вычислительных устройствах логической функции не выполняют, Их назначение — формировать цифровые сигналы, усиливать импульсы по току, т.

е. обслуживать «энергоемкие» цифровые нагрузки, Такими нагрузками являются прежде всего так называемые шины данных, состоящие из нескольких токоведущнх дорожек нз печатной плате, число которых соответствует длине передаваемых цифровых слоев — байтов. Например, если з системе циркулируют восьмнразрядные байты, шива данных будет иметь восемь проводников. К шине данных подключаетсз обычно много источников и приемников цифровых сигналов. В итоге это приводит к тому, что при передаче сигнала по проводникам шины протека.

ют импульсные токи, составляющие десятки мнллиампер, Микросхемы, обслуживающие проводники шины данных, выполняют системные функции, например, отключают от шины неиспользуемые в данный момент приемники и передатчики цифровых слов Рассмотрим микросхемы, содержащие импульсные усилители тока цифровых сигналов.

Эти элементы ТТЛ принято называть буферными, Буфзрные усилителя могут передавать сигнал без инверсии, либо с инверсией. Ряд таких элементов имеет вывод разрешения сигнала по входу. Очень удобными для обслуживааия шин данных оказались элементы с тремя выходными состояниямп: это обычные ныходные состояния высокого и низкого уровней, а также размыкание (разрыв) выхода по специальвой команде. Третье состояние назовем Х. Выходное сопротивление буферного элемента в данном режиме составлявт сотни килоом.

Микросхемы ТТЛ, содержащие по шесть буферных элементов, приведены в табл. 1.4. Овп имеют одинаковую цоколевку, показанную на рис. 1.12, о. Микросхема К155ЛН4 (рис, 1Л2,б) содержит буферные элементы без инверсии. Остальные микросхемы группы ЛН состоят из инверторов. У микросхем с обозначением ЛН! иннерторы снабжены двухтактным выходным каскадом (см. рнс. 1.6), остальные имеют выходы с от. крытым коллектором (рис. 1.!2, в). Лля ннверторов Л1!1: время задержки распространения сигнала составляет для К155ЛН1 — 22 нс, К555ЛН! — !5 нс, К53!ЛН1 — 5 ис; соответственно стекающий выходной ток 1ч„для одного инвертора; К155Л/11 К155ЛГ15, К155ЛК5 К155ЛК4, К155ЛЛ4 Л Г7 а) 11 !7 ) Рис.

1.12. Одновходовые элементы: а — ннаеоторы ЛН1, ЛНЗ, ЛНЗ, ЛНЗ; б — буфернаы элементы ЛН4 н ЛЛ4; а- схема одного напала на ЛН4 Микросхемы ЛН2 содержат инверторы с открытым коллектором н имеются в трех исполнениях, т.е. в составе серий К155, К555, К531. Если для стандартного варианта К155ЛН2 время 1,д,а=55 нс, то для маломощного варианта ТТЛШ К555ЛН2 оно составляет 27 нс, а для скоростного К531ЛН2 уменьшается до 7,5 нс.

Токи потребления буферных элементов ЛН2 соответствуют микросхемам ЛН1. Микросхемы К155ЛНЗ содержат инверторы с открытыми коллекторами. У них время 1.л,р — — 23 ис, так потребления составляет 42 мА. Микросхемы К155ЛН4 н К155ЛП4 (рис, 1.!2) состоят из шести буферных элементов без инверсии, с открытыми коллекторами. Схема одного элемента показана на рис. !.!2,в. Цоколевка микросхемы ЛП4 показана па рис. !.!2, б.

Токи потреблевия для этих микросхем: 1 нот ЗО мА, 1о,=4! мА, Максимальное время 1ад,а=23 нс. Микросхема К155ЛН5 содержит шесть буферных ииверторов с 16, 8 и 20 мА. Наибольший тои !„микросхемы ЛН1 потребляют, если 1 на всех шести входах присутствуют напряжения высокого уровня. Пра Пд„-— -4,5 В этн токи составляют 33, 66 и 54 мА для микросхем ЛН ! серей К!55, К555 н К531 соответственво. Если на нсех нходах присутствуют напряжения низкого уровня, ток потреблевия 1„ снижается в о 2,2 раза, открытыми коллекторами, выходное напряжение на которых можно повысить до 15 В, применив дополнительный источник питания.