Рябов В.Т. - Функции, структура и элементная база систем автоматического управления (1041593), страница 20

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 20)

жения на резисторе R2.

Уменьшение R2 приве-

дет к перегрузке вы-

ходного

транзистора.

Поэтому для повыше-

ния нагрузочной

спо-

собности в «единице»

добавляют

еще

один

Рис. 2.17. Ячейка И-НЕ транзисторно-транзисторной логики:

а) упрощенная принципиальная схема; б) диодный эквивалент VT1

каскад из двух синфаз-

при высоком уровне X1, X2 на обоих эмиттерах; в) диодный экви-

но работающих транзи-

валент VT1 при низком уровне X1; г) таблица истинности ячейки.

сторов (один открыт,

второй закрыт).

П редставленная на рис. 2.17 схема ТТЛ элемента, несмотря на упрощения, отражает основные свойства этой логики:

входы не потребляют, а отдают ток;

выход в нуле потребляет ток, нагрузочная способность достаточно высока;

в единице выход выдает ток, причем, нагрузочная способность ниже, чем в нуле;

в нуле выходной каскад находится в состоянии глубокого насыщения.

57

Схема и технология ее реализации достаточно просты, а топология не может быть компактной. Почему же по ТТЛ технологии делают только схемы малой степени интегра-ции? Все дело в рассеиваемой на элементе мощности . Она слишком велика. Для обеспечения высокого быстродействия требуются большие токи, чтобы быстро вывести транзисторы из состояния глубокого насыщения.

ТТЛШ логика не позволяет транзисторам входить в состояние глубокого насыщения благодаря тому, что коллекторно-базовый переход шунтирован диодом Шоттки. Ранее мы упоминали о таких диодах, это диод на переходе металл - низколегированный полупровод-ник. Если на топологии биполярного транзистора распространить металлизацию базы на коллекторную зону, такой диод получится автоматически, т.е. база замкнется с коллектором диодом Шоттки. Этот диод имеет малое падение напряжения в прямом направлении и не по-зволяет на коллекторе иметь напряжение ниже базового более чем на 0,3В, т.е. ограничивает состояние насыщения транзистора. Имеется три семейства ТТЛШ вентилей: быстродейст-вующая (531 серия - при том же потреблении, что и ТТЛ имеет примерно втрое меньшие времена переключения), экономичная (555 серия - при том же быстродействии потребление вчетверо меньше) и улучшенная (серия 1533 - большее быстродействие и втрое - четверо меньшее потребление). Типовое время переключения серии 1533 – наиболее распространен-ной сейчас ТТЛШ серии – около 10 – 15 нс. Она является аналогом зарубежной серии ALS.

МОП-логика. Исторически первыми появились р-МОП БИС. На таких схемах были в 70-х годах сделаны первые микропроцессорные комплекты С5-11 и одноплатные отечественные микроЭВМ, по сути – прообразы современных микроконтроллеров. Основной недостаток такой логики – сравнительно малое быстродействие, поскольку носителем заряда являются дырки. На смену им быстро пришла n-МОП логика. Начало 70-х. Первый микропроцессор Intel 8008, затем Intel 8080, отечественный аналог – микропроцессорный комплект К580 – все это первые n-МОП БИС. Для своего питания эти схемы требовали не одного, а целый набор напряжений +5В, ±12В, причем подаваться они должны были в определенной последовательности. Но частоты уже бы-ли в пределах нескольких мегагерц. Чуть позже были разработаны и выпущены улучшенные n-МОП серии, требующие единственного пятивольтового питания. Сейчас n-МОП – основная технология выпуска недорогих БИС общего применения.

Комплементарная k-МОП логика и k-МОП технология оперирует уже полевыми тран-зисторами с каналами «p » и «n » типа. Характерной особенностью этих приборов является практически нулевое потребление, если схема находится в состоянии покоя и не переключает-ся. Частоты работы на уровне n-МОП. На рис. 2.18 показана упрощенная схема элемента И-НЕ, функциональный аналог приведенной на рис. 2.17 схемы. Что-бы перевести выход Y в состояние логического нуля (напряжение менее 0,8В) следует открыть оба транзистора Т3 и Т4, для чего сле-дует подать единицы (напряжение более +V/2) на на оба входа Х1 и Х2. При этом оба транзистора Т1 и Т2 закроются. При снятии высо-кого уровня хотя бы с одного их входов, закроется соответствую-щий n-канальный транзистор и откроется комплементарный ему р – канальный. Выход перейдет в состояние логической единицы и на-

п ряжение на нем будет близко к напряжению питания +V.

Выход k-МОП логики симметричен относительно питания и ^{Рис. 2.18. Ячейка} представляет собой комплементарную пару МОП транзисторов. В ^{И-НЕ k-МОП логики.} нуле открыт n, а в единице р - канальный, поэтому нагрузочная спо-

собность этой логики, в отличие от ТТЛ и ТТЛШ, одинакова и весьма велика.

Долгое время k-МОП логику преследовал эффект тиристорного защелкивания. Ино-гда, чаще всего при включении питания, оказывались открыты оба выходных транзистора и схема перегорала. Сейчас с тиристорным эффектом покончено и отечественные схемы серии 1554 являются k-МОП аналогами серии ТТЛШ 1533, но имеют более высокую нагрузочную способность, равные принимаемые токи в нуле и выдаваемые в единице токи, менее критич-ны к питанию. Серия 1554 является технологическим аналогом зарубежной серии 74АС.

Рис.2.19. Отечественные и зарубежные схемо-технические обозначения, их контактно-релейные эквиваленты, логические формулы и таблицы истинности типовых КЛС: а) инвер-тор; б) ячейка «2И-НЕ»; в) ячейка «2НЕ-И»; г) ячейка «2ИЛИ-НЕ»; д) ячейка «исключающее ИЛИ-НЕ».

58

Существуют и иные технологические серии ИС – эмиттерно-связанная логика, инте-грально инжекционная логика и пр. Но для анализа и разработки систем автоматического управления заказчику САУ достаточно на примере ТТЛШ и k-МОП серий знать об особен-ностях входов и выходов. Необходимые сведения обобщены в таблице 2.1.

Таблица 2.1.

Состояние

Вход ТТЛШ

Выход ТТЛШ

Вход k-МОП

Выход k-МОП

Ноль

Выдает около

Принимает около

Потребление

ма-

Принимает около

200 мкА

20 мА

ло

40 мА

Единица

Принимает

Выдает около 1

Потребление

ма-

Выдает около 40

около 200 мкА

мА

ло

мА

Типовые КЛС в САУ, оформление их выходов. С помощью интегральных вентилей часто совершают элементарные операции над информацией на периферии САУ пе-ред вводом ее в вычислительное ядро, чтобы уменьшить число линий и разгрузить ядро от рутинных операций.

На рис.2.19 приведены примеры типовых логических элементов. Вверху приведено обозначение вентилей в отечественной литературе и технической документации, ниже обо-значение, встречающееся в зарубежной литературе, еще ниже – контактно-релейный эквива-лент вентиля, далее – его логическая функция и, наконец, таблица истинности, описывающая

связь входов и выхода. Инверсию на вы-воде логического элемента обозначают маленьким кружком. На ячейках И, обо-значаемых прямоугольником символ «&» допускается не проставлять, символ «1» на ячейках ИЛИ обязателен.

Выход вентиля - «открытый коллектор ». Часто выходы отдельных вентилей подключают параллельно друг другу (рис.2.20). При этом, если хотя бы на одном выходе установлен нуль (вы-ход вентиля открыт), нуль устанавлива-ется и на общем выходе. Такое соедине-ние называют «монтажным ИЛИ», хотя, строго говоря, формируется операция «И». Очевидно, термин пошел еще со времен релейной логики, когда замкну-тые контакты считались единицей, а ра-зомкнутые нулем, т.е. за логическую единицу принимался физический нуль

(отсутствие падения напряжения). Если подобным образом соеди-нить выходы обычных элементов, параллельно окажутся включен-ными верхние транзисторы выходных каскадов ячеек. Но если на выходе какого-либо элемента «1», этот транзистор открыт и при по-явлении нуля на выходе другого элемента через два последователь-но включенных транзистора начнет протекать чрезмерно большой ток, который выведет открытые выходные транзисторы из строя.

Для параллельного подключения выходов существуют венти-Рис.2.20. Параллель- ли с открытым коллектором. В них на выходе существует лишь один ное подключение транзистор, коллектор которого подключен в выводу элемента и бо-выходов ячеек с от- лее никуда. Отбросьте в схеме на рис.2.17 резистор R2 и получится крытым коллекто- то, о чем идет речь. Вентили с открытым коллектором обладают в

ром. полтора – два раза меньшим быстродействием, поэтому необосно-ванно их применять не следует.

59

Тристабильный выход. Этот выход приспособлен для организации подключения к общей шине. Мы вновь обращаемся к проблеме параллельного подключения нескольких вы-водов к одному проводу, однако, цель подключения другая . Элементы поочередно должны работать с шиной, когда им это разрешено. Так подключены ячейки памяти к шине данных и другие элементы шинной архитектуры, являющейся основой современных компьютеров.

Обозначение и функциональная схема тристабильного эле-

мента приведены на рис.2.21, а) и б) соответственно. Тристабильный

Характеристики

Список файлов книги