М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 76
Текст из файла (страница 76)
рис. 9.32). Помните, что нужно учитывать допустимый выходной ток стабилизатора, поскольку даже относительно небольшие логические системы могут потреблять ток в несколько Эмиттерно-связанная логика 423 сотен миллиампер. В качестве грубой оценки можно принять, что большинство простейших логических элементов с диодами Шотки потребляют ток от 2 до 3 мА на один корпус интегральной схемы, в то время как счетчики и регистры с диодами Шотки потребляют, как правило, 1Π— 30 мА на корпус. (Ь) Крутой подъем и спад логических сигналов требуют быстрого заряда и разряда паразитной емкости, что вызывает кратковременное повышение потребляемого от источника питания тока.
Кроме того, присутствует незначительное «перекрытие проводимости» двух транзисторов в выходном каскаде, так что при смене логического уровня происходит дополнительное кратковременное возрастание потребляемого тока. Таким броскам тока нельзя позволить распространяться вдоль земляной шины или шины питания, поскольку возникающие помехи могут нарушить работу логического элемента где-нибудь в другом месте.
Решение состоит в развязке источника питания 5 В на землю у каждого корпуса ИС с помощью керамического конденсатора емкостью 100 нФ, который обладает очень малым (реактивным) сопротивлением на высоких частотах. Источником зарядов при возрастании тока является, таким образом, местный развязываюший конденсатор, а не основная шина, идущая от источника питания. Чтобы нарушить регулярность цепочки развязывающих конденсаторов и не допустить возникновения в ней высокодобротного резонанса, распространенной практической мерой является включение электролитических конденсаторов емкостью 22 мкФ примерно через каждые 10 корпусов ИС. Часто применяется многослойный печатный монтаж. Он предусматривает раздельные слои для шины К и шины 0 В (земля) для достижения гарантированно малого сопротивления шины питания.
(с) Часто электрические помехи попадают через сетевой источник питания. Рекомендуется поставить собственный сетевой заграждаюший фильтр, и сетевые входы источника питания экранировать. Такие фильтры состоят из специальных индухтивностей с малой емкостью и керамических конденсаторов, что приводит к ослаблению порядка 30 дБ в частотном диапазоне от 500 кГц до 100 МГц. Действующий в настоящее время строгий стандарт электромагнитной совместимости (ЭМС) делает необходимым применение сетевых фильтров в большинстве приборов. 13.18 Эмиттерно-связанная логика Мы видели, что высокой скорости работы логических схем можно достичь, если не допускать насыщения переключаюшихся транзисторов, поскольку при работе в этом режиме восстановление происходит медленно из-за накопления заряда.
В ТТЛ-схемах с диодами Шотки насыщения избегают путем «шунтирования» критических р-л переходов быстродействующими диодами с малой разностью потенциалов при смешении в прямом направлении. Другим и даже более эффективным, но более энергоемким, подходом явля- 424 Цифровые логические схемы ется применение дифференциального усилителя с общим резистором в цепи эмиттера, гле переключение представляет собой просто передачу тока из одного транзистора дифференциальной пары в другой. Благодаря включению на выходе дифференциального усилителя эмиттерных повторителей схема, в которой реализуется эта змиттерно-связанная логика (ЭСЛ), обладает, кроме того, малым выходным сопротивлением, необходимым для формирования коротких импульсов на емкостной нагрузке. Эгн схемы могут работать с тактовой частотой до 3 ГГц. 13.19 Логичесаие матрицы Многие схемы, рассмотренные в этой главе, были относительно простыми примерами применения логических схем самих по себе, но они показывают способ, как можно быстро построить сложную логическую систему.
Читатель скоро обнаружит, что применение различных счетчиков, индикаторов, регистров, арифметических и логических блоков в экспериментах с измерительными и управляющими системами, может привести к нескольким очень впечатляющим системам, построенным полностью из описанных базовых элементов. Следующим этапом развития схем, описанным в главе 14, является применение микроЭВМ с соответствующим программным обеспечением, которое, возможно неожиданно, приводит к большому упрощению в сложных логических системах.
Однако всем системам с микроЭВМ необходима также разнообразная нроизвол»ная логика в дополнение к немногочисленным компонентам: микропроцессору, памяти и интерфейсным микросхемам. Диапазон этих разнообразных потребностей простирается от регистров данных и счетчиков до базовых схем И-НЕ и инверторов; иногда их называют «ТТЛ- склейки», поскольку их роль заключается в «удержании» вместе более сложных элементов. Конструирование электронной аппаратуры для серийного производства ставит цель минимизировать число корпусов логических схем, таким образом, уменьшается стоимость как монтажа, так и тестирования. Поэтому выгодно собрать вместе «ТТЛ-склейки» в снециализированной ИС, сократив число корпусов до!00 раз.
Очевидно, что конкретное содержание такой специализированной ИС зависит от специфики схемы, так что, как правило, из-за разношерстности невозможно сделать нх экономными, как стандартный компонент. Решение находится в применении полузаказных ИС (матричных больших интегральных схем — МБИС), которые представляют собой в значительной степени «наперед заданную» матрицу логических элементов общего назначения или комбинацию логических элементов (топологических ячеек — ТЯ). На конечной стадии разработки по требованию пользователя делается маска, устанавливающая взаимное соединение логических элементов или ячеек.
Таким образом, разработчик схемы может иметь свою собственную микросхему, сконструированную и изготовленную на основе ло- Программируемые логические устройства 425 гической матрицы, за меньшую цену и быстрее, чем делать целиком специализированную интегральную микросхему. Логические матрицы и матрицы ячеек обычно делаются на основе КМОП- технологии, а некоторые типы матриц позволяют даже включать элементы линейных схем. Разные производители выбирают свои собственные названия для таких микросхем, например, ПЛМ (программируемая логическая матрица) или НЛМ (нескоммутированная логическая матрица).
Проектирование схем на основе МБИС легко осушествляется с помошью автоматизированных систем проектирования (Сошрцгег АЫег) Оезщп, САГ)), которые дают возможность нарисовать на экране схему устройства и проверить правильность ее функционирования до того, как слисок соединений логических элементов внутри кристалла передан производителю МБИС. С целью обеспечить логическую структуру и самосогласованность в проектируемой логической аппаратуре, все шире используются специальные пакеты программного обеспечения, такие как УНШ.
В отличие от традиционного конструирования схем с помошью макетирования, системы САП позволяют целиком смоделировать систему на компьютере, так что в этом случае сразу все готово для производства кремниевого кристалла. 13.20 Программируемые логические устройства Все больше и больше малые МБИС заменяются при применении в небольшом числе изделий на программируемые пользователем логические матрицы, известные как лрограммируемые логические устройства или программируемые пользователем логические матрицы (ППЛМ). ПЛМ (программируемые логические матрицы), являюшиеся одним из вариантов этих схем, известны также как интегральные логические схемы с плавкими перемычками.
Эти схемы„программируемые пользователем, выпускаются с готовыми соединениями между логическими элементами, выполненными в виде плавких перемычек из титановольфрамового сплава. Затем эти перемычки «пережигаются» по желанию пользователя (подобно программированию ПЗУ описанному в следуюшей главе) и, таким образом, остаются только соединения, необходимые для решения поставленной задачи. ППЛ М использует изошренную схему, посредством которой каждая плавкая перемычка связана с инвертором. Инвертор делает логический элемент реально доступным, когда перемычка разрушается (разрушенную перемычку называют анти-перемычкой). В настояшее время один кристалл ППЛМ содержит до 20000 логических элементов и может работать с тактовой частотой, превышаюшей (ООМГц при применении КМОП-технологии с разрешением 0,5 мкм.
Сушествуют стираемые программируемые логические схемы, со стиранием ультрафиолетовым излучением нли электрическим током, которые полезны для небольшого количества макетов, но работают медленнее, чем ППЛМ. 426 Цифровые логические ссемы 13.21 Переключение аналоговых сигналов с помон(ью КМОП-схем В отличие от цепи между эмипером и коллектором у биполярного транзистора, канал МОП-транзистора не содержит р-л переходов. Это означает, что МОП-транзисторы могут применяться для создания симметричных переключателей, которые, будучи включены в цепь, смогут пропускать сигналы в любом направлении.
На рис. 13.57 показан такой двунаправленный иереключазлель, выполненный на МОП-транзисторах, «Контакты» переключателя могут быть разомкнуты нли замкнуты в зависимости от логического уровня на входе управления. Микросхема 74НС4016 содержит четыре таких переключателя. Валок Вллл л»Гвкл~ Вилл Рнс. 13.57. Двунаправленный переключатель на КМОП-транзнсторах. Обратите внимание на ннвертор между затворами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
