Чижма С.Н. - Основы схемотехники 2008 (1055377), страница 48
Текст из файла (страница 48)
процессе которого примеры будут возникать сами собой. Под цифровой электроникой понимаются такие схемы, для каждой точки ктв торых можно определить, как правило, только два состояния. Например, трантнстор может быть либо заперт, либо насыщен. Обычно в качестве парамшра выби рлот ие '!:- ток, а напряжение, уровень которого может бьць ВЫСОКИМ или НИЗКИМ. Этн два состояния могут представлять различные "биты" (Ьшшу г)1йзм-двоичные разряды) информации, Например, следующим образом: один бит числа: клкМ замкнут или разомкнут, сигнал присутствует или отсутствует, уровень аналогового' сигнала выше или ниже заданного предела, некоторое событие произоцшо лли не произошло, требуется или не требуется выполнять некоторые действия и т.д Состояния ВЫСОКОГО и НИЗКОГО уровней некоторым заданным образом определяют «истинные» н «ложные» значения в булевой алгебре.
Ваш в ка. кой-либо точке схемы истинное значение определяет ВЫ СОКИИ уровень, то го. зорят, что эта сигнальная линия использует "положительную логику" и наобороь, Значения напряжений, соответствующих ВЫСОКИМ и НИЗКИМ уровляА могут колебаться в некотором диапазоне. Например, для ТТЛ состояние НИЗКО ГО уровня может быть представлено любым значением напряжения от -0,5 до 0,4 В (типичное значение составляет величину порядка ИЗ В вьпие уровня землвз что соответств> ет сигналу на выходе насыщенного и-р-и-транзистора с заземлен" ным эми пером), и ВЫСОКИЙ уровень — любым значением напряжения в прада' лах от -ь2,4 до ь5,5 В (типовая величина составляет приблизительно 3,4 В) Такие широкие диапазоны выбраны для того, чтобы изготовитель микро схем имел в своем распоряжении определенный допуск, в пределах которогв параметры схемы могут колебаться за счет изменения температуры, цагруз"я' напряжения питания, а также под воздействием шумов, т. е, разнообрашых и" Я 274 5 В 555 ВП 55 55 5 Втта В 5 вг г В га «55 55 ся $ О В и выходных сигналов логических элементов В ~й йа я 3 Рис.20.!.
Уровни входных ч иваю шие высокий или низкий логические уровни. На диаграмме — «столба«е>,'5 ':,' соответствующем входу„имеется три части. Нижняя часть показывает днаг!азов входного сигнала, который воспринимается как низкий логический уровень В: случае с ТТЛ-логикой с напряжением питания 5 В, згот диапазон будет соответ ствовать значению напряжения от 0 В до 0.8 В. Средняя часть показьпгаст дна«назон входного напряжения, в котором уровень сигнала не воспринимается гаршпирс.'--, .-',:" ванно как низкий или высокий. Верхняя часть соответствует входному сигналу который воспринимается как высокий логический уровень, В случае 5-волшовой ТТЛ-логики, зтот сигнал будет иметь напряжение от 2 до 5 В.
Аналогичным образом, на «столбике», соответствуюшем выходу, име. ется три части. Нижняя часть показывает возможное напряжение низкого ло. гнческого уровня на выходе. Для микросхем ТТЛ с напряжением питания 5 В: -,;: это напряжение составляет от 0 В до 0.4 В. Средняя часть диаграммы паз«азы. вает некорректный уровень выходного напряжения — устройство не должно, выдавать сигнал такого уровня, за исключением момента перехода с одного'...~', логического уровня на другой.
Верхняя часть «столбика» показывает лопус, тимый диапазон напряжения для высокого логического уровня на выходе. Для 5-вольтовой ТТЛ- логики это напряжение находится между значениями 2.4 В ! и 5 В. Диаграммы не отражают ! Оага выбросы или провалы, которые также допустимы на входах в соответствии со стандартом. Входные пороги обычной КМОП- логики, определяются как 0.3 Ьляг н:г,!г' 0.7 'Тгляг. Однако большинство изготовленных по технологии КМОП логичее-...
ких микросхем, которые используются сегодня, совместимы по логическим порогам с микросхемами ТТЛ и ЕЧТТЬ; зти пороги также доминируют сведи стандартов для цифровых схем, работающих при напряжении питания 3,3 В н 5 В. Обратите внимание, что для 5 В ТТЛ-логики и 3.3 В !.ЧТТ1.-логики пороги входного и выходного напряткения одинаковы. Разница только в верхней границе допустимого диапазона для сигнала высокого уровня. С"поьгощью приведенной диаграммы можно проиллюстрировать нерые возможные проблемы, возникающие при соединении двух ИС, :;г =тающих в различных стандартах, Например, соединение 5-вольтовой „,-0 ьввбФГ ",',:-:„~ оехеьчы КМОП с микросхемой 1ХТТЕ, работающей прн напряже эфФ , 'г)ллт = З,З В.
Высокий логический уровень на выходе 5-вольтовой ,.:;;,,~МОП слишком высок (>3.3 В), чтобы подавать этот сигнал на вход ИС ~ф)1»~,', Это, может привести к необратимому повреждению микросхемы .,::.~яктТ1:, Возможна другая проблема: пусть микросхема типа )Е)3ЕС с на.',-сйрлжоиием питания 2.5 В управляет устройством КМОП с 17ллг =- 5 В ",':: зякььпкгвй логический уровень на выходе 2,5-вольтового устройства недо ;"...:-~':~~~очтио высок для того, чтобы восприниматься как квысокнй» входом ,-':,".ь1врррхемы КМОП с напряжением питания 5 В (17кз чаа = 3 5 В).
Эти .':Ийр)кмеры показывают два возможных типа несовместимости логических ,' ";-~~действ; либо устройство управляется слишком высоким напряжением, .":.""щ!"":бруетройство не обеспечивает достаточно высокое напря>кение, кото",?'реедпртОВЕрно распознавалось бы принимающей ИС как сигнал высоко„:Щ1лйгийеского уровня 26.2), Характеристики и параметры логических элементов ~,,-'-::;;,"., ',- Внастоящее время при разработке интегральных схем (ИС) наибольшее 1',.й)вяйрзистранение получили следующие типы логических элементов -„трвнзисторно-транзисторная логика (ТТЛ), ° -транзисторно-транзисторная логика с диодами 111оттки (ТТЛШ), -,.эмитгерно-связанная логика (ЭСЛ), -',внтегрально-инжекторная логика (И2Л), -логика на комплементарных полевых транзисторах (КМОП) :.-:,1.::, .
Самыми распространенными на сегодняшний день являются ИС, реалн :.,;,""'чч1))йке ТТЛ и ее разновидности. Интегральные схемы данного з ила обладают ',';-;,",(зЕАиим бысгродействием и средней потребляемой мощностью '-,"-,!С,- 'НВ рис. 20,2 а — з представлены условно-графические обозначения (УГО) -'.
~)й~53ютов и выполняемые ими функции Для определения характеристик и параметров цифровых микросхем рас -::'й)1йргрг(м логические элементы (ЛЭ) ТТЛ сипа. Наибольп1ее распростране- .;~~я(ОФпйУчизги элементы с положительной логикой (транзистор типа л-р-л) В -'У~3,',Мбтельной логике значению логической п1» ставят в соответствие боль- '.,'т~~е1 аэначеиию логического «О» — меньшее значение напряжения или тока ;:."„~7оз1цйальный способ представления логического к0» и логической к1» при !,'~",.:,-,:;,;;".;ржительной логике приведен на рис. 20.3 277 щ 20.4.
Динам особность источнико ряда друг и ОСТИ ЛЭ ИС иент развет Й серии,кот Нагрузочная ением Яких иент обье ого элемен ующие стати ходкая хара нем ло~ ичес высокого ур — нагр)эочн делается вы ь алых Рис. 20.5. Нагрузочная характеристика ЛЭ 279 Рис. :!:":-::. г йдврузочноя сн '-:,;;:)))~)4звн ж нескольких '.=';-~,;~="Жформации для ',;!..:вй)х(зузочиой способн :-,';, ~, 1'. л — коэффии :,; ':,:и)М~й~земеитов данно „:!~~-''~ ":РТЛ н=!0 =,-:.!~Й~3~ным сопротивл '~: ".,.'- 2:"ьт — коэффиц : „':~ф))4)ах НОГО ПОГИЧЕСК )" ':;",.-";::.'::::-,;:,:",.Рёэличают след 1;-Йх = ((Увх) — в ;;:::ч)д)()вьМсопротивлен .;,'~х~11'йилаче низкого и '- ",":ч)~ФЬла'КВХ больше :!~-","'.у";- Й;: Иьи =я1вих) :„':;:~~в)в наклона опре ~вых ические характеристики ЛЭ ЛЭ характеризует его способность получать в информации и одновременно быль источних элементов.
Для численной характеристики пользуются два коэффициента: вления — характеризует количество выходов орые могут быть подключены к одному выхоспособность элемента характеризуется его динения — характеризуется количеством вхота (от двух и более), ческие характер и с ~ ики ПЛЭ: ктеристика элемента, характеризующаяся кого элемента.
Сопротивление квх различно овней сигнала обычно при высоком уровне ая Рвыходная) характеристика (рис. 20.5). ходным сопротивлением ЛЭ. 3. (увггх =вг(Т/вв) — переходная характеристика, или амплитудная пере ' .:,..., точная характеристика ЛЭ. Амплитудная передаточная характеристика ггггве,гг .,", тируюшего ЛЭ ТТЛ-типа с положительной логикой приведена на рис. 20,6 а '..., неинвертирующего ЛЭ вЂ” на рис. 20.6, б. пв~ Пвгв Е Е я Е яа Е а) ) Рис. 20.6.
Амплитудная передаточная характеристика инвертирующега (а) и.,',":, неинвертирующего (б) ПЛЭ ТТЛ-типа с положительной логикой 280 Логическая «1» соответствует уровням от Е„, до Е . Логический «О» соответствует уровням от Е' до Е„., Участок АВ соответствует зоне отсечки ключа, С)3 — насыщению, ВС-,, ',:: переходная область (активный режим, Кв»1 ). Чем круче участок ВС, теи,' „:,: выше качество ЛЭ. Пороговый уровень нуля на входе Еглв характеризует максимальна воз-:.' можный входной сигнал (Егвх»ггвв), а пороговый уровень «1» — Ьлг характе- "- ризует минимальный входной сигнал (сгаг> Улг). Термин помехоуслгогш и«ос»гь используется для обозначения максимально.-"::.
-:; го уровня помехи, которая, будучи добавлена к логическому сигналу при самь«1 '.':; неблагоприятных условиях, не будет еще приводить к ошибочной рабате схемы ' '.~~ Так, например, для элементов ТТЛ помехоустойчивость составляет 0,4 В. так квя; „:,::: любой сигнал ниже 0,8 В интерпретируется ими как НИЗКИЙ уровень, а лкгбай сигнал выше +2  — как ВЫСОКИЙ, в то время как уровни выходных сигналов составляют в самом неблагоприятном случае -Н1,4 и +2,4 В соответственно. В действительности помехоустойчивость этих схем значительно выше приведенной величины, поскольку типичные значения ВЫСОКОГО и НИЗКОГО напряженгпт составляют-г0,2 и 3,4 В, а входной порог принятия решения равен приблизительно 1,3 В.
Однако необходимо помнить, что хорошая схема должна быть расс'гнганя на самый неблагоприятный случай. Не следует также забывать атом, что ра лгг" ':; ные семейства логических элементов обладают различной помехоустойчивос™' ТТЛ помехоу- о. определяется е Ев — мак- '.;.,"-!«в' «эпементы типа КМОП имеют более высокую по сравнению с :::,.'»~»ыззйч»ность, а быстродействуюшие элементы ЭСЛ вЂ” оолее низку« -::,",,,-,„:;;:," Домехоустойчивость ЛЭ при передаче «О» на входе вУ;«.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
