Чижма С.Н. - Основы схемотехники 2008 (1055377), страница 49
Текст из файла (страница 49)
:.;";~~с«пнем с учетом наихудшего случая: АУ»в = ~)»«в - Е", гд : '-',-':;,~~."'::."~ь»ный уровень к0» элементов данной серии (рис. 20.7) ь»вь«» А Рис. 20.7. Помехоустойчивость ЛЭ ;.";-';=,":-'-;; 'Помехоустойчивость ЛЭ при передаче к1» определяется аналогично д㻠— Е»»» "',„::,-«;.:::-.-'.::;Помехоустойчивость ЛЭ определяет максимально возможное значение '-;-'»РРдйР»)ганой помехи на входе ЛЭ, которое не приводит к переключению эле ';-"..:«~~фей»другое состояние (или неопределенное). Помехоустойчивости ваяв и :-, ф::Ф4г:рвзлйчны, имеют значения порядка от долей до 1В для ТТЛ ЛЭ :,;«»эв";„'::."',':,' ',.',.: ",ПОВышенне запаса помехоустойчивости достигается увеличением Ло тран- ,: '„',)~фар)ов.
Чем больше значение ф(Ь„) транзисторов, зем выше кругизна характе- "«~:;~!;,.„.",. МН. Точки располагаются: Т) — левее, С вЂ” правес, отсюда больший запас ,!„'э»нР)в71»дзустойчивости при передаче «О»» и аналогично при передаче к)» :„-::~'-",,'.;.!!'';.':ЖыслЧзодействие ЛЭ серий ИС ТТЛ в основном определяется инерцион- -!!'„:~Р»Рч)))))свойствами применяемых биполярных транзисторов и нагрузки.
Инерци;...вв!зч))1РРТЬ«обусловленная параметрами нагрузки, зависит от конкретной схемы и :.'«~фтРуктнвного выполнения логического устройства. Инерционность, связан- »" '.",~~.-,,;...,.."С:,~)з~етвенно частотными свойствами ЛЭ, может быть уменьшена измене !,';~~",,»)йм«м«схеумотехники и режимов работы самого элемента. Основными причина„;;-', ~~;.;:;Фберднонности транзисторных ключей на биполярных транзисторах являют- „:~, ".„.га',РезаРяд его коллекторцой емкости и время рассасывания. Эти параметры . «":.„',",'~фМ» »в»вам»»двдкются как технологией изготовления транзисторов, так и режимами их 281 работ ы в ключевой схеме. В частности, уменьшение ллительностей переключе, . "-.' ния, обусловленных перезарядом коллекторной емкости при ее неизменном зна., ': чении, можно добиться уменылением сопротивления коллекторной нагрузки Характеристики и параметры логических элементов зависят оттого, ка .
'. кие электронные приборы являются основными в соответствующих инге, раг ...,.'. ных схемах, а также от особенностей схемотехнических решений. Выделке мыс классы логических элементов перечислялись ранее. В таблице 20,! приведено сравнение элементов различных логик ло ос. '.",. ионным параметрам по возрастающей семибальной шкале (от 7 до !). Таблица 20Л Сравнение элементов различных логик по основным параметрам Из всех логических элементов наибольшее быстродействие имеют эле-',: !! менты ЭСЛ, а элементы КМОП имеют наименьшее потребление, причем онн,-'„":: же имеют лучшую нагрузочную способность.
Для выбора типа микросхемы,',.":.," при построении электронного устройства обычно вначале определяют, какой;. '-:::;,.' из перечисленных в таблице параметров имеет наибольшее значение. Затем.:;."::::; определяют следующий по значимости параметр и т. д. В зависимости от згцлан-:",',; ных приоритетов и выбирается тот или иной тип микросхемы. В настоягцее время наиболее широко используются следующие логики: ТТЛ, ')ТЛ!П, КМОП. В современных устройствах все чаще используются ".:;:,, КМОП-логику. Приведенная классификация охватывает не только логические элементы.
но и другие цифровыс устройства. Все они выпускаются в составе серий мнк.:::„;.": росхем. Серия микросхем — это совокупность микросхем, характеризуемых,:,. '; общим технологическими и схемотехническими решениями. 20.3. Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) Характерной особенностью ТТЛ являются многоэмиттерные транзисторь'- Эти транзисторы сконструированы таким образом, что не оказывают алияния..., Р 282 ветствует свой р-л-псреход. В первом истор может моделироваться схемой на случае он работает как схема диодно- ;";~,"':"::":~:,,на друга.
Каждому эмизтеру сост -"'-'-„;:::-.„:$ф,движении 'многоэмиттерный транз ;='!,-.'"'ирйй~.~пунктир на рис. 20.9), в этом -""-"~!""" 'ьйл;торной логики И-НЕ ~'"-~ 20Л0, Базовый элемент ТТЛ со сложным инвертором, выполняющий логическую операцию И-НЕ ~.':,."::;::;.::!"::,:..':~не;,20.9. Схема ТТЛ-элемента с простым инвсртором, выполняющая логическую операцию И-НЕ К,достоинствам ТТЛ-логики можно отнести высокое быстродействие "',-~эйли)';,Надежность, радиационную стойкость ::!;.~', "- Недостатками являются: наличие резисторов, большая плошадь на крис '-'-'' за)я)звз,бпдьшая потребляемая мощность, наличие паразитных транзисторов ',„;;.'„;"„;,;, '-' Озанализа схемы мозкно сделать вывод, что если на один из входов или на ";, .'.~~йМкоЮ подать низкий уровень напряжения, то ток базы транзистора гТг будет ." -;"йка)вниипо, и на коллекторе транзистора ) Тг будет высокий уровень напряжения ;"„...;„"':й~~фМа оба входа подать высокий уровень напряжения, з о через базу РТ~ тр анзи':;~,.'',~$))~Иудет протекать большой базовый ток и на коллекторе транзистора Л"г будет :"';":!~~яййй уровень напряжения, т.
е. данный элемент реализует функцию И НЕ Вдзовый элемент ТТЛ содержит многоэмиттерный транзистор, выполня -;.~'.":;",~~~))ййлогическую операцию И-НЕ, и сложный инвертор (рис. 20Л О) Если на один или оба входа одновременно подан низкий уровень напра жения, то многоэмиттерный транзистор находится в состоянии насыгцения н ,''', транзистор 1'Тг закрыт, а, следовательно, закрыт и транзистор ГТ« т.
е, иа ' выходе будет высокий уровень напряжения. Если на обоих входах одиовре менно действует высокий уровень напряжения, то транзистор УТг открываегся,,- и входит в режим насыщения, что приводит к открытию и насыщению транзи стара 1»Т~ и запиранию транзистора 1'Тл т. е. реализуется функция И-НЕ Эле центы с тремя состояниями и с открытым коллекторам. Вентили:, " ТТЛ и КМОП имеют двухтактные выходные схемы: ВЫСОКИЙ или Н11ЗКИЙ ';;::: уровень подается на выход через открытый биполярный или МОП-транзистор:.", ", Такую схему, которая носит название активной нагрузки, а в ТТЛ называется ..- '.: также сталбавснм выходом, используют почти все логические элементы. Эта,",",: схема обеспечивает низкое выходное сопротивление в обоих состояниях. имеет,'';,.", малое время переключения и обладает более высокой помехоустойчнвостькг,-) ';,'.
по сравнению с одиночным транзистором, который использует в качестве кол-,1 .::. лекторной нагрузки пассивный резистор. В случае КМОП применение активного выхода, помимо всего прочего, .: позволяет понизить рассеиваемую мо(цность. Однако существует ряд сл1туа-::",-". ций, при которых активный выход оказывается неудобным.
В качестве примера представим себе вычислительную систему, в коток' '::.,' рой должны обмениваться данными несколько функциональных блоков. Цен- '„',: тральный процессор 1ЦП), память, атакже различные периферийные устрой- -:.,:;81 ства должны иметь возможность передавать и принимать 16-разрядные слова, '.:,". и было бы, мягко говоря, неудобно использовать для соединения каждопз, устройства с каждым индивидуальный 16-жильный кабель. Для решения этой проблемы используется так называемая шина 1или магистраль) данных фага Ьив), т.
е. олин 16-жильный кабель, доступный длй всех устройств. Такая структура аналогична телефонному каналу коллект'гв- ",:,,, ного пользования: в каждый момент време~ги «говорить» 1«передавать дан-.:';.,! ные») может только одно устройство, а остальные могут только «слу1пать»',-,;.,:.' г«принимать данные»). При использовании шинной системы необходимо иметь,.'-:'. соглашение о том, кому разрешено «говорить». В связи с этим употреблгпотся '::;: такие термины, как «арбитр шины», «ведуи1ее устройство» и «устройства '.;:,:«) управления шиной».
для возбуждения шины нельзя использовать вентили (или другие схер; .:!, мы) с активным выходом, поскольку их нельзя отключить от общих информа' '. "::-': ционных линий (в любой момент времени выходы устройств, подключенпывк шине, будут находиться в состоянии ВЫСОКОГО илн НИЗКОГО уровня) )йчл этого случая необходим вентиль, выход которого может находиться в «оорьи,.::.'=,. 284 "*:.:- "~К т т е„быть иоткрытым».
Такие устройства выпускан>тся промышленное «унмезот две разновидности, которые носят названия «элементов с»чэеил -~,"!!!~!'-::~вяйиями» и иэлементов с открытым коллеюлором». Начнем с рассмот««Ия последних, подразумевая, что все сказанное применимо также и к зле' ';;:, ~!-'~~ аьа С тремя состояниями :,;::,:-."?: В выходной схеме вентиля с открытым коллектором отсутствуеттранзис:;~~,:.',:~чягоп«ийся активной нагрузкой (рис. 20.11) Рис, 20.11.
ТТЛ вентиль с открьпым коллектором 'При использовании таких элементов внешний нагрузочный резистор мож-'-:.;,й«г'Н«)дрючить к любому источнику. Величина этого резистора не является '-:"мф««тийной: при малых значениях резистора обеспечиваются повышенные бы ,'!- Щрдействия и помехоустойчивость, однако повышаются рассеиваемая мош';:,~а«а!ь и нагрузочный ток выходного каскада.
Для ТТЛ типичные значения ле ':!;:-:;:««««81н,пределах от нескольких сотен до нескольких тысяч Ом. Как мы вскоре .~':"1«~Ффкем, все, что далее будет говориться о вентилях с открытым коллекто ,',,=,!Фм:,'««тиос««тся также и к вентилям с тремя состояниями Иногда возникает необходимость логического обьедин ения выходов очень боль .'-".-„'«««р«Фнисла элементов Например, лля объединения 20 выходов потребовалось бы "";; )."„. ь ': эль«свить логический элемент с 20 входами и вести к нему 20 отдельных про во ! ";::~«««)йЖогоможно избежать, используя логические элементы с открытым коллекто ' ",.-:я"'.я."1~' В 'качестве выходного каскада они содержат, как показано па рисунке 20.11, :",!"',;":".::я."'-*.фанзистор, эмиттер которого соединен с общей точкой.
Выходы ~ аких сис;,: ';~ В: отличие от обычно используемых двухтактных выходных каскадов, могут ,, -"«~~пдвчаться к одному общему коллекторному резистору параллельно друг другу ,В»ыходное напряжение имеет высокий уровень только тогда, когда все :;"'~-",:,-'водичке транзисторы элементов заперты, следовательно, здесь реализуется ; э~~~'„.,:~«ГК««нл ИЛИ. Так как логическая связь организуется с помощью внешнего ; ~ажажа, такое соединение »словно называется «монтажное ИЛИ» 285 Рисунок 20.12. Реализация функции «монтажное ИЛИ» Другим применением схем с открытым коллектором является управление внешней нагрузкой, которая должна подключаться к источнику положительно го напряжения, превышающего напряжение питания ИМС. Может, в частностиз потребоваться включить маломощную 12-вольтовую лампочку или сформиро вать перепад логических уровней напряжения 15 В с помощью резистора, уста.
' '::;, ловленного между выходом вентиля н источником «15 В (рис. 20,13). Однако такая схема имеет существенный недостаток: переход в высокоомное (единичное) состояние из-за паразитных емкостей происходит всегда медленнее, чем, ' ., в пизкоомное (нулевое). Поэтому вместо элементов с открытым коллектором л.лше .:.-, использовать элементы с глрегсглаб ~ьнььм выходом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
