Чижма С.Н. - Основы схемотехники 2008 (1055377), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Они содержат обычный глухт такгный выходной каскад, которьш, однако, может быть переведен в особое высоко-' - ':: омное состояние (высокоииледансное состояние или обрыв). Для управления вы-' ' ', ':: ходным каскадом служит специальный вывод — разрешение выдачи данных. +15 В Рис. 20.13. Подключение вентиля с открытым коллектором к источнику 15В гг. Рис. 20.14 Трехстабильный ТТЛ вентиль 286 .:-':!'~'-;, 'Доответствуюшая схема ТТЛ представлена на рис. 20,14 мех»н уровень управляющего напряжения Уе низкий, запира» ';;:""~~~эра)хТ» и 1'Т».
При высоком уровне Уг получим обычную логи ,!;.. ~~цфыпежду входными сигналами у, и 1/,. Аналогичным образом ;-:!"~~ В вкзсокоомное 1безразличное) состояние и трехстабильный зле отея оба транческую связь можно переве- мент КМОП. ф',йтТрвнзнсторно-транзисторная логика с диодами Шоттки (ТТЛШ) 1е; 20Л 5. Транзистор с диодом Шоггки и сош вегствуюшее схемное обозначение "- ':;"'„.'!:; -Базовый логический элемент ТТЛШ (на примере серии К555).
В каче;":; 'Меубазового элемента серии микросхем К555 использован элемент И-НЕ. На .:-'1='я1»»в-'30,16 изображена схема этого элемента '1,;~!:";":.:-'-: -Если оба входных напряжения У»х» и Увх» имеют высокий уровень, то :,","Ф»зйвх.Ю» и РЗ» закрыты, транзисторы 1'Тп 1»Т» о~крыты н на выходе имеет ';::;, ~айСЬ иапряжение низкого уровня. Если хотя бы на одном входе имеется на- ...~,,~ф»з)вфние низкого уровня, то транзисторы 1'Тн 1гТ, закрыты, а транзисторы :;;":~»»э Л» открыты, и на входе имеет место напряжение низкого уровня. Полез»";,.М~зФметить, что транзисторы РТн 1'Т» образуют так называемый составной - .~;,.;:,",",;:,~1»)йзлстор (схему Дарлингтона) 287 .Д»1Я Увеллчениа быстродействия элементов ТТЛ используются транзисто.;,.'; ~уднодами Шоттки (транзисторы Шоттки), Скорое»ь переключения транзис,.':.',:,":»)а.:;анредсляется в основном временем рассасывания накопленных зарядов ':;,:,'-,',:Ф: "!; ',погвышения максимальной частоты переключений необходимо предотвра- ",~'.валыщение транзистора.
Благодаря этому накопление заряда исключается :,2'-'.!!' . ()дин из способов устранения насыщения состоит в том, что параллельно ':.;; ф~фводуколлектор-база транзистора включается диод Шоттки 1рисунок 20.15) ,-;:;:-Эвф»»иаеопсрытого транзистора он из-за действия отрицательной обратной свя- 1:;.-' й)1фзйапряжению препятствует снижению напряжения между коллектором и ' "»':~~щтером ниже уровня, равного приблизительно 0,3 В. Эта структура исполь :,';;:",~~в~фя в'схемах ТТЛ с диодами Шоттки.
Благодаря этой структуре время задер : -',. айф~распространения сигнала уменьшается почти в три раза Г Г Рис. 20.1б. Схема базового логического элемента ТТЛШ Микросхемы ТТЛШ серии К555 характеризуются следующими пара' метрами: — напряжение питания е5 В; — выходное напряжение низкого уровня — не более 0,4В: — выходное напряжение высокого уровня — не менее 2,5В; — помехоустойчивость — не менее 0,3 В; — среднее время задержки распространения сигнала — 20 нс; — максимальная рабочая частота — 25 МГц. Микросхемы ТТЛШ обычно совместимы по логическим уровням.
по; -". мехоустойчивости и напряжению питания с микросхемами ТТЛ. Время задер- "' жки распространения сигнала элементов ТТЛШ в среднем в два раза меньше: по сравнению с аналогичными элементами ТТЛ. К тому же они значительно -; меныиих размеров, гго уменьшает емкости их р-и-переходов.
Мощность, по-': ' требляемая ими, в 4 — 10 раз меньше, 20.5. Логика на основе комплементарных ключей на МОП-транзисторах(КМОП) Появление и широкое использование полевых транзисторов с изолиро.;.: ванным затвором положило начало ряду очень перспективных семейств логи- ", ческих элементов.
В основе МДП-логики, или МОП-логики, лежат ключевые схемы ва '-'. МОП-транзисторах. В них за уровень логического нуля принимается напряже-:: ние на открытом транзисторе, которое у полевых транзисторов столь же машо как у насыщенного биполярного транзистора, т.е. 0,05 — 0,15 В. За уровен логической единицы принимают напряжение сток-исток закрытого транзисп' ра, которое близко к напряжению питания схемы.
Таким образом, логический: перепад напряжения близок к напряжению питания. 288 ':;:; „'!:,; 5 .-'Веявшая разница между уровнями нуля и единицы значительно повыша- ."'", "П 'Помехоустойчивость схемы по сравнению с логикой на биполярных эле: вьтахэ такой как ТТЛ и особенно ЭСЛ и И2Л Вще'одно преимущество мОп-логики заключается в том, что ее вход;;-:-'',1~(вчатворные) цепи практнчесхи не потребляют тока.
Влияние входной цепи ,.„:=".'Осдедушщего (нагрузочного) элемента сводится лишь к увеличению вход'::;..;;;"„:,уемкосгнданной ячейки Однако как раз это преимущество — высокое сопротивление входных це;-. , ''=,„:)вйл -йрнводит к затягиванию заряда и разряда паразитных емкостей, что явля ,"." -';-йа1сярлавнойпричиной невысокого быстродействия МОП-ло> ики по сравнению ".„':,'*„''йф~)~т ТТЛ. МОП-транзисторная логика на комплемен гарных транзисторах :>,::"ггр4ОПт)'имеет основное достоинство в том, что в ней изменение выходного ;".".;;нй>>ряжения не связано с изменением тока: он остается близким к нулю ::-;;-".";.":- -:,:.
Достоинствами КМОП микросхем являются; малая потребляемая мош ,""'.;нпатьвстатическом режиме; очень высокое входное сопротивление; большая ::,-:,-',"няарузочная способность (коэффициент разветвления 50 — 100); большой ди ай>дан напряжения питания (3 — 15 В); малая зависимость характеристик от '~"*;.„ффьФературы ;:;!:,';: ',',"К недостаткам КМОП микросхем можно отнести: повышенное выходное ':,,' 1>8>пег>тнвление1 оольшое время задер>кки (200 нс); большой разброс всех па ',;„.".!",.'РкМч гров. Рассмотрим принцип действия схем КМОП на примере инвертора, изоб::"„:,: уйзкенного на рис. 20.17. Ип>н Рис.
20.17. Инвертор КМОП Пороговое напряжение обоих транзисп>ров составляет, как правило, 15 В '.;,,""';~~ЛИ Уат = 0, то открыл»-канатьный МОП-транзистор 1T>, а л-канальный> МОП '-..'.,ФМистор РТ>заперт, При этом выходное напряжение равно Вчя>. Ести 0и = 1/лиг, : "-7~трйнзистор РТ> заперт, а гП открыт н выходное напряженке равно нулю Нй щряжение питания можно произвольно выбирать в диапазоне от 3 до 15 В ' ":,О'ФМно, что в статическом режиме потребление тока данной схемой буде~ рав ' ' ''й>2~Ф~нч Лишь в момент переключения существует небольшой ток утечки 289 Потребление тока этой схемой определяется в основном процессаъп» пе резаряда паразитных емкостей.
Если к одному выходу подключается неско»п,. -.У ко КМОП-элементов, то при каждом изменении состояния все входные емко- сти дол»кны перезаряжаться через выход одного элемента. Когда выхолив ' зое напряжение переходит в состояние логической единицы, емкостная на";р зк 'иу ка через транзистор КТ> заряжается до величины Отлит, При этом от источника пи~анна отбирается заряди = СУлит. Если выходное напряжение достигает низкого уровня, емкостная натру» ка разря»кается через транзистор и'Ть Следовательно, в течение каждого херм-.
ода входного си1 нала, имеющего форму прямоугольного импульса, из шины питания на общую шину стекает заряд. Среднее значение этого тока определят ется как Т = СБиит Т Т = »'Сй»ит. Здесь| — частота входного напряжения. Таким образом, мощность, по требляемая этой схемой, пропорциональна частоте, Напряжение логической единицы зависит от выбранного напряжения гн. ' ".",.
тания. При переключении этой схемы ее выходное напряжение изменяется симе метрично относительно уровня половины напряжения питания. С увеличена ем:."-: " напря»кения питания увеличивается также и запас помехоустойчивости, Если .' ' Улит = 5В, постигается совместимость с уровнями ТТЛ. При»том один элемент КМОП может управлять, как правило, одним стандартным элементом ТТЛ, На рис. 20. ! 8 изображен логический элемент КМОП ИЛИ-НЕ, работаю-.';.,:~;.'; щий на том же принципе, что и описанный выше инвертор. ьи протнвлеокий уро 3 я последе ы в сосго- Рисунок 20.18. Элемент ИЛИ-НЕ типа КМОП Чюбы все гда можно бьшо обеспечить большое управляе огда любое из входных напряжений будет иметь ующее число р-канальных транзисторов вклю тря на то, что при этом выходное сопротивлени мое со пие нагрузки, к вень, соотаетств вательно.
Несмо выс чаете е схем 290 Микросхемы ТТЛ первыми появились на рынке цифровых элементов эн' Позднее были освоены микросхемы типа КМОП, которые в свое время проигрывалн биполярным схемам по быстродействию, но отличались высокой ком. пактностью, энергетической эконсмичностью, высокой помехоустойчивостгло . -,:" способностью работать прн изменении питающего напряжения в широких пре делах. Элементы КМОП по мере повышения их быстродействия сталя все более вытеснять микросхемы ТТЛ, оставляя за ними схемотехнику буфер ' ных, согласующих н других элементов, которые должны сохранять высокое -'„'::, быстродействие при больших нагрузках.
Новые технологии позволяют размещать на кристалле все больше и бо;пыле транзисторов. Это привело к распространешпо новых средств для построения цифровых устройств — микросхем высокой степени интеграции и программируемой пользователем структурой. Основная часп, преобразования информации стала выполняться большнмн и сверхбольшими интегральными схемами (БИС и СБ11С) В насюящее время количество и номенклатура выпускаемых микросхем малов н средней интеграции сокращается, основная работа ложится на схемы высокого ;':.';,:: уровня интеграции. Однако ограничиться только БИС и СБИС не удается.
Пргппзм . ':,.'.";,' чески всегда возникает потребность в реализации одиночных логических функций или преобразовании уровней сигнала или буферизации линий интерфейса. Для удовлетворения таких потребностей появились одновентильныс логи- '.:"!: ческие схемы, в которых в одном корпусе размещается один логический элемент., ' Обычно такие микросхемы изготавливаются в сверхминиатюрных корпусах е поверхностным монтажом. В качестве примера на рис.20,22 показаны лоы1ческие микросхемы И-НЕ и ИЛИ-НЕ 74АНС1001 и 02 фирмы ЯпгГасе шоцп1еп'. ~пВ ЦСС юВ юА юА оШУ аи!У Рис.20.22. Одновентильные логические схемы Из микросхем малой и средней степени интеграции наиболсс часто применяют преобразователи уровня и шинные формирователи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
