Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 1. Основы цифровой электроники на ИС (1987) (1092081), страница 31
Текст из файла (страница 31)
4.17. Маломощные ТТЛШ-схемы В последние годы фирма Техаз 1пз(гпшеп(з разработала технологию изготовления схем, известных под названием маломощные ТТЛ-схемы с диодами Шотки (ТТЛШ). В настоящее время эти схемы выпускаются многими фирмами-изготовителями и среди них фирмой Ыппе(1сз. Отличительными особенностями данных схем являются следующие: взаимозаменяемость со стандартными ТТЛ-схемами серии 7400, рассеиваемая мощность 2 мВт на вентиль, коэффициент разветвления по выходу 20 и время задержки 10 нс. Помехоустойчивость для низкого и высокого уровней равна 0,4 В (в этом отношении новые схемы не отличаются от стандартных ТТЛ-аналогов).
Очевидным достоинством этих схем является низкая потребляемая мощность, которая приходится на один логический элемент н составляет 1!5 соответствующего значения для стандартных ТТЛ-схем. На рис. 4.29 приведена базовая маломощная ТТЛШ-схема И-НЕ. Видно, что многоэмнттерный вход, который нам уже знаком по ТТЛ-схемам, заменен здесь схемой И из диодов Шотки (эти диоды называются также диодами с горячими носителями). В диодах Шотки практически нет процесса накопления носителей заряда, в результате чего их быстродействие оказывается намного выше, чем быстродействие диодов с обычными р — п-переходами.
Кроме того, контактная разность потенциалов оказывается для диодов Шотки ниже (всего 0,2 В), чем для обычных диодов, что позволяет реализовать указанную выше величину помехоустойчивости, Диоды с заземленным выводом, выполняющие функции ограничителя, широко используются на входе различных ИС, подавляя осцилляции и отражения во входных сигнальных линиях, что приводит к повышению их быстродействия. Кроме того, диоды Шотки включаются между 4В7 Семейства логических схем коллекторами и базами транзисторов, применяемых в логических схемах, в результате чего исключается режим их насыщения.
Разумеется, здесь мы также выигрываем в быстродействии за счет ограничения накопления носителей заряда в базе. Новыми элементами этой схемы, по сравнению со стандартными ТТЛ-схемами, является конфигурация Т2773, образующая схему Дарлингтона, и Т4 в режиме «актнвной разгрузки». Применение этих элементов приводит к дальнейшему уменьшению е ие егч Рис. 4 29 Малоиотдяея т Гдпнсхеме ИП4Е времени задержки распространения и увеличению помехоустойчивости. Благодаря применению транзисторов и диодов Шотки можно, как улсе говорилось выше, уменьшить рассеянную мощность ТТЛШ-вептиля в 5 раз по сравнению со стандартным ТТЛ-вентилем, не увеличивая при этом время задержки. Различие в обозначениях между ТТЛ и ТТЛШ заключается в том, что после номера для ТТЛШ серии ставятся буквы Ь5, т.
е., например, ТТЛШ-вентиль из серии 7400 обозначается как 51ч741.500. 4.18. Логические уровни напряжения, входной и выходной токи Ниже в таблице 1 приведены логические уровни напряжения для ТТЛШ- и стандартных ТТЛ-схем. Мы видим, что минимальное выходное напряжение высокого уровня (l'„„составляет 2,5 В и отличается от У'„на 0,5 В. В ТТЛ-схемах эта разница меньше и составляет 0,4 В. Таким 188 Глава 4 образом, помехоустойчивость маломощных ТТЛШ-схем по сравнению со стандартными ТТЛ-аналогами для сигналов высокого уровня оказывается выше.
Следует также обратить внимание на то, что входной ток увеличивается от — 1,6 до — 0,4 мА. Для сравнения отметим, что выходной ток для напряжения низкого уровня также мал (8 мА вместо 16 мА). Небольшой входной ток позволяет уп- Таблица А Входные и выходные напряжения и токи для ТТЛШ- и ТТЛ-схем Параметр равлять ТТЛШ-схемами с помощью КМОП-схем. Выходное напряжение низкого уровня имеет максимальное значение 0,5 В; Это означает, что гарантированная величина помехоустойчивости для низкого уровня уменьшается на 0,1 В (см.
ниже): Помехоустойчивость, В 74 74 1.9 Высокий уровень 0,4 0,8 Низкий уровень 0,4 0,4з) 4.19. Неиспользуемые входы логических элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ в маломощных ТТЛШ-схемах На неиспользуемые входы следует подавать напряжение выше 2,7 В, которое, однако, н схемах с многоэмиттерным входом не должно превышать 5,5 В. Это запирающее напряжение снижает паразитные емкости вводов, так как емкость диода при повышении обратного напряжения уменьшается. Благодаря этому паразитная емкость в точке соединения диодов на входе не- " Помехоустойчивость равна 0,4 В при токе 4 мА (коэффициент разветвления по выходу равен 10).
189 Семейства логических схем значительна, так что крутизна фронта изменится несущественно. Кроме того, как и в случае стандартных ТТЛ-схем, здесь применяются следующие методы внешнего отключения неиспользуемых входов: 1. Соединение неиспользуемых входов с независимым источником напряжения 2,7 — 3,5 В. 2. Соединение неиспользуемых входов с другими работающими входами. При этом управляющая схема нагружается сильнее, однако это проявляется только при сигнале низкого уровня (появится больший ток утечки).
3. Соединение неиспользуемых входов с точкой У, через резистор с сопротивлением 1 кОм, чтобы ограничить ток случайных шумовых выбросов с амплитудой )5,5 В. С шиной +5 В через резистор с сопротивлением 1 кОм можно соединить до 25 неиспользуемых входов. 4. Соединение неиспользуемых входов с выходом неиспользуемого инвертора, вход которого необходимо заземлить. 5. Заземление неиспользуемых входов.
Методы 1, 3, 4 используются для схем И-НЕ, а методы 2 и 5 — для схем ИЛИ-НЕ. 4.20. Коэффициент разветвления по выходу для маломощных ТТЛШ-схем Коэффициент разветвления по выходу можно вычислить, поделив выходной ток управляющего элемента на входной ток управляемого элемента. Для ТТЛШ-схем этот параметр при низком уровне напряжения равен 870,4=20 и при высоком уровне — 400120=20. По сравнению со стандартными ТТЛ-схемами коэффициент разветвления по выходу для маломощных ТТЛШ- схем увеличивается в 2 раза (20 вместо 10). 4.21. Входные диодные ограничители'1 В длинных сигнальных линиях возникают отражения, причем обратная волна входного напряжения имеет отрицательный знак относительно земли.
Этот эффект можно подавить с помощью ограничителей на основе диодов Шотки, включенных между соответствующим входом и землей. Кроме того, такое ограничение приводит к тому, что вследствие более интенсивного затухания после прохождения ступеньки напряжения в сигнальной линии быстрее завершается переходный процесс. н другое название — антнвеонные диоды. — Прим. ред. Глава 4 190 4.22. Развязка шины питания Для развязки шины питания достаточно использовать керамический конденсатор емкостью 0,1 мкФ на каждые 4 элемента, независимо от частоты переключения схем.
4.23. Семейства 74Н, 74$ и 74Е В рамках ТТЛ-технологии, кроме стандартных ТТЛ- и маломощных ТТЛШ-схем, известны еще семейства ТТЛ-схем 74Н, 74З и 741.. Серия 74Н была разработана с целью увеличения быстродействия ТТЛ-схем. Затем появилась серия 741.
— вариант ТТЛ-схем с меньшим потреблением мощности, которая предназначалась для тех применений, где быстродействие несущественно. Структура этих схем почти не отличается от структуры стандартных ТТЛ-схем (изменены лишь номиналы резисторов). В частности, в схемах серии 74Н уменьшено сопротивление резистора нагрузки; в схемах серии 74Б это сопротивление увеличено, что привело к уменьшению мощности, потребляемой логической схемой в целом. Большой скачок в их быстродействии произошел после введения диодов Шотки в состав логических схем. Включая диоды Шотки между коллектором и базой транзисторов, можно исключить насыщенный режим управления и существенно уменьшить время задержки в соответствующих логических схемах.
Диод Шотки является в этом отношении идеальным, так как он быстро переключается за счет почти полного отсутствия эффекта накопления носителей заряда в области р — п-перехода. Транзисторы с диодами Шотки, включенными между коллектором и базой, обычно называются транзисторами Шотки. Кроме того, диоды Шотки широко используются в режиме ограничения на входе логической схемы относительно земли для того, чтобы исключить выбросы при напряжениях низкого уровня. Это новое семейство продается под названием 74$-ТТЛ. Схемы по- прежнему принадлежат ТТЛ-семейству, добавляются лишь диоды Шотки.
Маломощные ТТЛШ-схемы относятся к последним разработкам в области ТТЛ-технологии. Что касается основной структуры схем, вряд ли ее следует относить к типу ТТЛ, так как логические входы схем состоят из быстрых диодов Шотки, а почти все транзисторы преобразованы в транзисторы Шотки. В результате они ближе к ДТЛ, чем к ТТЛ.
Ниже приведена таблица 2, в которой сравниваются характеристики различных ТТЛ-семейств. Из нее видно, что эти семейства имеют идентичные уровни переключающего напряже- 191 Семейства логических схем Таблица 2. Характеристики различных серий ТТЛ-семействв 74 З 74 ЕЯ 74 74 Н Параметр +5 ~5од — 400 8 0 — 70 +.5 -4-5% — 400 16 -)-5 -ьбогс„ — 1000 -1-5 ~бегу — 200 3,6 0 — 70 +5 -4-5% — 500 20 0 — 70 Гун, В ! вмк. ало, мкА 7~вял. лганс, мА Тл (температурный диапазон), 'С »с мвв, В Ггс к макс, В Гуд (напряжение нз антизвонном диоде), В 77.„...„В 17'вмк. касс, В апв,. ллакс, мкА 7~ел, ма с, мА Твв.
макс, мА 20 0 — 70 0 — 70 2 0,8 — 1,5 2 0,8 — 1,5 0,8 — 1,2 0,7 0,8 — 1,5 2,7 0,5 50 — 2 — 100 2,4 0,4 40 — 1,6 — 55 2,7 0,5 20 — 0,4 — 100 2,4 2,4 0,4 10 — 0,18 — 15 0,4 50 — 2 — 100 Таблица 3. Произведение быстродействия нв потребляемую мощность, время задержки распространения сигнала, потребляемая мощность и частотный диапззон для ТТЛ-элемснтов и триггеров Провлвсдевне бьлстродсйстаня~ па потребляемую мощность пдж' Частотный днв- пачон 4ст по- стоявного тока), йбтв Потреблнсмая мощность на логический вле- мент Бремя за- держке, нс Серия 9,5 33 3 1О 6 45 3 125 35 50 2 ! !9 !О 22 19 33 57 100 132 541.5/7418 541.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
