Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 1. Основы цифровой электроники на ИС (1987) (1092081), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Так как эти схемы управляются одинаковыми сигналами и являются совместимыми по выводам, их можно использовать в логических разработках совместно. Улучшение параметров новых схем достигается за счет непользования диэлектрической изоляции на основе 810е, что приводит к существенному уменьшению паразитных емкостей и емкостей между активными элементами. Кроме того, использование ионной имплантации обеспечивает р — и-переходы с гораздо меньшими размерами, чем в ТТЛ-схемах. Многие СИС реализуются в стандартном корпусе 01Р шириной 7,5 мм с 24 выводами, благодаря чему схемотехник может увеличить плотность функциональных элементов на плате на 30с7с. Это приводит к уменьшению на 20Ъ необходимой площади печатного монтажа. Повышенная плотность монтажа логических схем, безусловно, влияет на надежность их работы. Фирма Га1гсЫ!б разработала новое ТТЛШ-семейство, в котором достигнут приемлемый компромисс между быстродействием и потребляемой мощностью.
За счет более усовершенствованной технологии, известной под названием 1зор1апаг-П, и некоторых изменений в базовых логических элементах это семейство обладает быстродействием, на 20е/е более высоким, чем быстродействие ТТЛШ-схем, при одновременном уменьшении рассеиваемой мощности на 25с7е. Площади коллектора, эмиттера и базы элементов ТТЛШ-семейства фирмы Ра)гсЫ1д также существенно уменьшены, что привело к снижению соответствующих паразитных емкостей. В результате ширина полосы частот этого семейства транзисторов составляет -5 ГГц, а время задержки не превышает 4,5 нс на один вентиль.
К другим достоинствам этих схем можно отнести повышенную помехоустойчивость и уменьшенный в три раза входной ток при одинаковой с ТТЛ управляемости по выходу. На рнс. 4,32 — 4.34 показаны базовые схемы логических элементов в различных ТТЛШ-семействах, которые сильно отличаются от базовой схемы логического элемента, рассмотренной в разд. 4.17 (маломощное ТТЛШ-семейство). На рис.
4.35 приведена функция, характеризующая связь между потребляемой мощностью и полосой частот в режиме периодического импульсного управления, Схема Г04 принадлежит ТТЛШ-семейству фирмы Га)гсЫ10. Рис, 4.54. Усовершенствованная базовая ТТЛШ-схема фирмы Ра!тсЫ!й. сь МИО ~ ~Уд ф ~ ~70 ег Ю 'я фФ Ь у г ы га ж ы гамп Й'адйлт,Щ— Рис.
4.35. Связь между потребляемой мощностью (приходящейся на один ло. гичесний элемент) и частотой при импульсном запуске (коэффициент ааиолие- ния импульса без нагрузки равен 50'5, Т=25'С, Уз=5 Вз. Глава 4 4.25. Совместимость усовершенствованных и маломощных ТТЛШ-семейств с другими ТТЛ-семействами Как мы уже говорили выше, усовершенствованные ТТЛШ- семейства совместимы с другими ТТЛ-семействами по структуре выводов корпуса 01Р. Для них остаются справедливыми правила, относящиеся к неиспользуемым входам и напряжению питания, которое должно быть равно +5 В~5%. Сигнальная монтажная связь между отдельными схемами не создает никаких проблем, если длина сигнальной линии не превышает 30 см. При большей длине следует применять скрученные пары и согласующие резисторы, сопротивление которых равно 80 — 130 Ом, что позволяет подавить наводки и отраженные сигналы (гл.
5). Кроме того, на печатной плате следует избегать параллельного расположения линий связи. Рекомендуется также использовать последовательный обход сигнальных вводов (трассировка «от точки к точке»). В связи с этим можно также отметить, что было бы полезно, чтобы каждая плата имела заземленную прослойку с целью экранирования сигнальных линии, расположенных по обе стороны платы. В заземленной прослойке может течь обратный ток, который понижает полное волновое сопротивление линии связи и существенно уменьшает наводки сигнальных линий друг на друга.
Можно применить также многослойную печатную плату, т. е. плату, в которой медные слои чередуются со слоями изоляции. Для увеличения помехоустойчивости при длине линий связи более 30 см и для обеспечения максимальной крутизны фронта входных и выходных импульсов рекомендуется применять резисторы нагрузки с сопротивлением 300 Ом, которые располагаются на приемной стороне сигнальной линии.
Эти резисторы включаются в приемнике между входом и точкой +5 В. 1Гоэффициент разветвления по выходу должен допускать подключение дополнительного резистора, другими словами, включение этого резистора в соответствующие схемы не должно приводить к превышению их нагрузочной способности. Не рекомендуется соединять выходы схем по кругу. По возможности следует также избегать разветвлений сигнальных линий. Нежелательны также повороты сигнальных линий под острым углом.
Расстояния между сигнальными линиями и печатной платой должны быть не менее 0,4 мм. Как и в других ТТЛ-семействах, в усовершенствованных ТТЛШ-семействах разумно использовать развязку питания корпусов с помощью керамических конденсаторов. Емкость таких конденсаторов должна быть не менее 0,01 — 0,1 мкф, при этом один конденсатор используется для развязки 2 — 5 корпусов. Для оптимальной развязки конденсатор необходимо включать 20! Семейства логических схем с помощью коротких соединений между выводом +Ув и земляной шиной печатной платы (нли земляным выводом корпуса). Как уже говорилось выше, правила, которые выполняются для неиспользуемых входов в маломощных ТТЛШ-схемах, применимы также и в усовершенствованных маломощных ТТЛШ- семействах.
Вход, на который подается высокий потенциал, связывается с точкой +Уз=+5 В через резистор с сопротивлением 1 кОм. С помощью одного резистора таким образом мож- ыьси г,б 2 l ьх' "„т',б ~Ц ~~ дб ыьх и а Ъьс,» КЛ Поииауонаагобаснть нп бь санси уробне ЯЕЪ Паиегпусптапгпбасаь на нпенан урабне ББ Псрпгобон обсосать Рис. 4.36. Помехоустойчивость различных ТТЛ-семейств. но подать высокий потенциал на несколько неиспользуемых входов.
Резистор, соединенный последовательно со входом„используется обычно для того, чтобы в случае превышения максимального напряжения питания +5 В соответствующий вход не вышел из строя, Относительно времени нарастания и спада внешних управляющих сигналов можно отметить следующее. Эти сигналы должны иметь фронты с крутизной (50 нс/В и быть свободны от выбросов. Данное требование применимо также и в случае тактовых сигналов, используемых для запуска триггеров.
На рис. 4.36 приведены величины помехоустойчивости различных ТТЛ-семейств. Все семейства имеют достаточно большие величины помехоустойчивости, которые перекрываются между собой, и поэтому схемы из различных семейств можно использовать совместно. Однако коэффициенты разветвления по выходу существенно различаются между собой. Это необходимо Глава 4 учитывать при совместном использовании схем из различных семейств. Нагрузочные характеристики показаны на рис.
4.37, где сравниваются различные семейства логических схем. Шкала указана в единицах нагрузки, характерной для входов стандартных ТТЛ-схем (серия БИ7400). На этой шкале нагрузочная способность маломощных ТТЛШ-схем равна 5 для низкого уровня и ~ ~уг а ~ ф4 5 чз сэ Я 4 Ь 2 'с 74У 54Х 7И54Я 74 54 74 54 747. 5й. 74 54 74 54 15 Ы Я5 ЯЯЯ7.5 ЯЫ ~Ъ Яагругнанабнсаном уроано г ~Яагругнананогнан уроано Рис, 4.37, Коэффициент разветвления по выходу для различных ТТЛ-семейств. 7.,5 — для высокого уровня (БИ54). Это означает, что одна маломощная ТТЛШ-схема может управлять пятью стандартными ТТЛ-схемами.
При переходе к усовершенствованной ТТЛШ-схеме это число уменьшается до 2,5. С учетом этой нагрузочной способности ТТЛШ-схема может управлять двумя стандарт! 4- ми ТТЛ-схемами. Указанные на рис. 4.37 схемы серии 54 удовлетворяют требованиям, предъявляемым к военной технике. Для этих схем характерен более широкий температурный диапазон, в котором гарантируются указанные выше параметры схем.
Обозначения эквивалентных ТТЛШ- и других ТТЛ-схем выбраны максимально похожими. Так, например, двойной Р-триггер 5Ы7474 обозначается в маломощном ТТЛШ-семействе как 74Е574, в усовершенствованном — как 74АЬ74 и в усовершенствованном мало- мошном — как 74А) 574. 203 Семейства логических схем 4.26. Логические схемы на МОП-транзисторах Полевой МОП-транзистор имеет естественное пороговое напряжение Увев на истоке, что позволяет использовать его в цифровых схемах. Другим его свойством, особенно интересным для применений в ИС, является высокая плотность упаковки функциональных элементов. Она оказывается приблизительно в 10 раз выше, чем в ИС на основе биполярных транзисторов. Кроме того, высокий входной импеданс полевых МОП-транзисторов способствует тому, что логические схемы рассеивают небольшую мощность в области затвора (т.
е. в области управляющего элемента), а это, в свою очередь, позволяет получить почти бесконечную нагрузочную способность в режиме постоянного тока. Наконец, сопротивлением полевого МОП-транзистора можно управлять, что позволяет размешать в небольшом объеме очень сложные схемы. Одним из базовых элементов цифровых схем является инвертор.
На рис. 4.38 показан инвертор на основе МОП-транзис- стйых йнЫупаП Сослано су йтсйжы „Юкдетггулт- Рнс. 4.38. Инвертор на двух полевых МОП-транзисторах с р-каналом. тора с каналом р-типа и нагрузочным сопротивлением в виде такого же транзистора. На рис. 4.38,б и в приведены эквивалентные схемы инвертора во включенном и выключенном состояниях. Во включенном состоянии полевой МОП-транзистор ведет себя как резистор с малым сопротивлением, которое сравнимо с сопротивлением канала насыщенного полевого транзистора, соединенного последовательно с источником напряжения, равного пороговому напряжению МОП-транзистора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
