Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 1. Основы цифровой электроники на ИС (1987) (1092081), страница 35
Текст из файла (страница 35)
ргд. мо Глана 4 к выходу схемы из строя: из управляющего источника через .диод В2 потечет неограниченный по величине ток, путь которого замыкается на источник через шину питания и конденсатор Фильтра. Так как защитный диод может пропустить не более 10 мА, то разрушается либо этот диод, либо внутренняя шина питания схемы. Также следует позаботиться о том, чтобы и на -выходе при отключенном питании через диоды подложки не протекал недопустимо большой ток. Защита обеспечивается с .помощью подходящего ограничивающего резистора.
Входное напряжение КМОП-элемента не должно превышать напряжения питания Ун и быть не ниже потенциала земли. :Если входной сигнал КМОП-элемента формируется на выходе Ь Рнс 4.44 КМОП-элемент с эашнтноа цепью. схемы, которая находится на другой печатной плате, этот вход следует соединить через резистор с точкой Уа или землей. 'В противном случае при удалении платы, на которой смонтирована управляющая схема, вход «повисает» и переходит в неопределенное состояние. 4.28. Неиспользуемые входы В КМОП-схемах неиспользуемые входы нельзя оставлять в «подвешенном» состоянии, так как при этом возникает неоп.ределенная логическая ситуация: из-за высокого импеданса (-10" Ом) входное напряжение может самопроизвольно переходить с низкого уровня на высокий (и наоборот), в результате чего при проверке режимов работы может возникнуть непредсказуемый результат. Поэтому все неиспользуемые входы необходимо соединить либо с точкой Ун, либо с землей, в зависимости от логической функции соответствующей схемы.
Например, а случае схемы ИЛИ-НЕ неиспользуемые входы заземляются, .а в случае схемы И-НЕ соединяются с точкой Ун. 2!в Свхмйвтва логических екем Неиспользуемые входы можно также соединять с теми вхо-. дами, которые используются в схеме. В случае логических элементов И-НЕ это означает, что, когда на входе появится напря-. жение низкого уровня (рис. 4.45), несколько верхних транзисторов в схеме будут открыты. При этом нз-за параллельного, включения транзисторов схема потребляет больший ток с шины питания с1в. В результате этого на выходе схемы можно Рис. 4.45. Неиспользуемые входы, связанные с сигнальным входом. обеспечить больший ток 1„„„,.
Это увеличение тока не влияет на режим работы нижних транзисторов, так как они включены последовательно. Если мы соединим неиспользуемые входы с рабочим входом в схеме ИЛИ-НЕ, то в проводящем состоянии окажется ббльшее число нижних транзисторов и схема начнет пропускать большой ток на землю (1ыви).
Меняя либо 1„„„„либо 1„,в, таким способом можно увеличить нагрузочную способность соответствующей схемы. В общем случае нагрузочную способность КМОП-элемента можно увеличить, включая соответствующие входы параллельно, что позволяет, например, непосредственно управлять стандартной ТТЛ-схемой. Для этой цели следует выбрать схему ИЛИ-НЕ, чтобы можно было увеличивать ток на землю, сохра- 212 Глава 4 няя одновременно низкую величину выходного потенциала сУаеых ПРи УпРавлении схемами с помощью длинных сигнальных линий также следует использовать схему ИЛИ-НЕ, входы которой связаны между собой.
Если две схемы включены параллельно, нагрузочная способность удвоится в обоих направлениях (рис. 4.46). 4.29. Стандартные схемы И-НЕ и ИЛИ-НЕ в КМОН-логике Мы не можем дать здесь полный обзор всех КМОП-схем, поэтому рассмотрим лишь элементарные схемы И-НЕ, ИЛИ-НЕ н НЕ, чтобы иметь представление о КМОП-логике в целом. На рис. 4.47 приведена схема И-НЕ нз серии 4000 фирмы ВСА. Для реализации функции И-НЕ нижние транзисторы необходимо соединить последовательно, а верхние — параллельно.
Это вызвано тем, что, как следует из таблицы истинности схемы И-НЕ, на выходе появляется напряжение высокого уровня тогда, когда на один или несколько входов подано напряжение низкого уровня. Короче говоря, мы имеем дело со схемой И-НЕ для низкого уровня и поэтому верхние транзисторы должны быть включены параллельно. Согласно таблице истинности на выходе схемы появится напряжение низкого уровня тогда, когда на оба входа будет подано напряжение высокого уровня.
Все верхние транзисторы в этой ситуации заперты, а нижние отпер- Рис. 4.46. Схемы И-НЕ и ИЛИ-НЕ, включенные параллельно лля улучшения нагрузочных характеристик, ты. Чтобы реализовать функцию И для напряжения высокого уровня, нижние транзисторы необходимо соединить последовательно. Как видно из рис. 4.48, в схеме ИЛИ-НЕ при положительной логике ситуация оказывается обратной, так как из таблицы истинности следует, что в схеме ИЛИ-НЕ при положительной логике на выходе должно появиться напряжение низкого уровня, если на один или несколько входов будет подано напряжение высокого уровня.
Когда на один или несколько входов подается напряжение высокого уровня, последовательное соединение верхних транзисторов нарушается и один или несколько 213 Семейства хогиаеских схем Тадйййа йспвнносвй ие и н.г с=в о Рис. 4.47. Счетверенная КМОП-схема И-НЕ с двумя входами С04011А. нижних транзисторов будут отперты. Если на оба входа подается напряжение низкого уровня, будут проводить все верхние транзисторы и запрутся все нижние.
При этом на выходе появится напряжение высокого уровня в соответствии с таблицей истинности. Инвертирующие и неинвертирующие КМОП-буферы были разработаны для управления ДТЛ- и ТТЛ-схемами, т. е. в ка- Глава 4 Ув Гийниии ииснинниисни вв н=г с=о о Рис. 4.48. Счетвереииая КМОН-схема ИЛИ-НЕ с двумя входами СП4001А. честве конверторов для преобразования логических уровней КМОП-схем в соответствующие уровни в ДТЛ- и ТТЛ-схемах (рис. 4.49). Логический элемент 4009 является инвертируюшим буфером, а логический элемент 4010 — неинвертирующим буфером. В действительности здесь последовательно включены две КМОП-схемы и коэффициент разветвления для высокого уровня увеличен за счет включения дополнительного транзистора параллельно верхнему транзистору. Шина питания оконечного 21$ Семейства логических схем каскада выведена отдельно, чтобы ее можно было подключить к источнику питания управляемых ДТЛ- и ТТЛ-схем (1ав обозначает напряжение питания КМОП-схем).
Оба буфера могут .потреблять ток до 8 мА при выходном напряжении 0,5 В и напряжении питания Он=10 В. При переходе к другим логическим уровням напряжений необходимо позаботиться о том, чтобы Усе было не выше слн, за асс асс Яхйд дйтхгтд дхп а ахгтд йоис. 4.49. Инвертирующий н неинвертирующий КМОП-буферы (СР4009 н С04010А) . исключением перехода к напряжениям ниже 6 В. Емкость нагрузки при этом не должна превышать 5000 пФ. На рис.
4.50 показана КМОП-схема И-ИЛИ-НЕ. Тпанзисторы из группы 1 образуют схему И-НЕ для высокого уровня, а транзисторы из группы П вЂ” схему ИЛИ-НЕ для низкого уровня. В действительности это две идентичные схемы, однако мы уже знаем, что схемы И-НЕ для высокого уровня можно рассматривать как схемы ИЛИ-НЕ для низкого уровня и с помощью инверсии в группе 1 мы можем получить вторую схему И-НЕ для низкого уровня.
Выход схемы ИЛИ-НЕ сопряжен транзисторами группы П1, которые реализуют еще одну функцию И с привлечением запре- Г а~~~ а '. «Ь1 'а а Е~-оо ! гч чь~ а ' соаааал аа~,~а — П вЂ” ' а Ь а со саыл 1 Глава 4 ~ялкап Рис. 4.50. КМОП-схема И-ИЛИ-НЕ 1СО4085В).
щающего входного сигнала. Только в том случае, когда этот сигнал имеет низкий уровень, информация из схемы И-ИЛИ-НЕ поступит на оконечные транзисторы группы 1Ъ", где логический сигнал инвертируется еще два раза. Все входы схемы защищены диодами, которые, однако, не показаны на рис. 4.50.
4.30. Двунаправленный ключ На рис. 4.51 показана схема 4016А, содержащая 4 двунаправленных ключа. Если на управляющий вход подается напряжение высокого уровня, двунаправленный ключ запирается и пара нижних транзисторов (вентили) превращается в двунаправленный переходный резистор с сопротивлением 300 Ом при Ба=15 В. Этот вентиль может передавать с высокой степенью линейности как аналоговые, так и цифровые сигналы. 217 Семейства логических схем В запертом состоянии нижних транзисторов при низком управляющем напряжении (О В) сопротивление между входом и выходом схемы достигает 75 МОм и на частоте сигнала 1О кГц при нагрузке 10 кОм коэффициент ослабления равен — 65 дБ'1.
Эта величина уменьшается с ростом частоты сигнала. Например, при 1,25 МГц коэффициент ослабления составляет — 50дБ. Фирма-изготовитель сообщает, что этот переключатель применим вплоть до частот 10 МГц. УщтВВ Вха тс ,о Л. В Всх Вх Вги Вх Ввд ВУ Вы Ирй0иащие Вттпо Рис. 4.51. Четыре двунаправленных ключа в одном корпусе (4016А). Передающий вентиль находит ряд интересных применений, среди которых можно назвать одновременное и последовательное переключение сигналов, смешивание сигналов и реализацию трехуровневой логики. 4.31.
КМОП-серия 4000В и серия 54НС)74НС После того как в начале 70-х годов в продаже появилась серия 4000 фирмы КСА, разработка КМОП-схем продолжалась, в результате чего появились улучшенные серии типа 1.ОСМО5-В и 4000-В. КМОП-В-схемы имеют выходы, которые снабжены буферами, обеспечивающими лучшую передаточную характеристику и более постоянный коэффициент разветвления по выходу. В разработанных В-сериях этот коэффициент уже не зависит от уров- и Иначе говоря, двунаправленный ключ соединяет (через сопротивление 300 Ом) и разъединяет вход с выходом, сохраняя их равнозначнымн, что позволяет передавать сигналы в двух направлениях. — Приза ргд.
218 Глава 4 ня напряжения, подаваемого на логический вход схемы. КМОП-В-схемы имеют максимальное напряжение питания 18 В и симметричные выходные характеристики, а это означает, что комплементарные выходные транзисторы имеют идентичные свойства. Кроме того, серия 10СМОЗ-В обладает намного бо.лее высоким быстродействием, чем ранняя КМОП-серия. В последние годы КМОП-схемы описываются с помощью. стандартной спецификации ЗЕВЕС'1, которая используется почти всеми фирмами-изготовителями разных вариантов В-серии. УУ80УЧСРЦЮ~аННЫО" дбухйу 7 бх (() брала В нньа' ф б/Хдбт 5 (О У5тт' Буй а д Рис. 4.82 ьОСМОБ-схема ИЛИ-НЕ с двумя входами и буферизованным выходом.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
