Й.Янсен Курс цифровой электроники. Том 1. Основы цифровой электроники на ИС (1987) (1092081), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Галя небуферизованного выхода не используется часть схемы, показанная справа от звездочки * (а), На рис, (б) видно улучшение передаточной характеристики после перехода к буферизованному выходу. При разработке улучшенных вариантов существенно увеличилась и степень интеграции КМОП-схем, что привело к созданию ряда сложных схем вплоть до микропроцессора (фирма КСА).
В атом отношении КМОП-схемы проходят в своем развитии такой же путь, как и ТТЛ-схемы, в результате чего современный разработчик логических схем получает в свое распоряжение широкий набор злементов, выполняющих самые сложные функции. Серия 1.ОСМОЯ, разработанная фирмой Р)т(11рз, также является одним из семейств КМОП-схем, изготовленных с использованием усовершенствованной технологии. Эта серия совместима с КМОП-схемами других фирм-изготовителей н продается толь.- и зЕ!УЕС вЂ” сокращение от словосочетания бош! Е1ес1гоп. Оеу!се Епн)- пееппн Сонно!!. — Лривь перев. Семейства логических схглг ко в варианте с буферными выходными каскадами.
Кроме того, по сравнению с обычными КМОП-В-схемами элементы серии 4.ОСМОЯ обладают более высоким быстродействием, большей плотностью упаковки и имеют более высокую помехоустойчивость. На рис. 4.32,а приведен ЕОСМОЬ-элемент ИЛИ-НЕ с двумя входами. Из передаточной характеристики этого элемента Таблица 8. Сравнение ТТЛ- и ьОСМО5-семейств по времени задержки распространения, максимальной частоте запуска триггеров, статической рассеиваемой могцности, помехоустойчивости .и коэффициенту разветвления по выходу 4000 4000 4000 ьосмоз 1 ьосмоз 1 ьосмоа Стандартная ТТЛ-схема Маломопхна» 11 ЛШ-схема Хараятернстнха Напряжение питания )ов зи )0 В 10 1О 40 Зреми задержки распространения (Сь 15 ЛФ), нс гмаксимальная частота запуска триггеров, МГц Потребляемая мои)- ность (статическан), мВТ Помехоустойчивость, В Коэффициент разветвлении по выходу 20 15 35 45 16 20 10-4 10 1О а 10 а 2,25 0,8 4,5 6,75 501) 50т) 50т) 1О !О ') Определен нз допустнмого времени задержав.
(рис. 4.52„б) следует, что характеристика переключения приближается к идеальной форме. На этом же графике приведена передаточная характеристика стандартной КМОП-схемы. Как уже говорили выше, КМОП-схемы имеют более низкое быстродействие, чем ТТЛ-схемы, что также следует из табл. 8, где ТТЛ- и ТТЛШ-серии сравниваются с ).ОСМОЬ-серией 4000 фирмы РЫ))рз. Видно, что при переходе к более высокому напряжению питания время задержки уменьшается. На рис.
4.53 сравнивается время задержки для семейств ТТЛ, КМОП и 1ОСМОЯ. График на рис. 4.53 отражает соотно,шение между емкостью нагрузки и относительным временем задержки. Из него следует, что серия ).ОСМОЬ имеет меньшее юо Глава 4 са ь~ Рис. 4.53. Относительное время задержки как функция монтажной емкости для ТТЛ., КМОП- и ьОСМОЗ-семейств. время задержки по сравнению с остальными КМОП-сериями. По сравнению с ТТЛ-схемами КМОП-схемы рассеивают гораздо меньшую мощность, по крайней мере, в статическом режиме (в режиме постоянного тока). При увеличении частоты входного сигнала рассеиваемая мощность увеличивается вследствие зарядки и разрядки монтажных емкостей.
Ф' и йу-г Ф у' -4 уа' а' ю' у!)' а' и' йу ду' '!ос~по~па, Г)г Рис. 4.54. Зависимость усредненной рассеиваемой мои!ности ТТЛ-схем (кри- вые 1 — 3) и МОП-В-схем (кривые 4 — 6) от частоты, 22$ Семейства логических схем На графике, приведенном на рис. 4.54, показана связь между мощностью, потребляемой схемой, и частотой логического сигнала на входе ТТЛ- и КМОП-В-схем.
Из приведенных данных следует, что в КМОП-В-схемах потребляемая мощность растет с увеличением частоты и тем быстрее, чем выше напряжение питания. Для ТТЛ-схем потребляемая мощность почти не зависит от частоты входного сигнала. Для согласования логических уровней между КМОП- и ТТЛ-схемами обычно используются КМОП-преобразователи типа 4049В и 4050В.
Другие характеристики ТТЛ-, КМОП-, ТТЛШ- и усовершенствованной ТТЛШ-серий приведены в табл. 9. Фирма Ха(1опа! 5еш(сопс(пс(ог разработала быстродействующее КМОП-семейство 54НС/74НС (усовершенствованные КМОП-схемы), совместимое по функциям и конфигурации выводов корпуса с усовершенствованной ТТЛШ-серией, но с более высоким быстродействием и меньшей потребляемой мощностью. 4.32. Эмиттерио-связанная логика Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ) — один из вариантов логических схем, работающих в ненасыщенном режиме. ЭСЛ- схемы обеспечивают задержки 3 — 5 нс на один вентиль и логические уровни напряжения в них зависят только от отноше- «пды -оввз,гвз Рис.
4 55. Базовая ЭСЛ-схема фирмы Мо1ого!а. ния сопротивлений, а не от их абсолютных значений. Кроме того, ЭСЛ-схемы имеют низкий выходной импеданс, небольшой разброс уровней логического напряжения (0,7 — 1,5 В) и хорошо определенную помехоустойчивость для обоих уровней логического напряжения. 3 оф 3. сй 6 0Ы Б 3 6 о ° х 3 3 3 3 о сч оо С'3 й' й 3 о о ,хйх 'х йййй сч Сс' ..3 о с' о оо сч сч 03 И вЂ”. о ,6 3 -о Ю сч ь сы 33 0 й йй й й 3 о Ю 00 3' 33 33 ййййй й 3 03 и3' 63 о С'3 о оо С'3 СЧ й 3 3 -о й 33 й 33Ы ййййх 43 о о„ 00 с,," О о ОО 60 Ю осч сч й й о 00 ЮЮ Ю е 63 о !се ао о 63 !1 3.3 Х- о' о 6 60 ° 33 й 33 Ы ййййх С3 63-о 63 о— '0 — 43 о 63 оо о 63 6 33 й й 2 й 43 й 3 3 3 й Л вЂ” О с., 00 '3' «3 о сч ю оо3 о о 63 фо Ю й й и 3 О й о О 3 О х й 3 й к х Р й й 30333 63 -33 6 й О.
й й О. 03 м 3 3 3 3 3 х й й О 3 4 х "й, 63 к й й Й й "а. о о й й й й й 2 й 3 й й Ц 3 а,й хо й хай Э Кй 36йй й 63 й 63 й йх2 2 М й йк й ~ й В а~- й~= Выхыс 33 ф "6 о й 3 0031 о .а ой й 3 й 33 й й 3:3 63 о э й. к аа 43 Я й о 1 а 3 аа й дх 33 о й ой й й 33 Я йй й ы хо 6\ й й й й ой Е 33 О-, 3 о х х й й -3 о о о \' о 33 й й й 2 х й а ф 0 3 а М 3 й 0 223» оемейстеа еогических схем На рис. 4.55 показана ЭСЛ-схема, которая выпускается фирмой Мо1ого!а под названием МЕС1.. Транзисторы Т1 — ТЗ образуют вместе с Т4 дифференциальный усилитель, который можно рассматривать здесь как переключатель тока.
База транзистора Т4 соединена с источником опорного напряжения 0„„ обеспечивающим на эмнттере постоянное смещение, равное. У,„минус разность потенциалов между базой и эмиттером транзистора Т4. Фиксированное напряжение на эмиттерном резисто- -ов -4Ю Рис. 4.56. Базовая схема ЭзСг1. ре обеспечивает постоянство суммы токов в транзисторах Т1 и ТЗ, с одной стороны, и Т4 — с другой. Когда напряжение на базах транзисторов Т1 — ТЗ становится меньше опорного напряжения, эти транзисторы запираются и полный эмиттерный ток проходит через Т4 на шину питания.
Если на одной из баз Т1, Т2 или ТЗ устанавливается положительный потенциал, ток в Т4 уменьшается. Ток через эмиттерное сопротивление при этом ие меняется. Под действием тока, протекающего через один из транзисторов Т1 — ТЗ, потенциал их объединенного коллектора уменьшается. Потенциал коллектора транзистора Т4 повышается, так как ток через этот транзистор уменьшается. С помощью эмиттерных повторителей изменения потенциала передаются на выходы Р и Е.
Рассмотренная ЭСЛ-схема реализует обе функции ИЛИ и ИЛИ-НЕ при положительной логике, так как сигнал появляется на ее выходе как в прямой, так и в обращенной формах. Схема рассчитывается таким образом, что ни один из транзисторов не может быть введен управляющими логическими сигналами в режим насыщения. Поэтому она является быстро- 224 Глава 4 действующей схемой, в то же время произведение рассеиваемой мощности на время задержки сигнала для нее оказывается пренебрежимо малым.
В других вариантах логических схем небольшое время задержки обеспечивается в основном за счет больших токов, которые производят быструю зарядку н разрядку емкостей, т. е. быстро устанавливают логические уровни напряжения. Из-за этих относительно больших токов существенно увеличивается потребляемая мощность по сравнению с более «медлснными» схемами. Одним из типов логики, которую можно считать вариантом ЭСЛ, является ЭЭСЛ или Э'СЛ. Она отличается от ЭСЛ тем, что эмиттерные повторители, которые в случае ЭСЛ находятся на выходе схем, теперь помещаются и на входе (рис. 4.56). В Э'СЛ логические функции реализуются с помощью эмиттерных повторителей. При этом объединенный эмиттер соединен с базой одного из транзисторов, входящего в состав дифференциального усилителя.
4.33. Серия ЭСЛ 10000 Эта ЭСЛ-серия обозначается так же, как ЭСЛ-11-серия и поставляется фирмами Мо1ого!а и 5!дпе11сз. Серия 10 000 работает с отрицательным напряжением питания — 5,2 В, при этом опорное напряжение равно 17,„= — 1,29 В. Как видно из рис. 4.57, опорное напряжение генерируется внутри самой логической схемы. Высокий уровень потенциала имеет значение около — 0,9 В, а низкий — около — 1,75 В.
Разность логических уровней напряжения составляет -0,85 В. Серия 10 000 имеет несколько модификаций, отличающихся по свойствам. Так, например, серия 10200 обладает несколько ббльшнм быстродействием, чем серия 10100. Время задержки для серии 10 100 равно 2 нс, а для серии 10200 — 1,7 нс. Максимальная частота переключения в серии 10 100 равна 125 МГц, а в серии 10 200 — 200 МГц. На рис. 4.58, а приведена передаточная характеристика функции ИЛИ для различных значений параметра 17в, который изменяется от — 3 до — 8 В. Видно, что порог, т. е. напряжение, при котором схема переходит из одного состояния в другое, изменяется в зависимости от напряжения питания от — 1,6 В до — 0,9 В, а выходное напряжение — от — 2,2 В до — 1,1 В. При напряжении питания — 5,2 В точка переключения находится при — 1,29 В; величина опорного напряжения при этом равна 5,2 В.
Усредненная передаточная характеристика для ЭСЛ-функции ИЛИ-НЕ приведена на рис. 4.58,б. Видно, что если нулевой уровень находится выше — 0,8 В, характеристики изгибаются 225 Семейства логических схем з Д б Лттсуй| г- б,геа Рнс.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
