Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 31
Текст из файла (страница 31)
3.4.1. Общий обзор В параграфах 3. 5-3. 7 мы рассмотрим следующие вопросы; Логические уровни напряжения. Гарантируется, что выходные напряжения работающих в нормальных условиях К М ОП-устройств будут принадлежать диапазонам низкого и высокого уровней, определенным соответствующим образом. Принадлежность входных напряжений диапазонам н изюго и высокого уровней они распознают в несколько более широких пределах. Изготовители КМОП-схем очень тщательно определяют эти диапазоны и условия эксплуатации, чтобы гарантировать совместимость различных элементов одного н того же семейства и обеспечить (прн соблюдении определенных предосторожностей) возможность взаимодействия устройств из разных семейств. Запас помехоустойчивости ио постоянному току Неотрицательный запас помехоустойчивости по постоянному току гарантирует, что наибольшее напряжение низкого уровня на выходе всегда меньше самого высокого напряжения, которое на входе может надежно интерпретироваться как низкий уровень, а наименьшее напряжение высокого уровня на выходе всегда больше„чем самое низкое напряжение, юторое на входе может надежно интерпретироваться как высокий уровень.
Ясное представление о запасе помехоустойчивости особенно важно в тех случаях, когда используются схемы из нес юльких различных семейств. Коэффиниеит разввтвлеиия по выходу. Этот параметр относится к числу и типу входов, подключаемых к данному выходу. Если к выходу схемы подключено слишком много входов, то ее запас помехоустойчивости по постоянному току может оказаться недостаточным. Кроме того, коэффициент разветвления по выходу может влиять на скорость, с которой выходной сигнал изменяется от одного значения к другому. Быстродействие. Время, необходимое для изменения выходного сигнала КМОП-схемы от низкого уровня до высокого, или наоборот„зависит как от внутреннейй структуры устройства, так и от характеристик других устройств, которыми управляет эта схема, в том числе от проводов или проводников печатной платы, подключенных к данному выходу.
Мы рассмотрим две характеристики «быстродействияж время перехода и задержку распространения. Потрвбллвмалмощность. Мощность, потребляемая КМОП-схемой, зависит от нескольких факторов: от ее внутренней структуры, от значений сигналов, 126 Глава 3. Цифровые схемы поступающих на ее входы, от свойств других устройств, которыми управляет данная схема, и от того, как часто ее выходной си~пал изменяется между низким и высоким уровнями. ° Шум. Основной причиной указания предельных технических характеристик является необходимость гарантировать работоспособность схемы в присутствии шума. Шум может создаваться рядом источников; некоторые из них перечислены ниже, начиная с наименее вероятных, вплоть до наиболее вероятных (хотя это и может показаться неожиданным): - космические лучи; - магнитные поля от близко расположенного оборудования; - пульсации напряжения источника питания; - процесс переключения в самих логических схемах.
° Эл«керостатическийразряд. Верители вы, что КМОП-схему можно вывести из строя, всего лишь касаясь ее? ° Выходы с открытым стоим. У некоторых КМОП-схем отсутствуют р-канальные транзисторы на выходе, нормально подключающие выход к источ нику питания. Когда выходной сигнал должен иметь высокий уровень, выход такой схемы ведет себя подобно «отсутствию связи», что в некоторых случаях бывает полезно. Выходы с тремя состояниями. Некоторые КМОП-схемы имеют дополнительный управляющий вход «разреш«яие выхода» (ошр«1 епаые), который можно использовать для одновременного запирания р-канального и и-канального выходных транзисторов. Можно образовать шину со многими источниками сигналов, обь единая такие выходы нес кол ьких схем, при условии, что какое-то логическое управляющее устройство обеспечит поступление сигнала разрешения выхода не более, чем на одну из этих схем.
3.4.2. Справечныеданные и спецификация Изготовители практических устройств предоставляют справочные данные (йога зпееь), в которых сообщается о логических и электрических характеристиках устройств. В табл. 3.3 приведены минимальные сведения об электрических характеристиках простой КМОП-схемы 54/74НСОО, представляющей собой счетверенный логический элемент И-НЕ. Разные изготовители обычно указывают допол нительные параметры, и справочные данные могут различаться тем, как определяются даже «стандартные» параметры, приведенные в таблице.
Поэтому, как правило, приводятся также схемы тестирования и форма сигналов, используемых для определения значений различных параметров, как показано, например, на рис. 3.24. Заметьте, что этот рисунок содержит информацию о некоторых других параметрах по пол вительно к тем, которые приведены для схемы 54!74НСОО. Большинство терминов на этом рисунке, используемых в справочных данных и употребляемых при описании формы сигналов, вероятно, мало что говорит вам сейчас. Однако по прочтении следующих трех параграфов вы узнаете об электрических характеристиках КМОП-схем столько, что сможете понимать основные моменты этой или любой другой справочной информации. Как разработчику логических устройств, вам понадобятся эти знания, чтобы создавать надежные и устойчивые практические схемы и системы.
3.4. Электрические свойства КМОП-схем 127 табл. З.З. Справочные данные производителя для типичной КМОП-схемы 54!74НСОО (четыре вентиля 2И-НЕ) ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПО ПОСТОЯННОМУ ТОКУ В РАБОЧЕМ ДИАПАЗОНЕ Выполняются следующие условия, если не оговорены другие: Коммерческое исполнение: Т„= — 40'С -. +85'С, Р = 5.0 В а 5%; Военное исполнение Т„= -55'С ~+125'С, Р = 5,0 В а 10%. Мин. Тип. гн~ Усгхзаия тестирования'" Макс. Цц. иам. 3.15 Высокий уровень входного сигнала 1.35 В Низкий уровень входного сигнала Гарантированный низкийлогический уровень и„ = М ., Р = и„ мкА Входнойток снгналавысоко го уровня мкА Входнойток сигналанизкого =М .,Р=ОВ уровня -!.2 = Мин., ! = — 18 мА сс н -35 ан Ток коротко~о замыкания мА =Макс4щ и =ОВ ан В 4.4 4.499 и =м !ан =-20 мкА 3.84 4.3 им= Р,„ ! =-4мА 0.00 ! Км ! =20м кА Р, =Мин Р„= Ги 1„=4мА 0.17 !ас Р =М ., Ги=ОВ и,т,=о 10 Напряжение на фиксирующем диоде Высокий уровень навыходе Низкий уровень на выходе Ток, потребляемый от источника питания, в режиме покоя Гарантированный высокий логический уровень 0.1 В 033 В 128 Глава 3.
Цифровые схемы ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ В РАБОЧЕМ ДИАПАЗОНЕ, С„= 50 ПФ ГГРИМЕЧАННЯт !. Для условий, указанных как Макс. или Мин., используйте соответствующее значение согласно электрическим характеристикам. 2. Типичные значения при Гх = 5.0 В и температуре +2НОС. 3. Одновременно не должно быть короткого замыкания более чем на одном выходе. ГГродолжительность тестирования в режиме короткого замыкания не должна превы- шить однои секунды. 4. Этот параметр гарантируется, но не тестируется НАГРУЗКА СХЕМА ТЕСТИРОВАНИЯ ВСЕХ ВЫХОДОВ ч,с зт Свредииит: С(.= Емксаь тввии, втмчи емкссм зитмв и щум.
ау= сооисаатиит еруззв, рввнигсвгнинимяи имаудьоов ДЛИТЕЛЬНОСТЬ ИМПУЛЬСА ВРЕМЯ УСТАНОВЛЕНИЯ, ВРЕМЯ УДЕРЖАНИЯ И ВРЕМЯ СНЯТИЯ СИГНАЛА Вввимав ииь сов ВОМ дав уамаивот ч, — зен — ч н(вн.иуи-й(ви ч, иуд о.ов ВМД И:ННЧМННИО Гь рвзаеииа (РВ, Си( и др.( рхт смзрснниа уа. ранима (одзи Нар ( ч Еам ч ЗОМ ос в ВРЕМЯ ВЫХОДА ИЗ ТРЕТЬЕГО СОСТОЯНИЯ И ПЕРЕХОДА В ТРЕТЬЕ СОСТОЯНИЕ ЗАДЕРЖКА РАСПРОСТРАНЕНИЯ Вимм разревеи Втад з третьем соснтеннн ч„ итн оов ч, ЗОМ вЂ” аов изменение вкодното синопа вад уарвзаеииа — чсс тат; ча — — — ч ма — оси ч — тм -ч ч ым аов Изменение еьнадиато снтиаха ивийьнмв иизииз уровень на аниме нармааммз емсокнк уаоы иа емхаде ВМЕРС ОЕ измеиеи е ахадиапт а хаааа рис .
3.24 . Схема включения и форма сигналов при измерении параметров логических схем серии НС 3.6. Электрические характеристики КМОП-схем т 29 ЧТО ОЗНАЧАЮТ ЧИСЛА? В обозначении схем ТТЛ- и КМОП-логики используются два различных пре- фикса «74» и «54», позволяющие различать коммерческий и военный вариан- ты исполнения: 74 НСОΠ— коммерческое исполнение, 54НСОΠ— военное испол- нение. 3.5. Электрические характеристики КМОП-схем в установившемся режиме В этом параграфе обсуждается установившийся режим КМОП-схем, то есть пове- дение схем, когда сигналы на входах и выходах не изменяются, а в следующем параграфе рассматривается динамический режим, включая скорость переключе- ния и рассеяние мощности. 3.5.
1. Логические уровни и помехоустойчивость В таблице на рнс. 3.! 0(Ь) поведение КМОП-инвертора определено только при двух дискретных уровнях напряжения входного сигнала; другие входные напряжения могут привести к другим выходным напряжениям. Полную передаточную характеристику от входа до выхода можно представить в виде графика, изображенного иа рис.
3 25. На этом графике показано, что значение входного напряжения (осьЛ) изменяется от О до 5 В; по оси У отложено выходное напряжение. Рис. 3.23. Типичная передвточ- наяхарактеристика КМОП-инвертора от входа до выхода (~ОУУ— низкий уровень, Н)ОН вЂ” высокий уровень) 5.0 Н1ан 1.5 о 1'1» 0 1,5 5.5 5.0 ки н 55яв»0 5 на н 55»«Ь Если верить кривой на рис. 3.25, то за низкий уровень входного напряжения КМОП-схемы можно принять любое напряжение ниже 2.4 В, а высокому уровню будет соответствовать все, что выше 2.6 В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
