Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 32
Текст из файла (страница 32)
Согласно такому определению только при наличии на входе напряжения между 2.4 и 2.б В выходное напряжение инвертора не соответствует никакому логическому уровню. К сожалению, типичная передаточная характеристика, показанная на рис. 3 25, всего лишь типична, но не гарантирована. При изменении напряжения источника питания, температуры и нагрузки на выходе передаточная характеристика значи- 130 Глава 3. Цмфровью схемы минимальное выходное напряжение высокого уровня; ОН~ям — минимальное входное напряжение, гарантировано опознаваемое как !Н~п|п высокий уровень; — максимальное входное напряжение, гарантировано опознаваемое как ива низкий уровень; — максимальное выходное напряжение низкого уровня.
оь .. Входные напряжения определяются, главным образом, порогами переключения двух транзисторов, в то время как выходные напряжения определяются в основном сопротивлениями «открытых» транзисторов. "сс т'Оивв Занао ПаыавауаайпнесотИ по постоянному току "типнп дпя высокого уровня од "сс у тьвв Запас оомвкотстойчивости по постоянному току утс~ дяя инакова уровня 0.3 рсс Рис. 3.26. Логические уровни и границы помехоустойчивости для КМОП-се- мейства серии НС Значения всех параметров, приведенных на рис. 3.2б, гарантируются изготовителями КМОП-схем в некотором диапазоне температур и нагрузок на выходе.
Эти значения гарантируются также в некотором диапазоне напряжений источника питания 1', которое обычно составляет 5.0 В в!0%. В справочных данных, приведенных в табл. 3 3, указаны значения каждого из этих параметров для КМОП-семейства серии НС. Обратите внимание, что для каждого из параметров К и К определены два значения в зависимости от Оивв Освпк того, велик или мал выходной ток (Х и у ). Когда выходы данной схемы соединеон оь ны только со входами другой КМОП-схемы, выходной ток мал (например, т' „< 20 мкА) н поэтому падение напряжения на выходных транзисторах очень небольшое. В следующих разделах мы остановимся на этом «чистом» использовании КМОП- схем.
тельно изменяется. Она может зависеть даже от того, когда схема был а из готовлена. Например, существует легенда, что на одном предприятии в течение нескольких месяцев пытались выяснить, почему схемы, изготовленные в одни дни были хорошими, аз другие — плохими; в конце концов оказалось, что плохие схемы были следствием загрязнения воздуха особенно вредными пухами, которыми пользовалась одна нз работниц на конвейере! Инженерная практика заставляет нас пользоваться более осторожным определением низкого уровня и высокого уровня. Такие безопасные уровни для типичного семейства КМОП логики (серия НС) изображены на рис, 3 26. Эти параметры указываются изготовителями КМОП-схем в справочных данных подобно тому, как зто сделано в табл. 3.3, и определяются следующим образом: 3.3.
Электрическиехарвктермстикм КМОП-схем 131 Провод, с помощью которого подводится напряжение питания и относительно «землил, часто иазывакл шиной питания(рожек вирр!уса!!). Уровни КМОП- схем обычно являются функциями напряжения на шине питания: и -и -олв оп сс и — ТО'У. исс ~нп в и — 30'«от и яя«и — земля + 0.1 В Оьвт Обратите внимание, что согласно табл. 3.3 напряжение и „равно 4.4 В. Это только наО.! В меньше напряжения и в худшем случае, так как минимальное значение и равно 5.0 В-0.!х5.0 В =4.5 В, сс Запас помехоустойчивости по постоянному току (тзС паве тагрп) является мерой того, какой уровень помех в наихудшем случае приводит к такому изменению выходного напряжения, что оно не может быть опознано на входе должным образом. Для КМОП-схем серии НС напряжение иш низкого уровня (1.35 В) превьппает напряжение и „(0.1 В) на 1.25 В, так что запас помехоустойчивости по постоянному току для йнзкого уровня равен 1.25 В.
Запас помехоустойчивости по постоянному току для высокого уровня также равен 1.25 В. Вообще, выходы КМОП-схем обеспечивают прекрасную помехоустойчивость по постоянному току при подключении к ним только входов других КМОП-схем. Независимо от напряжения, подаваемого на вход КМОП-инвертора, он потребляет очень небольшой ток, равный току утечки двух транзисторов в этой схеме.
Изготовителем указывается также максимальное значение входного тока: !л, — максимальный входной ток при высоком уровне на входе. 1„- максимальный входной ток при низком уровне на входе. Входной ток, указанный в табл. 3 3 для схем 'НСОО, составляет всего лишь я! мкА. Таким образом, лля поддержания входа КМОП-схемы в том или ином состоянии требуется очень небольшая мощность.
Этим КМОП-схемы сильно отличаются от логических схем на биполярных транзисторах, таких как ТТЛ- и ЭСЛ-схемы, входы которых могут потреблять заметный ток (и мощность) как при одном, так и при другом уровне входного сигнала. 3.5.2. Поведение схемы с активными нагрузками Как уже сказано, входы КМОП-вентиля имеют очень большое сопротивление и потребляют очень малый ток от схем, которые управляют ими. Но существуют и лругие устройства, для которых требуется значительный ток. Когда такое устройство подключено к выходу КМОП-схемы, мы называем его активной омической нагрузкой (гезаггте !оаа) или нагрузкой по постоянному току(ос !оас0. приведем несколько примеров активных омических нагрузок: ° Дискретные резисторы могут быть включены в качестве согласующих компонентов на конце линии передачи. Эти вопросы обсуждаются в параграфе! 1.4.
132 Глава 3. Цифровые схемы ° Дискретные резисторы реально могут не присутствовать в схеме, но нагрузка в виде одного или большего числа входов ТТЛ-схем или других схем не КМОП- семейства может быть представлена простой резистивной цепью. ° Резисторы могут быть частью потребляющего ток устройства типа светодиода или обмотки реле или имитировать такое устройство. Когда к выходу КМОП-схемы подключена активная омическая нагрузка, схема ведет себя не так идеально„как было описано раньше. При любом значении сигнала на выходе КМОП-схемы тот из выходных транзисторов, юторый «открытке имеет отличное от нуля сопротивление, и наличие нагрузки на выходе вызывает падение напряжения на этом сопротивлении.
Таким образом, при низком уровне сигнала выходное напряжение может быть нескслью больше, чем 0.1 В, а при высоком уровне сигнала оно может оказаться меньше, чем 4.4 В. Самый простой способ разобраться, как это происходит, состоит в анализе резистивной модели КМОП-схемы и нагрузки. На рис. 3.27(а) представлена резистивная модель инвертора. Сопротивления рканального и л-канвльного транзисторов обозначены как )1р и лр соответственно. При нормальной работе сопротивление одного нз них велико (> 1 МОм), а сопротивление другого мало (около 100 Ом), в зависимости от того, какому уровню, высокому или низкому, соответствует входное напряжение.
Нагрузка в этой схеме состоит из двух резисторов, подключенных к шине питания и к земле; в реальной схеме число резисторов может быть любым. Кроме того, нагрузка может представлять собой даже более сложную резистнвную цепь. В любом случае, активную омическую нагрузку, состоящую только из резисторов и источников напряжения, всегда можно представить в виде эквивалентной схемы, применяя теорему Те»енина, как показано на рис. 3.27(Ь).
1л1 К~с=+50В ид) Рсс +5.0В ри о '"' га о" .'ис.3.".7. 'еэистивнаямолельх!5ОГ,'-извес пдвс- -.: ' ьз ~ь .=«епь наглу««ч' "-' ' "-,:; «в" сема 3.3. Электрические характеристики КМОП-схем 133 ТЕОРЕМАТЕВЕНИНА Любой двух полюс пик, состоящий только из источников напряжения и резисторов, можно представить в виде эквивалентной схемы (Тггетепгп едиггагепг), ! содержащей последовательно включенные один резистор и единственный источник напряжения. Напряжение источника е эквивалентной схеме(напря! жение Те«енина; Тггегепгп гойайе) равно напряжению холостою хода исходного двух полюс ника, а сопротивление в эквивалентной схеме (сапротиеление Те«енина; Тггегепгп гезйгапсе) нах одкгся как напряжение Теве нина, деленное пяток короткого замыкания исходного двухполюсника.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
