Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Если на обоих входах какой-либо 2-входо вой схемы И присутствует высокий уровень, то на объединенном выходе будет низкий уровень; в противном случае бди одаря резистору )!, соединяющему выходы схем с шиной питания, на обьединенном выходе будет высокий уровень. .лд,".яиь -, пг И.Н .:ни щь , с 5.55. Реализация функции «мои~джипе И» путем объединения выходов :-х вещ.илей И-НЕ с о, кры ~ым стоком Заметьте, что невозможно реализовать монтажную логику, используя схемы со стандартным выходом. Если две схемы, выходы юторых соединены вместе, пытиотся установить на своих выходах противоположные логические значения, то по выходным цепям этих схем потечет очень большой ток и на выходе установится ненормальное напряжение. На рис.
3.56 показан такой случай, который иногда называют борьбой фей!!лй). Точное значение выходного напряжения зависит от «соотношения снл» борющихся транзисторов, но в случае КМОП-схем с напряжением питания 5 В оно обычно равно 1-2 В, что почти всегда не соответствует никакому из логических уровней. Хуже всего, если борьба между выходами схем продолжается дольше нескольких секунд: микросхемы могут так нагреться, что зто приведет к их повреждению и, касаясь их, можно обжечься! ''5.7.8.
Резисторы, соединяющие выходы схем с :.'.зиной питания При использовании схем с откр ьпы м стоком необходимо вы « и с» шль сопрет явл «- ни«)зезисаора )!, соединяющего их выходы с шиной лимония (ри!)-ир-гыгзгог со!си!айоп), Чтобы установить диапазон возможных значений сопротивления )!, выполняются следующие расчеты: т 66 Глава 3. Цифровью схеьеы Н!ВН !.Оеу ОнА еи сериа иеи НСТ) Н!ОН Н!ВН Рис. 3. 66. Выходы двух КМОП-схем, пытающихся установить противоположные логические уровни на одной и той же линии Минимальное значение Сумма тока, протекающего по резистору й при низком уровне на выходах„обьединяемых монтажной логикой, и входных токов схем, входы которых подключены к этим выходам при низком уровне на них, не должна превышать допустимого выходного тока схемы, находящейся в активном режиме, при низком уровне на ее выходе; этот ток равен 4 мА для серий НС и НСТ и 24 мА для серий АС и АСТ.
Максимальное значение Падение напряжения на резисторе Я при высоком уровне на выходе не должно приводить к тому, чтобы выходное напряжение было меньше р;н, = 2 4 В плюс 400 мВ в качестве запаса помехоустойчивости. На резисторе будет падать некоторое напряжение из-за токов утечки выхолов, обьелиненных монтажной логикой, при высоком уровне на этих выходах и входных токов схем, подключенных к этим выходам. 0 7. Другие варианты входных и выходных цепем КМОП-схем 167 Предположим, например, что четыре выхода схем с открытым стоком объединены вместе и нагружены двумя входами ТТЛ-схем серии 1.8, как показано на рис.
3.57 (см. пари раф 3.11). В схему с низким уровнем на выхоле должен втекать со стороны ее выхода ток 0.4 мА от каждого входа ТТЛ-схемы серии ЬБ плюс ток, протекающий через резистор Я, соединяющий объединенные выходы схем с шиной питания. Для того, чтобы общий ток не превосходил допустнмопэ значения т „, равного 4 мА для серии НСТ,ток текущий по резистору й, недолжен превышать =4 — (2 0.4)=3.2мА. к(мэх) Вентиии И-НЕ с атирытым стасам серии НСТ 1.ОУЧ ЕОУЧ 1 ОЧЧ ЕОЧЧ 1 ОЧЧ ~ОЧЧ ентиеи серии Ш Н1ВН Н1ОН рис.
3.67. Четыре схемы с открытым стоком, объединенные монтажной логи- кои и нагруженные двумя входами, при низком уровне на выходе Полагая, что выходное напряжение р низкого уровня схемы с открытым стоком равно 0 0 В, получим минимальное значение Р: 11 м=(50 — 00)!У =15б250м, При высоком уровне на выходе максимальный ток утечки типичных схем с открытым стоком равен 5 мкА, а типичный входной ток ТТЛ-схемы серии ЬЯ равен 20 мкА.
Следовательно, при высоком уровне на выходе, как показано на рис. 3.58, потребуется ток У, =(45)+~2 20)=60мкА. Этот ток создаст на резисторе )т падение напряжения, которое не должно привести к уменьшению выходного напряжения до значения, меньшего чем Г . = 2,4 В; из Онана этого условия находим максимальное значение Р: 168 ГлаваЗ. Цифровыесхемы Вонтиии И-НЕ с о«соитии стонов серии Нот Усе --+5 В 1.0ЧЧ 1.0ЧЧ ЕОЧЧ 1.0ЧЧ ЕОЧЧ 1 ОЧЧ тини сории ЕЗ 1.0ЧЧ 00ЧЧ Рис. 3.88.
Четыре схемы с открытым стоком, объединенные монтажной логи- кой и нагруженные двумя входами, при высоком уровне иа выходе ДОПУЩЕНИЕ, КАСАЮЩЕЕСЯ ОТКРЫТОГО СТОКА Чтобы учесть наихудший случай при вычислении сопротивления резистора для схемы с открытым стоком, мы предполагаем, что выходное напряжение может опускаться до 0.0 В, а не до 0.4 В (1' „): даже если выхол схемы с открытым стоком настолько мощный, что выходное напряжение может понизиться до 0 0 В (тогда как требуется, чтобы оно опустилось только до 0 4 В), мы никогда не допустим, чтобы ток, втекающий в схему со стороны ее выхода, был больше 4 мА, так что перегрузка не произойдет. Некоторые разработчики, проводя такие вычисления, предпочитают использовать величину 0.4 В, полагая, что в случае, когда выходное напряжение может опуститься ниже 0.4 В, небольшое превышение номинального значения втекиощего тока (4 мА) не нанесет вреда.
)1 =(5 0 — 2.4) I1к, =43 3 кОм Следовательно, можно воспользоваться любым значением тт межлу 15625 Ом и 43.3 кОм. При большей величине сопротивления становится меньшей потребляемая мощность и улучшается помехоустойчивость при низком уровне, в то время как меньшие значения сопротивления приводят к увеличению потребляемой мощности, но позволяют достичь лучшей помехоустойчивости при высоком уровне и обеспечиваютт ббльшую скорость перехода от низкого уровня к высокому. 3.8. Севеействе схем ХМОП-логики З 00 3.8.
Семейства схем КМОП-логики Первым коммерчески успешным КМОП-семейством были КМОН-схемы сери»4000 (4000-лег»ез СМО5). Достоинством схем сеРии 4000 была м алаЯ РассеиваемаЯ Ио ность, но они были дов»л»ьно медленными н их было не просто состыковать с лаибе лее популярным в то время логическим семейством — бнполярными ТТЛ-схеы Поэта у в большинстве приложений серия 4000бьпавь нека более совершен ными КМОП-семействами, о которых и будет рассказано.
Все рассматриваемые здесь КМОП-схемы обозначаются как "74ВА Мгт , где грАМ" — буквенное обозначение семейства (гАМ»!у), а пп — числовой указ» реализуемой функции. Схемы из различных семейств с одним и тем же значепи гт реализуют одну и ту же функцию. Например, любая из схем 74НСЗО, 74НСТ30 74АСЗО, 74АСТЗО и 74АНСЗΠ— это 8-входовой элемент И-НЕ. Префикс "74" — это просто номер, который использовался олним нз перв „ производителей ТТЛ-схем, популярной компанией Техаз 1пзпапеп»з. Префикс 54 используется лля аналогичных схем, которь»е могут работать в более шнрзк лиапазоне температур и напряжений питания и применяются в военных разр»~ ках.
Обычно схемы серии 54 изготовляются так же, как схемы серии 74, за исключ нием того, что они по-другому протестированы, экранированы и маркировань» Кроме того, эти схемы сопровождаются многочисленной дополнительной ло у ментацией н,конечно,сгоятдороже. 3.8.1. Семейства схем НС и НСТ Первые два КМОП-семейства серии 74 — это семейства НС (бь»стродейстьуе»Л„ КМОН схемы; Н»8)»трее»4СМОЯ) и НСТ(совместимые с 7ТЛ бы стродействуеа „„ КМОН-схемы; Н»8)»-зрее»4СМОБ, Т71, сотраг»Ые). По сравнению с исходным сеней ством 4000, схемы семейств НС и НСТ обладают бдльшнм быстродействием инке лучшие значения втекающего и вытекающего токов. Схемы семейства НСТ раб~ с напряжением питания 1' = 5 В и их можно использовать совместно с ТТЛ.сявками также работающими с 5-вольтовым напряжением питания.
Семейство НС предназначено для применения в системах, использующих только КМОП-логику; схемы этого семейства могут работать с любым напряжением зита ния от 2 до 6 В. При более высоком напряжении повышается быстродействие, » при более низком — снижается потребляемая мощность. Понижение питающего н»пря жения особенно эффективно, так как почти вся мощность, рассеиваемая КМОП схемами, пропорциональна квадрату напряжения питания (С Г-,1мощность). Схемы семейства НС не вполне совместимы с ТТЛ-схемами даже в том сл)чае когда напряжение питания равно 5 В. В частности, схемы семейства НС сконпру ированы так, чтобы работать с входными уровнями КМОП-схем. На рнс, 339»а) приведены входные и выходные уровни схем семейства НС при напряжении лита ния 5 В.
Выходные уровни ТТЛ-схем не совсем соответствуют диапазону, ук»»ан ному на рис. 3.59(а); у схем семейства НСТ вхолные уровни другие »рис 3.53»1»)), Эти уровни устанавливаются в процессе изготовления, путем создания тракззсторов с различными порогами переключения, что приводит к различимы переда точным характеристикам, показанным на рис. 3.60. з зм знавав. цнорровыесхемьз (а) л,>р о ыно (ь) з.ов есс 5.ОВ г„„ш=з ив П„ „=ззв гон ш=оззв мв гд = гзв ,„о.ззв Ч„„=ояв оо, „„=оззв оов О.ов Рис.
6.69. Входные и выходные уровни КМОП-схем при напряжении питания 5 В: (а) семейство НС; ( з) семейство НСТ Рис. 3. 60. Типичные передаточные характе- ристики схем семейств НС и НСТ В параграфе 3. 12 подробнее рассматривается сопряжение КМОП- и ТТЛ-схем, Пока же полезно просто заметить, что схемы серий НС и НСТ одинаковы в отношении выходных характеристик; они отличаются только входными уровнями. 3.8.2. Семейства схем ЧНС и ЧНСТ 3.8.3.
Электрические характеристики схем семейств НС, НСТ, ЧНС и ЧНСТ В этом разделе собраны электрические характеристики схем семейств НС, НСТ, ЧНС и ЧНСТ. Приведенные характеристики относятся к случаю, когда напряжение В 80-е и 90-е годы появилось несколько новых семейств КМОП-схем. Двумя самыми последними и, вероятно, наиболее универсальными семействами являются УОС (КМОЛ-схемы с повышенным быстродействием; УегуН(8/з-зреес/СМО/з) и ~'НСТ(совместимые с ТТЛ КМОП-стены с повышенным быстродействием; Уегу Н!яЬ-зреег/СМОо, ТП.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
