Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Может быть мскду 4.5 В и 5.5 В. Эти параметры уже рассматривались в предылущих разлелах, но ради удобства мы вновь кратю укажем, что именно они означают; 3.8. Семейства схем КМОП-логики 175 МОЩНОСТЬ, ПОТРЕБЛЯЕМАЯ КМОП- и ТТЛ-СХЕМАМИ При переключении с большой частотой //) КМОП-схемы фактически потребляют большую мощность, чем ТТЛ-схемы, Сравните, например, данные лля КМОП-схем семействаНСТ, приведенные в табл.
3.5 для частоты переключения7"= 10 МГц, с данными для ТТЛ-схем семейства Ы в табл. 3.! 1; на указанной частоте КМОП-схема потребляет втрое ббльшую мощность, чем ТТЛ- схема. НСТ- и !.8-схемы можно применять в системах с максимальной тактовой частотой порядка 20 МГц, так что можно подумать, что КМОП-схемы не достаточно хороши для высокоскоростных систем. Однако для большинства вентилей в типичных системах частота переключения намного меньше максимальной частоты в системе (см., например, задачу 3.77). Таким образом, в типичных системах на основе КМОП-схем полная рассеиваемая мощность меньше, чем в аналогичных системах, построенных на ТТЛ-схемах. Совместимые с ТТЛ КМОП-схемы обычно имеют два набора выходных параметров; используется тот или другой набор в зависимости от характера нагрузки.
КМО/7-нагрузка (СМОо /оаг/) — это такая нагрузка„при которой в режиме покоя втекающий и вытекающий постоянные токи очень малы: 20 мкА для схем НС/НСТ и 50 м кА для схем ЧНС/ЧНСТ. Сюда, конечно, относится случай, когда к выходам КМОП-схем подключены только входы КМОП-схем. При КМОП-нагрузке выходное напряжение КМОП-схем отличается от потенциала земли 0 В и от напряжения питания г' не более, чем на0.1 В. (Втабпице имеется в виду наихудший случай, когда гсс = 45 В; поэтому гонии с = 44 В) В случае ТТП-нагрузки (ТТ«!оаг/) может потребоваться намного больший втекающий или вытекающий ток: до 4 мА для схем НС/НСТ и до 8 мА для схем ЧНС/ ЧНСТ, При этом на «открытых» транзисторах в выходной цепи падает большое напряжение, но выходное напряжение все еще остается в пределах нормального диапазона входных уровней ТТЛ-схем.
В табл. 3.7 перечислены выходные параметры КМОП-схем для КМОП- и ТТЛ-, нагрузки. Эти параметры означают следующее: оь о — максимальный выходной ток при низком уровне в случае КМОП-нагрузки; так как эта величина положительна, данный ток втекает в схему со стороны ее выхода. оь .; — максимальный выходной ток при низком уровне в случае ТТЛ-нагрузки. !' оы, с- максимальное напряжение, которое гарантируется на выходе при низком уровне в случае КМОП-нагрузки, то есть пока не превышена значение/оь Г оь с. оьв т- максимальное напряжение, которое гарантируется на выходе при низком уровне в случае ТТЛ-нагрузки, то есть пока не превышена значе"ие/оь / оьвахт' он с- максимальный выходнойток при высоком уровне в случае КМОП-нагрузки; эта величина отрицательнам так как, данный ток вытекает из схемы со стороны ее выхода.
176 Глава 3. цифровые схемы максимальный выходной ток при высоком уровне в случае ТТЛ-на- грузки. минимальное напряжение, которое гарантируется на выходе при высо- ком уровне в случае КМОП-нагрузки, то есть пока не превышено зна- "ение Тон минимальное напряжение, которое гарантируется на выходе при высо- ком уровне в случае ТТЛ-нагрузки, то есть пока не превышена значе- ние Т 7 пхт и Онв1пс и ОНввт Значениями напряжений, приведенными выше, определяется запас помехоустойчивости по постоянному току.
Запас помехоустойчивости по постоянному току при низком уровне равен разности между Уш и У . Он зависит как от выходных характеристик схемы, служащей источником сигнала, так и от входных характеристик схем, играющих роль нагрузки. Например, запас помехоустойчивости по постоянному току при низком уровне у схемы семейства НСТ, нагруженной несколькими входами схем этого же семейства(КМОП-нагрузка) составляет 0.8 В -ОЗ В = 0.7 В. При ТТЛ-нагрузке запас помехоустойчивости для НСТ-выходов падает до значения 0 8  — 0 ЗЗ В = 0 47 В. Точно так же запас помехоустойчивости по постоянному току при высоком уровне равен разности между у н и и„ ОНппп ! Нвв' Вообще, когда к схемам одного семейства подключаются схемы другого семейства, необходимосравнитьсоответствующиезначения и „и У, управляюоь он » щего вентилЯ со значениЯми У, и и,нвв всех УпРавлаемых схем, чтобы опРеделить запас помехоустойчивости в наихудшем случае.
Параметрами 1 „и а' „, приведенными в таблице, определяется коэффициент разветвления по выходу; они особенно важны в том случае, когда к данному выходу подключены входы схем из одного или большего числа других семейств. Для определения способности выхода обеспечить номинальный коэффициент разветвления по выходу, необходимо выполнить следующие вычисления: Коэффнг(лениг ритвегпклення по выходу прн высоком уровне Суммируются значения (ш всех подключенных входов: сумма должна быть 1Нвах меньше величины 7О, указанной для выхода схемы, являющейся источником ОНвах' сигнала. Заметьте, что входные и выходные характеристики конкретных ИС могут отличаться от значений, указанных в табл.
3.7, так что прн анализе реальной конструкции надо всегда обращаться к справочным данным производителей. *3.8.4. Схемы семейств ЕСТ и ЕСТ-Т В начале 90-х годов было начато производство еще одного КМОП-семейства. Главным достоинством семейства гСТ (совместимые с ТТа7 сверхбыстродействую- Коэффи цненпг разя етклення по вьгходу прн низко и уровне Суммируются значения 1 всех подключенных входов: сумма должна быть Л.вах меньше величины 1, указанной для выхода схемы, являющейся источником Оавах' сигнала. 3.8.СемейотвесхемКМОП-логики 177 „„е КМОП-схемы; Газ! СМОБ, ТП. сотраттЫе) явилось то, по в схемах этого семейства удалось достичь или превысить быстродействие и нагрузочную способность схем лучших ТТЛ-семейств при одновременном уменьшении потребляемой мощности и сохранении полной совместимости с ТТЛ-схемами.
у первого семейства ГСТ был тот недостаток, что КМОП-уровень ! ' „равнялся напряжению питания 5 В: это приводило к рассеянию очень большой СУзу'-' мощности и появлению в высокоскоростных приложениях (с тактовой частотой 25 Мрц и выше) помех, обусловленных изменением выходных напряжений от 0 В до почти 5 В. Поэтому в новых устройствах быстро нашло применение модифицтптоваииое семейство ГСТ Т(совместлязтые с 7ТЛ сверх бы стродействуюттгие КМОП- схемы с ТТПуроелаы У „; Гозт СМОБ, Т(Ч сотрат(Ыетттт)т ТП У ); пониженное выходное напряжение высокого уровня позволило уменьшить как потребляемую мощность, так и помехи от переключения при сохранении того же быстродействия, как и у первоначального семейства РСТ. В названии схем с таки и выходом используется приставка "Т": например, 74РСТ! 38Т вместо 74РСТ! 38.
Семейство РСТ-Т остается очень популярным и сегодня. Схемы ГСТ-Т используются, главным образом, для управления шинами и в других случаях больших нагрузок. По сравнению с другими КМОП-семействами у схем этого семейства могут быть очень большими втекающий или вытекающий токи: до 64 мА при низком уровне на выходе. *3.8.5. Электрические характеристики схем семейства ЕСТ-Т В табл. 3,8 приведены электрические характеристики схемы семейства ГСТ-Т, относящиеся к случаю, когда напряжение питания равно 5 В.
Данное семейство было разработано специально для совместной работы с ТТЛ-схемами, поэтому предполагается, что схемы ГСТ Т работают только при номинальном напряжении питания 5 В, алогические уровни определяются тратписторно-транзисторной логикой. Некоторые производители начинают продавать микросхемы, обладающие подобными свойствами, но уже с напряжением питания 3.3 В, используя при этом маркировку РСТ.
Однако это другие схемы с другими цифрами в обозначении. Отдельных логических вентилей в семействе РСТ нет. Возможно, самым простым логическим элементом семейства ГСТ является дешифратор 74ГСТ! 38Т с шестью входами и восемью выходами, внутреннее содержимое которого эквивалентно примерно дюжине 4-входовых вентилей. (Функция, реализуемая этим элементом, описана позже, в разделе 5.4.4.) Сравнивая его задержку распространения и потребляемую мощность, приведенные в табл. 3.8, с соответствующими параметрамии схем семейств НСТ и ттНСТ, указанными в табл.3.5, можно видеть, что семейство "СТ-Т лучше и по быстродействию, и по рассеиваемой мощности, Прн сравнении заметьте, что производители схем РСТ-Т указывают только максимальные, а не типичные значения задержки распространения.
В отличие от других КМОП-семейств, для семейства РСТ-Т не указывается значение С . Вместо этого приводится значение параметра 7 гщ ссп' ° ° еэ е ливи о. мрирровые охемгы ссо ток, потребляемый схемой от источника питания в динамическом ре- жиме; измеряется в мА/МГц; это значение дополнительного тока, по- требляемого от источника питания, когда сигнал на одном из входов изменяется с частотой 1 МГц. табл. 3.8. Параметры дешифратора 74йСТ188Т, принадлежащего семейству гСТ-Т /ро 5.8 Р' = 0 ияи )г и =о 1.0 Выходы не нагружены, сигнал изменяется О.!2 на одном входе 1' =3.4В т Приращение потребляемого тока в режиме покоя при подключении одного ТТЛ-входа (мА) Полная потребляемая мощность (мВт) ~~/сс 2.0 Произведение задержки на мощность (л) !нор и 2.0 64 055 =/ оы ОЬпах / 'о и овлур — 15 2.4 33 Максимальная задержка распростра- нения (нс) Ток, потребляемый в режиме покоя (мкА) Мощность, потребляемая в режиме поюя (мВт) Ток, потребляемый в динамическом режиме (мА/МГц) Входной ток утечки (мкА) Типичная входная емюсть (пФ) Входное напряжение низюго уровня (В) Входное напряжение высокого уровня (В) Выходной ток низкого уровня (мА) Выходное напряжение низкого уровня (В) Выходной ток высоюго уровня (мА) Выходное напряжение высоюго уровня (В) Г= !ООкГц Г= 1 МГц /'= 10 МГц /'= 100 кГц Г=! МГц /=10МГц !' -любое ~р 0.60 1.06 !.6 6.15 9.3 41 5 0.8 3.9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
