Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 47
Текст из файла (страница 47)
ОбОЖЖЕННЫЕ ПАЛЬЦЫ Если втекающий ток ТТЛ- или КМОП-схемы много больше, чем 1, то устройство может быть повреждено, особенно если такой ток течет дольше секунды. Предположим, например, что выход ТТЛ-схемы с низким уровнем напряжения замкнут накоротко с шиной питания 5 В. Сопротивление Ю .
открытого и находящегося в режиме насыщения транзистора Д5 в типичном выходном каскаде ТТЛ-схемы не больше 1О Ом. Таким образом, на транзисторе Д5 должна рассеиваться мощность, равная примерно 5зЛ 0 или 2 5 ватта. Не пытайтесь убедиться в этом, если вы не готовы к последствиям! Выделяющегося тепла достаточно, чтобы за очень короткое время испортить устройство (и обжечь ваш палец). В общем случае для того, чтобы убедиться, что схема не перегружена по выходу, необходимо проверить выполнение следующих двух условий: при высоком уровне напряжения на выходе сумма значений 1 для всех !ивах входов, подключенных к данному выхолу, не должна превышать абсолютного значения тока1 для схемы, являющейся источником сигнала; Оптах 3.10.Транзисторно-транзисторнаялогика 199 при низком уровне напряжения на выходе сумма значений 1, для всех входов, подключенных к данному выходу, не должна превышать абсолютного значения тока У для схемы, являющейся исючником сигнала.
Предположим, например, что вы спроектировали систему, в которой к выходу «акой-то ТТЛ-схемы серии ЬЯ подключены десять входов ТТЛ-схем серии ЬБ и три входа ТТЛ-схем серии Б. При высоком уровне напряжения на выходе данной схемы потребуется суммарный ток, равный 10. 20 мкА ь 3 50 мкА = 350 мкА. Эта величина находится в пределах нагрузочной способности ТТЛ-схемы серии Е8 при высоком уровне, поскольку максимальный ток, отдаваемый схемой, равен 400 мкА. Но при низком уровне напряжения на выходе данной схемы требуется суммарныйток!О 0.4мАь3 2.0мА=10.0мА.Этобольше,чеммаксимальныйток, втекающий в ТТЛ-схему серии 1,8 со стороны ее выхода при низком уровне, равный 8 мА, так что схема перегружена.
3.10.4. Неиспольэуемые входы С неиспользуемыми входами ТТЛ-схем можно постушпь так же, вакс входами КМОП- схем (см. раздел 3.5 6), а именно: неиспользуемые входы можно соединить с используемым входом, либо подать на них нитряжение, соответствующее высокому или низкому уровню, в зависимости от реализуемой логической функции. Сопротивление резистора, с помощью которого вход соединяется с шиной питания или с землей, у ТТЛ-схем более критично, чем у КМОП-схем, потому что входные токи ТТЛ-схем существенно больше, особенно при низком уровне напряжения на входе.
Если сопротивление резистора слишком велико, то падение напряжения на нем может привести к тому, что потенциал входа окажется вне стандартных диапазонов, соответствующих низкому и высокому уровням. Рассмотрим, например, случай, когда резистор соединяет входы с землей, как показано на рис. 3.80. Через этот резистор от каждого из подключенных к нему неиспользуемых входов ТТЛ-схем серии Ы должен протекать ток 0.4 мА. Несмотря на это, падение напряжения на резисторе не должно превышать 0.5 В, чтобы входное напряжение, соответствовало низкому уровню и было не больше напряжения, поступающего с выхода нормальной схемы.
Если к резистору подключено и входов ТТЛ-схем серии 18, то должно выполняться неравенство: п 0.4мА )! 4 <0.5В, сумма входных токов при ~ "нх"ом уровне иопрякония рис. 3,80. Резистор, соединяющий входы ТТЛ-схем с землей 200 Глава Э. Цифровые схемы ПЛАВАЮЩИЕ ВХОДЫ ТТЛ Рассмотрение входных цепей ТТЛ-схем показывает, что неиспользуемые входы, оставленные не подключенными (или пванаюмуимм), ведут себя так, как будто на них подано напряжение, соответствующее высокому уровню: потенцвшл такого входа подтягивается до высокого уровня благодаря базовому резистору Я/ (см.
рис. 3 75). Однако резистор И осуществляет такое подтягивание менее эффективно, чем это происходит в случае, когда данный вход подключен к выходу какой-либо ТТЛ-схемы. В результате небольшой шум в цепи, создаваемый другими схемами при переключении, может оказаться достаточным, чтобы потенциал плавающего входа был ошибочно воспринят как низкий уровень на входе. Поэтому, ради надежности, неиспользуемые входы ТТЛ-схем следует подключать к стабильному источнику напряжения, соответствующего высокому илн низкому уровню. Таким образом, если резистор должен обеспечить низкий уровень дяя 10 входов ТТЛ-схем серии 1.8, то его сопротивление должно удовлетворять неравенству: Н <0,5/(10 4 104)или/1 <1250м.
рд рн Точно так же оценивается сопротивление резистора, который соединяет входы с шиной питания, как показано на рис. 3.81. Этот резистор должен обеспечить протекание тока 20 мкА в каждом из неиспользуемых входов, причем входное напряжение должно быть не меньше 2.7 В, то есть не меньше напряжения высокого уровня, поступающего с выхода нормальной схемы. Поэтому, падение напряжения на этом резисторе не должно превышать 2.3 В; если к резистору подключено л входов ТТЛ-схем серии ЬБ, то должно выполняться неравенство: и 20мкА Ярп <2.3В Таким образом, если к резистору /т подключены 10 входов ТТЛ-схем серии ЬЗ,тоЯ <23/(10.2010~)влил„<11.5кОм. сумма входных токов про высоком уровне нвпрвнвннв Рис.
3.8 1. Резистор, соединяющий входы Ттл-схем с шиной питания 3.10.транзисторно-трзнзиеториаилогика 201 ПОЧЕМУПРИМЕНЯЕТСЯРЕЗИСТОР7 Вы можете спросить: «Почему для подключения входов к шине питания или к земле применяется резистор, если непосредственное соединение с шиной литания илн с землей обеспечивает хороший высокий нли низкий уровень?» Ну, непосредственное подключение к шине питания 5 В с целью поддержания на входе высокого уровня не рекомендуется потому, что возможное повышение напряжения на входе вследствие переходного процесса до значений, превосходящих 5.5 В, может повредить некоторые из ТТЛ-схем, в частности те, у которых во входной цепи включен многоэмиттерный транзистор.
В этом случае резистор ограничивает ток и предотвращает повреждение схемы. Низкий уровень в большинстве случаев прекрасно достигается путем непосредственного соединения входа с землей, без включения резистора. Повсюду в этой книге вы увидите много примеров такого рода включения. Однако в некоторых случаях резистор все же желателен для того„чтобы можно было преодолеть «постоянный» низкий уровень, обеспечиваемый этим резистором, подавая высокий уровень для целей проверки системы (см.
раздел 11.2.2). 3.10.5. ТТЛ-схемы других типов Вентиль И-НЕ является базовым элементом ТТЛ-семейства, но по той же самой общей схеме можно построить вентили и других типов. Нарис. 3.82 показана принципиальная схема ИЛИ-НЕ ТТЛ-семейства серии Ь8. Если на какой-либо из входов Х или У подать сигнал высокого уровеня, то соответствующий транзистор фазорасщепителя Д2Х или 142у будет открыт, вследствие чего окажутся закрытыми транзисторы ДЗ и Д4, а транзисторы Д5 и Дб — открытыми, так что на выходе установится низкий уровень.
Если на обоих входах имеется сигнал низкого уровня, то оба транзистора фазорасщепителя закрыты, что приводит к появлению на выходе высокого уровня. Работа этой схемы отражена в таблице, приведенной на рис.3. 83(а). Входные цепи, фазорасщепитель и выходной каскад ТТЛ-схемы ИЛИ-НЕ серии ЬЯ почти совпадают с аналогичными элементами ТТЛ-схемы И-НЕ этой серии. Отличие состоит в том, что в схеме И-НЕ семейства Ь8-ТТЬ для реализации функции И применяются диоды, в то время как в схеме ИЛИ-НЕ этого семейства функция ИЛИ реализуется в фазорасщепнтеле параллельно включенными транзисторами. Входные и выходные параметры ТТЛ-схемы ИЛИ-НЕ, а также ее быстродействие сравнимы с аналогичными характеристиками ТТЛ-схемы И-НЕ. Однако в лвходовом вентиле ИЛИ-НЕ используется большее число транзисторов и резисторов, чем в л-входовом вентиле И-НЕ, и поэтому они дороже из-за большей площади, занимаемой ими на поверхности кристалла кремния.
Кроме того, внутренний ток Утечки ограничивает число транзисторов Д2, которые можно включить парал- 202 Глава 3. Цифровые схемы лельно, поэтому схемы ИЛИ-НЕ имеют меньший коэффициент объединения по входу. (Наибольший коэффициент объединения по входу ТТЛ-микросхем ИЛИ-НЕ равен всего лишь 5, в то время как микросхемы И-НЕ могут иметь 13 входов.) Вследствие этого в устройствах, создаваемых на основе ТТЛ-схем, вентили ИЛИНЕ применяются реже, чем вентили И-НЕ, Рос = +5н Реаливацив функции ИЛИ и фморзщапитень виновной каская вкоцной цепи Рис. 3.32. Принципиальная схема двухвходов ого ТТЛ-вентиля ИЛИ-НЕ серии (.Б (а) х У У Дзх У„у дз дз ак аз 05 У г Н Н Н Н Н ()э) Х У 2 (с) Рис. 3.33.
двухвхсдовсй ТТЛ-вентиль ИЛИ-НЕ серии [Я: (а) таблица, списываю- щая работу схемы [Š— низкий уровень ((Оуу), Н вЂ” высокий уровень (Н)кзН); оп— открыт, сй — закрыт); ((э) таблица истинности: (с) условное обозначение я 1.05 ой Я 1,05 ой < 1.05 ой 1.2 оп 1.2 оп < 1.05 ой 1.2 оп 1.2 оп 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 оп оп ой ой ой ой ой ой ой оп оп оп ой < 2.7 оп < 0.35 оп я 0.35 оп < 0.35 З.З З.
СемействаттЛ-схем 203 Для ТТЛ-схем наиболее «естественнымн» являются инвертируюшие вентили, такие как И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Неиввертирующие ТТЛ-схемы имеют дополнительный инвертирующий каскад, находящийся, как правило, между входным каскадом и фазорасщепителем. В результате неинвертирующие ТТЛ-схемы обычно содержат большее число элементов и функционируют медленнее, чем нивертирующие схемы, на базе которых они созданы. Подобно КМОП-схемам у ТТЛ-схем может быть выход с тремя состояниями. Такие схемы имеют вход «разрешение выхода» или «запрещение выходаж сигнал, действующий на этом входе, позволяет перевести выход в высокоомное состояние, когда оба выходных транзистора закрыты.
Некоторые ПЛ-схем»> имеют выход с о>икры>пыч камеко>врач (орел-совесгог оигр>и). В таких схемах полностью отсутствует верхняя половина выходного каскада, изображенного на рис. 3.75, так что подтягивание потенциала выхода до высокого уровня обеспечивается только с помощью внешнего резистора. Применения ТТЛ- схем с открытым коллектором и необходимые в этом случае расчеты подобны тем, что были приведены для КМОП-схем с открытым стоком. 3.11.
Семейства ТТЛ-схем Развитие ТТЛ-схем за прошедшие годы явилось реакцией на требования разработчиков цифровых систем улучшить эксплуатационные показатели. В результате появились н исчезли три ТТЛ-семейства и сегодня в распоряжении разработчиков имеется выбор из пяти вьокивших семейств. Все ТТЛ-семейства совместимы в том смысле, что работают при одном и том же напряжении питания и их логические уровни одинаковы, но каждое семейство имеет свои достоинства в отношении быстродействия, потребляемой мощности и стоимости. 3.11.1. Первые семейства ТТЛ-схем Первое ТТЛ-семейство логических схем было создано фирмой Яу!чап)а в 1963 голу.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
