Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Оно стало популярным благодаря фирме Техаз 1пзптппепгз, чьи схемы серии 7400 и другие ТТЛ-компоненты быстро стали промышленным ста>шартом. Как и в случае КМОП-схем серии 7400, обозначение схем данного ТТЛ-семейства имеет внд: 74 гАМпо, где ТАМ - буквенный признак семейства, а пп — номер, указывающий реализуемую функцию. Схемы различных семейств с одним и тем же значением пп реализуют одну н ту же функцию. У первого ТТЛ-семейства буквенный признак РАМ отсутствует, и это семейство называется 74-й серией ТТЛ (74-геле« ТТ(,). Два других ТТЛ-семейства с улучшенными техническими характеристиками стали результатом изменения сопротивлений резисторов в схемах исходного ТТЛ- семейства.
В семействе 74Н (быстродейству>ощие ТТЛ-схемы; Н(д)>-преет( ТТ() пРименение резисторов с меньшими значениями сопротивлений позволило уменьшить задержку распространения за счет увеличения потребляемой мощности. В семействе 74ь (>нахаиощкые ТТЛ-стены; Ьо>ч-ро>чег ТТь) использованы резисторы с ббльшим сопротивлением, чтобы уменьшить потребляемую мощность за счет увеличения задержки распространения. 204 Глава 3. цифровые схемы Благодаря наличию трех ТТЛ-семейств разрабгпчики цифровых систем в 70-е годы имели возможность в процессе проектирования выбирать между высокой скоростью и малым потреблением мощности. Однако, подобно многим в то время, они хотели а иметь все сразу и сейчас». Это стало возможным с появлением транзисторов Шот'- тки и Т ГЛ-схемы семейств 74, 74Н н 74Ь вышли из употребления; далее в этом паршрафе речь пойдет о характеристиках улучшенных современных ТТЛ-схем.
3. 11.2. ТТЛ-схемы с транзисторами Шопки Исторически первым семейством, в котором были применены транзисторы Шоттки, было семейство 745 (7ТЛ-схемы с транзисторами Шит тки; Бсноп7гу ТП), Применение транзисторов Шотгки н малых сопротивлений резисторов обеспечило схемам этого семейства намного большее быстродействие, но и большую потребляемую мощность, чем у схем исходного семейства 74-й серии. Вероятно, самым распространенным и, безусловно, самым дешевым является '1ТЛ-семейство 74ЬБ (мак омошные ТТП-схемы с транзисторами Шот тки; 7оироиег Ясйои ПХ), появившееся вскоре после семейства 74Б. Одновременное применение транзисторов Шоттки и резисторов с ббльшими сопротивлениями, позволило получить в схемах 74ЬБ такое же быстродействие, как и у схем семейства 74, но сократить потребляемую мощность примерно в пять раз. Таким образом„при разработке новых устройств на основе ТТЛ-схем применение логического семейства 74ЬБ стало предпочтительным.
Развитие технологии производства ИС и новые идеи в схемотехнике привели к появлению еще двух серий с транзисторами Шотгки. У схем семейства 74АЯ (узл пшенные ТТЛ-схемы с транзисторами Шоттки, А<ЬансейБсбогйу ТТй) примерно вдвое большее быстродействие, чем у схем семейства 74Б, и приблизительно такая же потребляемая мощность. Меньшую потребляемую мощность и большее быстродействие, чем у схем семейства 74ЬБ, имеют схемы семейства 74АЕБ (улучшенныемаломошные ХТЛ-ххемы с транзионорами Шоттли; АгЬансег11оч-рожек ЯсноЫу ТТь), и они составляют конкуренцию схемам семейства 74ЬБ в по пулярности с точки зрения универсальности применения в новых разработках на основе ТТЛ-схем.
В семействе 74Р(быстрые ТТЛ-схемы; Рап ТТБ) реализуется компромисс между быстродействием и потребляемой мощностью; схемы семейства 74Р находятся между схемами 74АБ и 74АЬБ и являются, по-видимому, самыми популярными сегодня по применению в разработках высокоскоростных устройств на основе ТТЛ-схем. 3.11.3.ХарактеристикиТТЛ-схем Основные характеристики современных ТТЛ-схем приведены в табл. 3.11.
В первых двух строках указаны задержка распространения (в наносекундах) и потребюемая мощность (в милливаттах) типичного 2-входового вентиля И-НЕ дпя каждого изсемейств. Одним из критериев качества логического семейства является произведение задержки на мощность, приведенное в третьей строке таблицы. Как уже говорилось ранее, это просто произведение задержки распространения на потребляемую мощность типичного вентиля. Произведение задержки иа мощность является 3.11.СемейетааТТЛ-схем 203 своего рода показателем эффективности; зта величина показывает, какая энергия расходуется вентилем при переключении сигнала на его выходе. табл. 3. 11.
Характеристики ТТЛ-схем ьязисаиие Обозна- 743 74а,а 7448 74дьа 74тт челне 3 9 1.7 4 3 Максимальная задержка распространения (ис) Потребляемая мощность на вентиль (мВт) Произведение задержки на мощность (пДж) Входное напряжение низкого уровня (В) Выходное напряжение низкого уровня (В) Входное напряжение высокого уровня (В) Выходное напряжение высокого уровня (В) Входной ток низкого уровня (мА) Выходной ток низкого уровня (мА) Входной ток высокого уровня (мкА) Выходной ток высокого уровня (мкА) 19 2 8 12 4 57 18 13,6 4.8 12 и И. ах 0.8 0,8 0.8 0.8 08 05 0.5 05 05 0,5 2.0 2.0 2.0 2.0 2,0 2.7 2.7 2.7 2.7 2.7 — 2.0 — 0.4 -0.5 — 0.2 -0.6 и ОЬахах 1Наааа он а 7 аЬаах Х Оса ах l !Нааах -1000 -400 -2000 -400 -1000 Оил В остальных строках табл. 3.11 указаны входные и выходные параметры типичных ТТЛ-схем в каждом из семейств.
Используя эту информацию, можно проанализировать поведение ТТЛ-схем, не вникая в подробности их внутреннего устройства. Эти параметры были определены и рассмотрены в разделах 3.10.2 и 3.10.3. Как всегда, входные и выходные параметры конкретных схем могут отличаться от значений приведен нь|х в табл. 3.11, поэтому при анализе реальных устройств необхолимо всегда принимать во внимание справочные данные, сообщаемые произволителем, Э*11.4. Справочные данные для ТТЛ-схем В табл.3.12 приведена часть типичных справочных данных производителя для мик- росхемы 74Ь800. Электричеек1ае характеристики схемы 541.800 чкя 206 Глава 3.
Цифровые схемы це, совпадают с характеристиками схемы 74! ЯОО, за исключением того, что они выдерживаются при работе во всем «военном» диапазоне температур и напряже ний и стоимость схемы 54ЫОО выше. У большинства ТТЛ-схем есть соответствую ший эквивалент в 54-й серии (военный вариант). Приведенные в таблице справоч ные данные объединены в следующие три блока: ° Рекомендуемые условия работы (гесаттепг!ег! орега!!пя сопйггапз) вклю.
чают напряжение питания, диапазоны входного напряжения, нагрузочную способность по постоянному току и температурный диапазон„в котором устройство работает нормально. ° Электрические характеристики (е)есгг!са! сйагас!епзисз) содержат донов нительные сведения о постоянных напряжениях н токах на входах и на выходе устройства при работе в рекомендуемых условиях; ! — максимальный входной ток для очень большого по величине входного 1 напряжения высокого уровня; У„з — выходной ток при коротком замыкании на землю выхода схемы, на котором в отсутствие короткого замыкания присутствует сигнал высокого уровня; )сон ток, поз ребляемый ог источника питания, когда на всех выходах (у че и и рех вентилей И-НЕ) сигналы имеют высокий уровень (в таблице приведено значение для всей микросхемы, содержащей четыре вентиля ИНЕ, так что ток, потребляемый одним вентилем, составляет четвертую часть указанной величины); ), „— ток, потребляемый от источника питания, когда на всех выходах (у четырех вентилей И-НЕ) сигналы имеют низкий уровень.
° Характеристики переключения (зэк!!ай!пд сЬагасгег!зг)сз) представляют собой максимальные и типичные значения задержки распространения для «типичных» условий эксплуатации: )г = 5 В и Т = 25'С. При других напряжениях питания и температурах осторожный разработчик должен увеличить эти задержки на 5 — 1 О М, а при большей нагрузке необходимо внести еще большую поправку.
В справочных данных производителя имеется также четвертый блок сведений: ° Предельны е значения (абза!иге так !тит гаг!паз), то есть наихудшие условия, при которых устройство может работать или храниться без повреждения. Полные справочные данные содержат также схемы тестирования, которые при" меняются для измерения параметров устройств в процессе их изготовления, и графики, показывающие, как изменяются типичные параметры при изменении такихусловий работы, как напряжение питания !)г ), температураокружающе" среды (Т„) и нагрузка (Яы С ). 3.11.
СамействаТТЛ-схем 207 Табл. 3.12. Типичные справочные данные производителя для схемы 741.800 ОН741 800 5 и 541.800 вам. т З41 Мям. Аьы. Тиц.О1 Ммо. уеицииа сяспцаооаиия!'! 1; =М .,1ц=-18МА -1 5 "!ц Усе =мак., Уц = Макс 1цц = -О 4м А 27 14 В 1'Оц 1;,=м .,1ц,-зоч,(м =амА 025 04 В 025 04 Усс=мцц У1ц=20У,!Ос--вмА 055 05 В 1'сс =Маке.У! = 7 0 В 1'се=Маке У!=27В О! МА 01 1!ц 20 20 1се Макс.,У1=04В 1ц.
-04 мА 11о11 т Усе =Макс. -20 -1ОΠ— 20 -100 мА 1'сс =МаксУ! = ОВ 1'сс =Маке.,!'! = 4 5 В тсец 08 16 24 44 08 16 14 А 24 44 мА 1ссе ХАРАКТЕРИСТИКИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПРИ!( кЕОВ,Т„ к2ЕУС йчимогр Ог(окон( к(яыкоцд Вам. Т. Ммс. ГЕВ зцццяия гас смроааиия К„2кОм, С! =!5ц А миц 8 'Рц!. 10 15 цс ПРИМЕЧАНИЯ: ( Тагц, гдеуказано «Макс.» или «Мин.», следует использовать соответствую- и(ие значения из раздела «Рекомендуемые условия работы» 2 Все типичныезначениц приведены для цг =50 В, Т =25сС СС ' ' А 5 8 каэсдом испытании не должно быть замкнуто на землю более одного выхода, продолжительность короткого замыкания не должна превышать одной секунды 208 Глава 3. Цифровью схемы *3.12.
Сопряжение КМОП- и ПЛ-схем При выборе логического семейства разработчик цифровой аппаратуры по умолчанию руководствуется общими требованиями в отношении быстродействия, потребляемой мощности, стоимости и так далее, Однаю в некоторых случаях юнструктор может выбирать в качестве элементной базы и другие семейства из-за их доступности или других специальных требований. (Например, не весь ряд схем семейства 74ЬБ имеется в семействе 74НСТ и наоборот) Таким образом, для разработчика важно понимать, как соединяются выходы ТТЛ-схем с входами КМОП- схем и наоборот.
При сопряжении ТТЛ- и КМОП-схем следует учесть несколью факторов, и первый из ннх — запас помехоустойчивости. Запас помехоустойчивости по постоянному току при низком уровне зависит от напряжения К на выходе схемы, являющейся источником сигнала, а также от напряжения К „для входа, подключенного к данному выходу, и равняется К вЂ” )т . Точно также запас помехоустойчивости по постоянному току при высоком уровне равняется Ео, .
— Е„ оим!» 3Нп1»' На рис. 3.84 приведены соответствующие значения для КМОП- и ТТЛ-схем. Вхо ы ВЫХОДЫ 5.0 з)зз»»» . уп.» Чснм~» 1 ОЫ»»» 3.55 (НС, ЧНС) НС, НСТ 3.34 ЧНС, ЧНСТ З.ВО Запас помехо- устойчивости по постоянному току при высоком уровне (.8, 3, А(.8, АЗ, Е 2.7 2.0 (.8, 8, А) 8, АЗ, Е, НСТ, ЧНСТ, ЕСТ 1.35 (НС, ЧНС) (изображено нс в масштабе) О.В 1 8, 8, АЬЗ, АЗ, Е НСТ, ЧНСТ, ЕСТ ЕСТ 0.55 1 8, 8, А) 8, АЗ, Е О.б ЧНС, ЧНСТ 0.44 НС, НСТ 0.33 Запас помехо. устойчивости по постонппому тоху при низком уровне Рмс. 3.84. Выходные н входные уровни сигналов, которые необходимо учитывать при сопряжении ТГЛ- н КМОП-схем: Н)ОН вЂ” высокий уровень, (.ОЧЧ- низкий уровень. (Заметьте, что схемы семейств НС н ЧНС по входу не совместимы со схемами ТТЛ.) Например, запас помехоустойчивости по постоянному току при низюм уровне сигнала на входе ТТЛ-схемы, подключенной к выходу одной из схем, принадлежащих семействам НС или НСТ, равен 0.8  — 0.33 В = 0.47 В, а при высоком 3.13.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
