Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 82
Текст из файла (страница 82)
Логические элементы интегральных схем 381 а комбинация И и НЕ функцию И вЂ” НЕ: у = х~ л хз . (з двоичной логике число разложенных сочетаний из л аргументов равно 2", а число логических функций — 2 ". Логические элементы могут быть реализованы на различных физико-технических принципах: электромеханическом, пневматическом, оптическом и т. и. Рис. 7И. Переключательные модели констант О н 1, функции И, ИПИ, НЕ н нк условное обозначение Совокупность требований по быстродействию, массогабаритным размерам, надежности, энергопотребления лучше всего реализуется в цифровых интегрированных схемах.
В основе цифровых схем лежат тралл»сторнгке клоки — аналоги металлических контактов (рис 7,2). а) б) Ряс. 7.а. транзисторный ключ, реализованный на биполярном (а) и МДП (б) транзисторах. Е» — напряжение коллектора; Е, — напряжение стока; )» — ток ксппектора,), — ток стока, Я»,Я,, Я вЂ” резисторы ЗВ2 Часть )]. Микроэлектронике Ключи характеризуются двумя устойчивыми состояниями — - разомкнутым и замкнутым формируя алгебраические логические функции в нужную камбинациго, можно получить неооходимый результат.
Практическое аппаратное решение можно получить, соединяя соответствугощим образом логические элементы. Логические элементы по режиму работы подразделяются на сгпптннеснне и г)гнггмпь инские. Статические логические элементы могут работать как в статическом, так и в импульсном или динамическом режимах. динамические логические элементы могут работать только в импульсном режиме. )]огические элементы в микроэлектронике подразделяются на комбинационные и после довательностные схемы. Книбинпцнанныеяогнчпскиг схемы представляют собой схемы без запоминания перемен.
ных. Они состоят из логических либо операционных элементов и собраны из логических элементов для выполнения заданных операций над входными сигналами. Наиболее распространенными являются следующие типы комбинационных схелг. ьг Пггггррагггор (кодировцгик) — — операционный элемент, преобразующий единичный сигнал на одном из п входов в т-разрядный выходной код.
Конструктивно он может быть реализован из четырех элементов ИЛИ: одного пятивходового, двух четырехвходовых и одного двухвходового. 0 Деигггфрагггор (декодировгцик) — операционный элемент, преобразующий п-разрядный входной код в сигнал только на одном из своих т выходов. Логические функции, а затем и схема дешифратора составляются по таблицам истинности. б] Мупьпшппексар — операционный элемент, осуществляющий адресное переключение заданного числа входных сигналов на один выход.
2 Демультипяексор — операционный элемент, осуцгествляющий адресное подключение одного входного сигнала к одному из многкества выходов. ].] Коятарптор — операционный элемент, производящий сравнение двух чисел х, и.тп Результат сравнения отображается единичным логическим уравнением. ]-] Гугггягппгар — операционный элемент, выполняющий операцию сложения нескольких чисел. В классификации интегральных схем эти устройства вполне логично отнесены к цифра вым устройствам, потому как используются для преооразования информации. Послег)аппгггеггьносгггггы.гггг логпческиии схемпяв называют схемы, состояние выходов кгэ торых зависит от последовательности смены состояний на их входах.
Они ма~ ут залами пать переменные, выходные сигналы которых зависят нс только от значения вхадггы ных сигналов в данный момент времени, но и от последовательности значений входных си" напав в предшествующие моменты времени. Последовательностные схемы собираютс~ я из комбинационных путем введения в них обратных связей. К последавазельностным логическим схемам относятся: пгрпжеры последовательные элементы с двумя устойчивыми выхолными с"с стояниями; ]-] региспгры — - последовательный аперационньш элемент, предназначенный для хр анения и (или) преобразования многоразрядных двоичных чисел.
Регистр состоит иэ гз набора триггеров, число ко гарых равно рагрядиасти хранимых чисел; 7 Логические элементы интегральных схем звз О счепщнкч — последовательный операционный элемент, предназначенный лля счета импульсов, поступающих на вход. Конструктивно счетчик состоит из цепочки триггеров, число которых определяет его разрядность. Перечисленные устройстяа относятся к времязалающим. К послелояательностным схемам относятся также и заиотшнаюцие устройства. 7.2.
Основные характеристики логических элементов Основной характеристикой логического элемента, в том числе транзисторного ключа, является переоапгочная характеристика. Эта характеристика представляет собой заяисимость выходного напряжения О„„,„ от напряжения на одном из входов при условии сохранения постоянных напряжений на остальных входах. Для транзисторных ключей передаточная характеристика определяется выражением (У„„= 7(С/„„) (рис.
7.3). По виду передаточной характеристики различают плеерпвруюгние и леилвертируюгйие логические элементы. К инвертирующим элементам относятся схемы типа НЕ, И вЂ” НЕ, ИЛИ вЂ” НЕ и лр., на выходе которых получают инверсные по отношению к выходным логические сигналы. Рис. 7.3, Инеертирующая передаточная характеристика К неинвертирующим логическим элементам относят схемы типа И, ИЛИ и лр., на выходе "оторых получают прямые по отношению к входным логические сигналы, уранзисторные ключи относятся к инвертирующим логическим элементам. для них различают лва устойчивых состояния: разомкнутое, соответствующее точке л, и замкну- Часть 11. Микроэлектронике тое — точке В 1рис. 7.3).
В точке,! ключ разомкнут и на него подают большое напряж ние (при малом входном). С увеличением входного напряжения ключ срабатывает, трап зистор открывается, и все напряжение падает на нагрузочном сопротивлении (11в или В ) Напряжение на выходе близко к нулю. Входные и выходные сигналы имеют дискретные уровни, которые и определяются пере даточной характеристикой. Следует заметить, что форма передаточной характеристики между точками Л и В несуще отвеина.
П!триховой линией обозначен возможный разброс значений С' < С < С" на ин тервале 111г, 14"''1, который не влияет на точки А и В. Ясно, что ключи, а значит и цифра вые схемы, малочувствнтельны к разбросу параметров, температурному дрейфу, временному изменению параметров, внешним электромагнитным наводкам, собственным шумам. Входные напряжения, определяющие границы участков, называются порогами пврвкпочшат 1/г и С я, которые определяют ширину переходной области. Разность напряжений логической 1 и О называется логическим перепадам и определяется как 11,= их-1, „. я Помимо логических сигналов на входах может появиться напряжение помех, которое либо повышаег, либо понижает входное напряжение. Это может привести к сбоям в работе логических элементов.
Для повышения помехоустойчивости ло~ических элементов необходимо увеличивать логический перепад и уменьшать ширину переходной области. Входная характеристика представляет собой зависилюсть входного тока от напряжения на данном входе при постоянных напряжениях на остальных входах. Для биполярного ключа это будет характеристика 1г=ДЬ',„), а для униполярного— 1, = Ди„,).
Выходная характеристика представляет собой зависимость выходного напряжения от выходного тока. Для транзисторного биполярного ключа это l„= Д11„,), а лля транзисторного униполярного ключа — 1, =д!/„„). Эти характеристики могут строиться для напряжений низкого и высокого уровней на выходе.
Нагрузачяая способность п или коэффициент разветвяетш на выходе характеризу~~ максимальное число логических элементов, которые люжно одновременно подкчюч"ть к его выходу. Казф4пуивят одьедиявяия па выходу т характеризует расширение логических возмож настей элемента за счет выполнения функций над большим числом логических пере менных. Выстродвиствиг логического элемента оценивается средним временем задержки Р"спр сиро ческе" странения сигнала, по существу определяющее среднее время выполнения логичес операции. инины В схемах, реализующих логические функции, логические нули и логические един е инипредставлены различными значениями напряягения — уровнем нуля 1я и уровнем еди если цы 11.
Если 11 — ср > О, то схема работает в "положительной логике' -» и "от- Ь вЂ” 0 > О, то схема работает в "отрицательной логике", Мезкду положительной и рицательной" логикой принципиальной разницы нет. ЗВб 7 Логические элементы интегральных схем 1.3. Логические ИС на биполярных транзисторах Различают три основные группы логических элементов интегральных схем, реализованных на биполярных транзисторах. К первой группе относятся логические схемы с передачей выходного тока или напряжения на вход нагрузочного элемента, В эту группу входят логические элементы транзисторной логики с непосредственной связью, транзисторной логики с резистивной связью (РТЛ), транзисторной логики с резистнвно-емкостной связью (РЕТЛ) и интегральной инжекцион ной логики (И "Л).
Ко второй группе относятся ИС с логикой на входе (колыоню!ля и онззлонклня) и с передачей входного тока на выход управляющего элелзента. В эту группу могут быть включены логические элементы диодно-транзисторной логики (ДТЛ), транзисторно- транзисторной логики (ТТЛ), в том числе ТТЛШ, диодно-транзисторной логики с дополнительной симметрией (ДСДТЛ), модифицированной диодно-транзисторной логики (МДТЛ) и транзисторной логики с переменным порогом (П((ТЛ). Третью групп> образуют логические ИС с эми ггерной связью н токовым переключением. К ним относятся элементы эмнттерно-связанной логики (ЭСЛ), злзиттерно-связанной логики с эмитгерным повторнтелелз (ЭЭСЛ), эмиттерно-связанной логики с дополнизельной симметрией (ДСЭЛ), Рассмотрим каждую из групп и приведем некоторые характеристики логических схем.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
