Boit_K__Cifrovaya_yelektronika_BookZZ_or g (773598), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Видно, что структуры стандартной ТТЛ-схемы и ТТЛ с пониженным энергопотреблением практически идентичны. Однако различие становится ясным при внимательном рассмотрении сопротивлений. Номиналы сопротивлений стандартных ТТЛ указаны серым шрифтом в скобках. Номиналы сопротивлений ТТЛ с пониженным энергопотреблением в десять-двенадцать раз больше.
ов рие. 6.71. Типовой ТТЛ-элемент е пониженным энергопотреблением (И-НЕ при по- ложительной логике). Один логический элемент И-НЕ схемы ТТЛ с пониженным энергопотреблением потребляет мощность порядка 1 мВт. Быстродействие элементов в основном определяется временами заряда-разряда емкостей транзисторов. При увеличении сопротивлений время заряда-разряда возрастает и, следовательно, быстродействие ТТЛ с пониженным энергопотреблением ниже, чем у стандартных ТТЛ.
ТТЛ с пониженным энергопотреблением потребляют 1/10 мощности, потребляемой стандартными ТТЛ. Зато быстродействие ТТЛ с пониженным энергопотреблением примерно в три раза ниже, чем у стандартных ТТЛ. Среднее время задержки г,„определяющее время выполнения одной логической операции, составляет для ТТЛ с пониженным энергопотреблением примерно 33 нс. 6.6.4. Высокоскоростные ТТЛ (Н1оЬВреег(-ТТ1., НТТ~) Высокоскоростные ТГЛ характеризуются прежде всего высоким быстродействием.
Внутренняя структура этого подсемейства логических элементов, как и в случае ТТЛ с пониженным энергопотреблением, не отличается от стандартных ТТЛ. Сопротивления этого подсемейства уменьшены (рис. 6.72). Благодаря этому процессы заряда-разряда емкостей транзисторов протека- ев Рие.
в. 72. Типовой высоко скороспюй ТТЛ-клемент (И-НЕ при полоиительиой логика). ют быстрее, и быстродействие существенно возрастает. Среднее время задержки гв составляет примерно 5 нс. За быстродействие приходится платить повышенным энергопотреблением.
Оно более чем в два раза выше, чем для стандартных ТТЛ. Один вентиль И-НЕ, изображенный на рис. 6.72, потребляет примерно 23 мВт. Быстродействие высокоскоростных ТТЛ-элементов в два раза выше, чем у стандартных ТТЛ. Однако они потребляют энергии более чем в два раза больше. Компьютер, построенный на высокоскоростных ТТЛ, работает в два раза быстрее, чем компьютер на стандартных ТТЛ. Он выполнит за то же время двойную работу. Это очень хорошо. Хуже, что для этого ему потребуется больше энергии. 6.6.5. Шотки-ТТЛ (ТТЛШ) При создании одновременно быстрых и экономичных микросхем используется свойство транзисторов быстро переключаться в ненасыщенном состоянии (см.
Бейт/Шмуш, Электроника, ч. 3). При подключении диода по рис. 6.73 предотвращается насыщение транзистора. Диод должен иметь высокое быстродействие. Поэтому применяют диоды Шотки (см. Бойт, Электроника, ч. 2). Диоды Шотки отличаются высоким быстродействием и пороговым напряжением 0,35 В. Транзистор на рис. 6.73 может проводить только до тех пор, пока (~~в не упадет до 0,4 В.
Затем диод Шатки предотвращает дальнейшее нахождение транзистора в открытом состоянии. Он сам проводит в прямом направлении. От базы ток течет через диод и переход коллектор-эмитгер к земле. Этот ток уже не течет через базу транзистора и не служит для его управления. Начало насыщения транзистора начинается тогда, когда У падает до значения У т. е. при У = 0,4 В транзистор уже находится в йасыщении, но не в глубоком. Диод Шотки на рис. 6.73 называется «антинасыщающий диод». Транзистор с диодом Шотки называется транзистором Шотки.
Его условное обозначение показано на рис. 6.74. Диод при этом подразумевается по умолчанию, и его можно не обозначать на схеме. Принципиальная схема типичного элемента ТТЛШ изображена на рис. 6.75. Это элемент И-НЕ в положительной логике. 5 — зпе ~~(ЗО Глава б. Семейства схем Коиивкгвр и„-овв Звгиг гвр Рис. бд4. Услоаное обозначение транзис- тора Шатки. Рис. б.73. Транзисторный каскад на диоде Шатки.
Среднее время задержки Гд составляет от 2,5 до 3 нс, или примерно вдвое меньше, чем для элементов подсемейства высокоскоростных ТТЛ. Так как транзисторы Шотки проводят слабо, выходной уровень 1 у них выше, чем у стандартных ТТЛ-злементов. Вследствие этого разрыв между уровнями Г, и Н меньше, что означает ухудшение статической помехоустойчивости. Логические элементы подсемейства ТТЛШ характеризуются очень высоким быстродействием, плохой помехоустойчивостью и высоким энергопотреблением. Элемент И-НЕ (рис.
6.75) потребляет мощность 20 мВт — вдвое больше, чем элемент И-НЕ подсемейства стандартных ТТЛ. ов Рис. 5.75. Элемент ТТЛШ 74 3 ОО (Техаз 1пппппегна). 6.6.6. ТТЛШ с пониженным энергопотреблением ((.оуч-Роучег ТТЛШ) Элементы подсемейства ТТЛШ потребляют меньше энергии при увеличении сопротивлений в токовых контурах. Мы уже отмечали этот эффект при рассмотрении подсемейства ТТЛ с пониженным энергопотреблением (разд. 6.6. 3). ев Рне. 6.76. Элемент ТТЛШ 74 15 ОО (Техав [пввпппепвв).
При увеличении сопротивлений время заряда-разряда емкостей транзистора возрастает и, следовательно, быстродействие ТГЛШ с пониженным энергопотреблением понижается. Структура ТГЛШ с пониженным энергопотреблением совпадает со структурой обычных ТГЛШ. Только сопротивления берутся больше. На рис. 6.76 изображена схема типичного ТГЛШ с пониженным энергопотреблением. Среднее время задержки г, составляет 9,5 нс, энергопотребление — 2 мВт. Быстродействие ТТЛШ с пониженным энергопотреблением и обычных ТТЛШ практически одинаковы.
При этом они потребляют только 1/5 энергии обычных ТТЛШ. Недостатком обоих подсемейств ТТЛШ, обычного и с пониженным энергопотреблением, является низкая помехоустойчивость по сравнению со стандартными ТГЛ. 6.6.7. Сравнительная оценка логических элементов Идеальный логический элемент должен обладать очень высоким быстродействием, другими словами, среднее время задержки должно стремиться к нулю. Также он должен потреблять мало энергии и обладать высокой помехоустойчивостью. Эти три свойства являются взаимоисключающими. Если стремиться к высокому быстродействию, то проигрываешь в энергопотреблении и помехоустойчивости. Если стремиться к малому энергопотреблению, то проигрываешь в быстродействии.
При выборе между быстродействием, энергопотреблением и помехоустойчивостью приходится искать компромисс. Свой компромисс для каждого конкретного случая. Для каждого подсемейства ТТЛ был найден компромисс между быстродействием, энергопотреблением и помехоустойчивостью. Схемотехника ТГЛ постоянно совершенствуется. Появляются новые улучшенные схемы, в которых удается еще немного уменьшить энергопотребление и увеличить быстродействие при сохранении высокой помехо- р.р. р р - ррсрр \~~з устойчивости. Это становится возможным благодаря прогрессу в производстве интегральных микросхем.
В последнее время появились новые подсемейства ТТЛ: улучшенные ТТЛШ (Абирапсеб-Бс)топку-ТТЬ) и улучшенные ТТЛШ с пониженным энергопотреблением (АсМапсей-Ьоир-Ротчег-Бс)гогйу- ТТЬ). Наиболее важные параметры подсемейств интегральных микросхем приведены в следующей таблице. 6.7. Эмиперно-связанная логика (ЭСЛ) Схемы семейства эмитгерно-связанной логики создаются на базе биполярных транзисторов. При создании этого семейства преследовалась цель достижения максимально возможного быстродействия. Большое быстродействие возможно только при переключении транзистора до того, как он войдет в режим насыщения (см. Войт/Шмуш, Электроника, ч. 3, разд.
5.3). Кажется, наиболее простым решением было бы построить схемы на базе простых усилителей. В таких усилителях транзисторы никогда не заперты полностью и никогда не проводят полностью. Переключение между состояниями опсрыт — закрыт происходит чрезвычайно быстро. Однако у усилителей на транзисторах много проблем с помехоустойчивостью. Разница между уровнями Ь и Н мала, и состояние выхода нестабильно. Даже изменение температуры может повлиять на выходной уровень, т.
е. вызвать самопроизвольные переходы с Х на Ни наоборот. В дифференциальном усилителе (см. Бойт/Шмуш, Электроника, ч. 3, разд. 3.7.2) возможно запереть один транзистор и управлять другим. Для управляемого транзистора имеет место сильная обратная связь по току. Вследствие этого малые изменения тока базы управляемого транзистора не влияют на ток коллектора. Выходной уровень остается стабилен, хотя управляемый транзистор не находится в насыщенном состоянии. Рассмотрим схему на рис. 6.77. На ней изображена принципиальная схема дифференциального усилителя.
К базе транзистора Т, постоянно приложено напряжение, например+2,7 В. Допустим, к базе Т, тоже приложено напряжение +2,7 В. Оба транзистора открыты, и по эмитгерному сопротивлению Я течет общий эмитгерный ток примерно 2 мА. и, - ре в е2,7 В ьа,7 В ев Рис. 6.77. Дифференциальный усилитель. (~~34 Г б. С~ Если напряжение на базе Т, становится выше чем +2,7 В, то составляющая тока эмиттера от Т, увеличивается.
На Я увеличивается падение напряжения, и транзистор Т, должен закрыться. Если к базе Т, приложено напряжение 3,7 В, то ток эмиттера равен примерно 3 мА. Сопротивление Я„должно быть таким, чтобы напряжение коллектора Т, не упало слишком сильно. Т, может проводить только до тех пор, пока не приблизится к насыщению. Транзистор Т, запирается, и ему не нужен эмитгерный ток. К выходу Т, запертого транзистора Т, прикладывается +5 В. Это напряжение высокого уровня. К выходу Т, запертого транзистора приложено напряжение, полученное в результате падения напряжения на Я, и напряжения (7 проводящего транзистора.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
