Boit_K__Cifrovaya_yelektronika_BookZZ_or g (773598), страница 22
Текст из файла (страница 22)
Оно равно примерно 3,5 В и относится к нижнему уровню. Если напряжение базы Т, немного падает или немного растет (например в диапазоне +0,1 В), то уровни е, и У, практически не меняются. Они остаются стабильными. Если напряжение базы Т, падает ниже 2,7 В, то происходит «опрокидывание». Транзистор Т, начинает проводить и вынуждает транзистор Т, закрыться. Выход с, становится высоким уровнем, а выход У, — низким. Коллекторное сопротивление Я, должно быть подобрано так, чтобы Т, не входил в состояние насыщенйя.
Параллельно с транзистором Т, можно включать другие транзисторы (рис. 6.78). Такое параллельное соединение является эквивалентом проводного ИЛИ. При положительной логике на выходе У, выполняется операция ИЛИ-НЕ. Так как выход У, работает инверсно по отношению к Уо то на нем выполняется операнди ИЛИ. Уровни Ни А выходов У, и с, не годятся для управления последовательно включенными логическими элементами.
Поэтому к каждому из выхолов подключают эмиттерный повторитель. За счет этого происходит смещение уровня и становится возможным управление большим количеством последовательно включенных элементов. Типовое значение коэффициента разветвления по выходу находится в диапазоне от 20 до 30. На рис. 6.79 представлена принципиальная схема элемента ЭСЛ с эмитгерными повторителями на выходах. Фиксированное постоянное опорное напряжение для транзистора Т, на схеме (рис. 6.77) может быть получено с помощью делителя напряжения.
В схеме РУН 124 (рис. 6.80) используется дополнительный транзис- Рве. 6.78 ов б.б. Л б - бЗСЛб 1Зф о, Рвс. б.79. ЗСЛ-элемент с эмнттернмм каскадом. о, Р 14 13 12 11 10 9 9 еа Рнс. б.аа. ЭСЛ-элемент РУН 124 (збешелэ). и -ев тор, который обеспечивает стабильность опорного напряжения. Опорное напряжение определяет так называемый порог переключения. Изготовители ЭСЛ-схем используют чаще всего отрицательное напряжение питания — 5,0 В. Положительный полюс источника питания заземляется. Для Н- и Х-уровней получаются отрицательные значения.напряжения.
Диапазоны уровней схемы РбтгН 124 показаны на рис. 6.81. Отрицательное напряжение питания улучшает помехоустойчивость. Разница между напряжениями Х- и Н-уровней составляет всего около 0,4 В. Помехоустойчивость вследствие зтого мала. Изготовители указывают в таблицах данных статическую помехоустойчивость 0,3 В.
Вопрос помехоустойчивости рассмотрен подробнее в разд. 6.4.5. Особым преимуществом схем ЭСЛ является хорошее быстродействие. Среднее время задержки г„составляет 2 нс. Улучшенные технологии позволяют уменьшить г до 1 нс. В настоящее время разрабатывается такое супер- быстродействующее ЭСЛ-подсемейство. Логические элементы подсемейства ЭСЛ являются самыми быстродействующими логическими элементами в настоящее время. ~~~36 Глава 6. Семейства схем зна -о,я в в в ~ма -ья я в Рис.
6.81. Уровни напряжения ЭСЛ-элемента РУН 124. Очень высокие скорости переключения вызывают проблемы с проводниками. При скорости 2 нс мы заходим в верхнюю мегагерцевую область (около 250 МГЦ). Провода активно излучают в высокочастотном диапазоне, что приводит к взаимному влиянию рядом проложенных проводников, то есть электромагнитная энергия излучается от одного проводника к другому и наоборот. Время переключения логического элемента сопоставимо с временем прохождения сигнала по проводнику.
Возникает проблема электромагнитной совместимости и в соединениях между отдельными логическими элементами. При разводке схем следует также учитывать волновые сопротивления проводников (дорожек на плате). Схемы с ЭСЛ-элементами должны рассматриваться как высокочастотные схемы. Элементы ЭСЛ-подсемейства отличаются высоким энергопотреблением. Каждый элемент потребляет примерно 60 мВт. Это в шесть раз болыле, чем у стандартных 1ТЛ-элементов. В следующей таблице приведены важнейшие параметры ЭСЛ-элементов: Схемы подсемейства ЭСЛ Напряжение питания Энергопотребление (на вентиль) Быстродействие — 5В 60 мВт 0,5 нс 1 ГГц 0,3 В Макс.
частота переключения Типичный зазор между уровнями ЭСЛ-элементы применяются в таких схемах, где высокая рабочая скорость имеет абсолютный приоритет. Наряду с немногими прикладными областями промышленных систем управления это прежде всего военные технологии. Необходимо применять экранирование. Если необходимо применять длинные провода, то они должны быть коаксиальными. Целесообразно применять при монтаже схемы высокоинтегральные микросхемы с высокой плотностью элементов.
Дорожки на платах между микросхемами должны быть как можно короче. В любом рабочем режиме в ЭСЛ-элементах всегда открыты много транзисторов, потребляющих соответствующие токи. 6.8. Логические элементы на МОП-транзисторах Семейство логических элементов на МОП-транзисторах состоит из полевых МОП-транзисторов.
Полевые МОП-транзисторы почти не нуждаются в токе управления. Они имеют малые габариты и относительно просты в изготовлении. Возможно производство в виде интегральных микросхем с высокой плотностью. К недостаткам МОП-транзисторов относится большое время переключения из-за больших входных емкостей транзистора (затвор-исток).
6.8.1. Опасность статического электричества Полевые МОП-транзисторы восприимчивы к статическим разрядам (см. Войт, Электроника ч. 2, равд. 8.2). Опасность выхода из строя по причине разряда статического электричества существует вообще для всех интегральных микросхем. При работе с МОП-микросхемами нужно принимать особенные меры предосторожности против статических разрядов. К мерам предосторожносги относится электропроводящее напольное покрытие в помещениях, где работают с микросхемами. Каждый рабочий стол должен быть оборудован заземленной пластиной.
Персонал не должен носить одежду из синтетики, например нейлона. Целесообразно носить электрически проводящую, заземленную через гибкий провод манжету. Следующим опасным звеном является пайка. Переходное сопротивление паяльника между жалом и нагревательным элементом составляет примерно 100 кОм. Это сопротивление кажется достаточно большим, однако оно очень мало по сравнению с сопротивлениями между управляющим электродом и подложкой полевого МОП-транзистора. В паяльнике может накапливаться заряд, которые способен повредить МОП-микросхему. Для монтажа и демонтажа МОП-микросхем следует использовать особенные безопасные паяльники и паяльные ванны.
МОП-микросхемы, которые подверглись воздействию высоких напряжений, но продолжают на первый взгляд нормально работать, с большой вероятностью имеют внутренние повреждения. Такой вид повреждений называют «стресс полупроводникаь. Вследствие такого стресса снижается срок службы полупроводниковых элементов и повышается интенсивность отказов. Что произойдет при стрессе полупроводника внутри кристалла микросхемы — предсказать невозможно. 6.8.2.
Логические элементы на р-канальных МОП-транзисторах (рМОП) Логические элементы рМОП-подсемейства строятся на базе самозапирающвхся р-канвльных МОП-транзисторов. Схема простого рМОП-элемента показана на рис. б.82. На выходе У присутствует уровень 1„если по крайней мере один из транзисторов заперт. На выходе У присутствует уровень Н, если (!ЗВ Г б. С~ А -ив -!в -ив -!в г -!в -ив -ив -ив ы и и Тннн ыыа уровень: ла-! в га-ив Рве. 6.83. Ра- бочая табли- ца к схеме на рис.
6.82. Рис. 6.82. Простой рМОП-эле- мент (ИЛИ-НЕ при положи- тельной логике), на входах А и В действует уровень |„т. е. оба трап- рис. 6.86. типовая схема зистора открыты. Соответствующая рабочая таб- рМОП-элемента (ИЛИ-НЕ лица представлена на рис. 6,83, В позитивной ло- пр«положительной логике). гике данная схема представляет элемент ИЛИ-НЕ. Изготовление сопротивления Я в кристалле полупроводника требует дополнительных усилий. Поэтому сопротивление Я заменяют полевым транзистором с особыми свойствами. Типичная схема РМОП-элемента показана на рис. 6.84. Рассмотрим транзистор Т„который заменяет нагрузочное сопротивление Я.
Его затвор (управляющий электрод) присоединен к источнику напряжения питания. Если оба ключа-транзистора Т, и Т, открыты, напряжение на стоке Т, и, следовательно, на выходе У вЂ” примерно — 1 В. Транзистор Т, также открыт (7У = — 11 В). Возникает опасность протекания слишком большого тока, и вследствие этого чрезмерно высокое напряжение выхода У. Чтобы это не происходило, транзистор Т, производится таким образом, чтобы сопротивление канала в проводящем состоянии не падало ниже 100 кОм. Транзисторы Т, и Т, имеют сопротивления канала от примерно 1 до 2 кОм в открытом состояйии.
В закрытом состоянии сопротивление канала Т, меньше сопротивлений каналов Т, и Т,. В транзисторе Т, оно равно примерно 1 МОм, в Т, и Т, — примерно 10 МОм. Если транзисторы Т, и Т, заперты, или хотя бы один из них заперт, на выходе У действует напряжение примерно — 11 В, т. е. напряжение Т,-уровня. РМОП-элемент на рис. 6.85 производит при положительной логике операцию И-НЕ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
