Boit_K__Cifrovaya_yelektronika_BookZZ_or g (773598), страница 24
Текст из файла (страница 24)
6.95. гаев и а ье В +и, -и, Рис. 6.97. Принципиальная схема переда- точного логического элемента. Рис. 6.98. Рабочая таблица передаточного логического элемента. КМОП-элементы производятся в основном в виде элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Особым элементом подсемейства КМОП является передаточный элемент. Он состоит из параллельного включенных и-канального МОП-транзистора и р-канального МОП-транзистора (рис. 6.97). Передаточный элемент работает как переключатель.
Если к О, будет приложен уровень Н (например +5 В) и к 6, — уровень 1, (О В), то оба транзистора запираются. В р-канальном МОП-транзисторе между управляющим электродом и подложкой приложено напряжение 0 В. Образование проводящего канала между истоком и стоком становится невозможным. Также и в л-канальном МОП-транзисторе между управляющим электродом и подложкой приложено напряжение 0 В.
Здесь также не может возникнуть проводящий канал. Сопротивление между точками А и Удостигает нескольких сотен МОм. Если на б, действует уровень У, (О В), а на 6, — уровень Н (+5 В), то напряжение затвора р-канального МОП-транзистора относительно подложки будет — 5 В. Напряжение затвора и-канального МОП-транзистора относительно подложки +5 В. При этих напряжениях образуются проводящие каналы между истоком и стоком. Канал между А и Убудет низкоомным (примерно от 200 Ом до 400 Ом). Рабочая таблица представлена на рис. 6.98.
Уровни на входах б, и О, всегда прикладываются в противофазе. Управление может происходйть с помощью элемента НЕ (рис. 6.99). Получается двунаправленный ключ. У полевых транзисторов передаточного элемента исток и сток могут взаимно менять свои функции. Поэтому вывод затвора обозначается в середине его условной линии (рис. 6.99). Интегрированные КМОП-микросхемы всегда содержат множество логических элементов, которые могут быть использованы по отдельности или как единая сложная логическая функция. На рис.
6.100 показана структура схемы СП 4000 А. Эта схема содержит два элемента ИЛИ-НЕ с тремя входами каждый и элемент НЕ. Схема Со 4012 А (рис. 6.101) содержит два элемента И-НЕ с четырьмя входами каждый. Интегральные схемы арифметических логических устройств содержат очень много КМОП-элементов. На рис. 6.102 приведена схема 4-битного сдвигающего регистра.
Эта схема рассмотрена подробно в гл. 8. б.б. Я МОЛ ч б 1ф +и, те а эбо бе, бг Рис. 6.101. КМОП-микросхема СП 4012 А (КСА). Рис. 6.99. Передаточный логиче- ский элемент с управляющим эле- ментом НЕ. Рис. 6. 100. КМОП-микросхема СР 4000 А (КСА). (~» г всю Ввод нн»х второ а вин сг Сà — твквтвия онгнви к +и, СŠ— и»вивт»води»вид тонтон»а о»тини Рая. блеют. Схема КМОП-4-битного сленгового регистра СО 4015 А (КСА). Микросхема С13 4008 А является 4-битным полным сумматором.
Полные сумматоры рассматриваются подробно в гл. 10. Схема приведена здесь как пример КМОП-схемотехники (рис. 6.103). Интегральные микросхемы в КМОП-исполнении могут производиться с очень большой плотностью элементов. Можно схему целого калькулятора уместить в одной микросхеме. Дальнейшее совершенствование технологий ведет к повышению возможной плотности компоновки. Напряжение питания КМОП-злементов может колебаться в широком диапазоне. Для серии С13-4000-А (рис.
6.100 — 6.103) фирма-производитель КСА указывает диапазон напряжений питания от 3 В до 15 В. Типичные передаточные характеристики при ряде напряжений питания показаны на рис. 6.104. Часто используются напряжения питания +5 В и +10 В. Для этих напряжений питания на рис. 6.105 и 6.106 показаны диаграммы уровней. Для больших напряжений питания характерна лучшая помехоустойчивость. Разность между уровнями 1.
и Н, отвечающая за помехоустойчивость, для КМОП-схем составляет примерно от 30% до 40 об напряжения питания. В следуюшей таблице приведены важнейшие параметры КМОП-эле- ментов: 1(~е Г б г например +5 В от 5 до 10 нВт (в зависимости от частоты переключения) 8 не 50 Мрц 2В 10гт Ом 500 Ом 200 Ом ) 50 10 пА (максимально) иа в и в Рис.
6.105. Диаграмма уров- ней для У,=- 5 В. и, в Входы современных КМОП-микросхем защищены от воздействия статических разрядов. В качестве защиты используют диодные схемы согласно рис. б.107. Если напряжение входа превышает напряжение питания на величину примерно 0,7 В (напряжение открытия диода), диод Р, откроется и лишний ток уйдет к источнику питания. В схеме на рис. б.!07 это происходит при входных напряжениях выше +5,7 В.
При отрицательных входных напряжениях, начиная с — 0,7 В, открывается диод Рк Схемы подсемейства иМОП Напряжение питания Энергопотребление (на вентиль) Быстродействие Максимальная частота переключения Типичный зазор между уровнями Входное сопротивление Выходное сопротивление При Н-уровне При Х-уровне Коэффициент разветвления Входной ток Рис. 6Л04. Передаточные характеристики КМОП- элемента для нескольких напряжений питания. Рис. 6Л06.
Диаграмма уровней для У = 10 В. о г г ф Концентрация основных носителей заряда в полупроводниковых зонах диодов очень мала, поэтому они обладают большим динамическим сопротивлением. ~) р, +5,7 е Вследствие этого очень высокое входное сопротивление КМОП-элементов только незначительно уменьшается при добавлении ди- Р, одов. Кроме того, малое динамическое сопротивление диодов при ошибочной полярности а питания привело бы к их мгновенному выходу схемы из строя, так как через 11, и Юз потек бы ток короткого замыкания. Рве. 6.107. Защитная схема про- Если на вход элемента подается большой тивстатнческогоРазРааа.
статический заряд, то соответствующий полевой транзистор может выйти из строя, несмотря на диодную защиту. Из-за больших динамических сопротивлений заряд может не успеть достаточно быстро рассосаться, так что может возникнуть опасное высокое напряжение. При работе с МОП-схемами следует принимать обычные меры предосторожности против статического электричества. КМОП-схемы имеют широкую область применения. Они достаточно быстры для решения многих технических задач и отличаются малым энергопотреблением. Даже микросхемы высокой степени интеграции очень выгодны при производстве в больших количествах.
Контрольный тест 1. Что понимают под схемами одного семейства? 2. Назовите основные семейства логических схем. 3. Что такое бинарные уровни напряжения? 4. Что понимают под положительной логикой, под отрицательной? 5. Чем отличается рабочая таблица от таблицы истинности? 6. Составьте для схемы на рис. 6.108 рабочую таблицу. 7. Какую логическую операцию производит схема на рис. 6.108 при положительной и при отрицательной логике? 8. На рис. 6.109 показаны два диапазона уровня.
Какой является 11- диапазоном и какой А-диапазоном? +а В Рве. 6.100. Логический элемент. Рис. 6.109. Диапазоны уровней. ~('180 Глава 6. Семейства схем 9. Что понимают под передаточной характеристикой? Нарисуйте примерную передаточную характеристику. 10. Разъясните понятия «быстродействие» и «время нарастания сигнала». 11. Что такое входной нагрузочный коэффициент? 12.
В таблице данных на элемент указано: коэффициент разветвления Р = 10. Что это значит? 13. Как устроены ДТЛ-элементы? 14. Нарисуйте схему типового ТТЛ-элемента с тремя входами и двухтактным выходом. 15. Какую операцию производит схема на рис. 6.110 при положительной логике? о, Рис. 6.110. 16. Часто можно услышать понятия «насыщенный элемент» и «ненасыщенный элемент». Что значат эти понятия? 17. Какие преимущества и недостатки имеет подсемейство ТТЛ-схем с пониженным энергопотреблением по отношению к стандартным ТТЛ-элементам? 18. Как устроены иМОП-элементы? 19. Упорядочите известные Вам семейства логических элементов а) по энергопотреблению, б) по быстродействию.
20. Нарисуйте схему КМОП-элемента с двумя входами, которая производит при положительной логике операцию ИЛИ-НЕ, и объясните принцип действия этой схемы. ГЛАВА 7 БИНАРНЫЕ СХЕМЫ С ВРЕМЕННОЙ ЗАВИСИМОСТЬЮ 7.1. Введение Триггерами называют бистабильные ячейки. Они обладают свойством памяти. Устройство бистабильной ячейки рассмотрено в «Электронике», ч. 3, гл. 7.
Триггеры производятся преимущественно в виде интегральных микросхем, Рис. 7.2а. Условное гра- фическое обозначение простого триггера со срел- ней линией, Рис. 7.1. Условное графи- ческое обгоначение про- стого триггера. Рис. 7.2.
Условное графическое обозначение триггера с разными соотношениями сторон прямоугольника. Условное графическое обозначение простого триггера приведено на рис. 7.1. Соотношение сторон прямоугольника может быть выбрано любым (рис. 7.2). Это графическое представление триггера соответствует П1)ч) 40900, ч. 12. Главным выходом является выход А„который, разумеется, может называться как угодно. Выход А„инверсный по отношению к А„обозначается кругом инверсии.
Также до сих пор допустим традиционный способ представления триггеров в виде прямоугольника со средней линией (рис. 7.2а), согласно ОПЧ 40700, часть 14. Действуют следующие правила: 1. Выводы для подключения напряжения питания не обозначаются. 2. На обоих выходах триггера обычно действуют противоположные состояния. 3. Для описания принципа действия триггера используются логические состояния 0 и 1. Также можно оперировать понятиями уровней Т, и Н. Если нет особых указаний, то по умолчанию все логические операции производятся при положительной логике (Н = 1, 2, = О). 4. При подаче на вход триггера Е, логической 1, выход А, переходит в состояние А, = 1.
Этот процесс называют режимом установки трштера. Если трипер уже имеет состояние А, = 1, то подача 1 на входе Е, ничего не меняет. Переключения триггера не происходит. ~~~~Л2 Глава 7. Бинарные схемы с временнбй зависимостью Рве. 7.4. Условное град, фическое обозначение ~ - о трнпера с фиксирован- е. д ной установкой 1 = О. д Рвс. 7З. Условное Пкьфическое обозначение д* трютсра с управлением О-сосгояннями, условное обозначение фиксированной установки можно опустить, если не возникает неоднозначности. Состояние А, = 1, А, = О называется рабочим состоянием или режимом установки триггера. Можно так сконструировать трикстер, чтобы он после подачи напряжения входил в рабочее состояние (А, = 1, А, = О). Такой триггер обозначается символом Г= 1 (рис.
7.5). В настоящее время появились триггеры, которые после подачи напряжения питания имеют состояние, которое они имели при выключении напряжения. Они не теряют хранимую информацию при потере питания. На триггерах этой разновидности стоит символ Л1)г(поп чо1атйе, пвйяраппнпиаиев1сЬетт). Такой триггер показан на рис. 7.б. Различают между статическими и динамическими входами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
