Популярные цифровые микросхемы (944146), страница 34
Текст из файла (страница 34)
крыты Средний уровень тока потребления 1„, окажется том больше„ чем выше частота следования входных импульсов, Если входная после- 201 донательиость окончилась, ток 1„, без входного сигнала становится равным нулю. Передаточные характеристика определяют помехоустойчивость элементов КМОП.
На рис. 2.7,а показаны условные пределы характеристик (криные 1 и 2) нивертора, а ва рис. 2.7, б — неинвертнрующего элемента, По вертикальным осялг отмечены пороговые напряжения () г и (1ва,х, когда происхолит переключение состояния р- и п.каналов. Пе- р 77ак яу пег дяп 2 ) у у,тяга В -й- Л."' гув д Рис. 2.6. Измерение тока потребления (а), связь входного импульса 17ех, импульсов тока питания 1д„и, также среднего тока потребления !вот (б) 77вм„ и,'ы„ р 'ува ВВ (увл Р 77рх 77рг„ су В пои 71777 .771г 77)гайдая тур уб7 Вгигибигт г7 (л) Рнс. 2.7.
Передаточные характеристини инвертора КМОП и помехоустой швосттп и — предсяы характеристик инвертирующего элемента; 6 — то ме для нснивертирующего; в — общая тактовая шина двух О.трлггеров; а медлениоменяющиася тактовыа импульс дает ошибку счета 202 ресечеиие пороговых уровней с характеристиками дает предельные зна- чения напряжений помех снизу 13, „(номеха от шины «земляэ) и свере ху 1)„он (помеха от шины питания). Помехоустойчивость для элементов ° КМОП достаточно велика, так как допустимо напряжение 13~ до 30 Те от напряжения питания 13„„.
Импульсная помехоустойчивость растет, если длительность входных импульсов помехи меньше, чем среднее время задержки распростране- ния сигнала в микросхеме. Особо следует оговорить устойчивость переключения синхронных устройств на микросхемах КМОП. Необходимо, чтобы время фронтов нарастания и спада тактового импульса было бы меньше, чем 5...15 мкс (т. е. тактовые импульсы должны иметь крутые фронты). Во-цервых, если фронт импульса длительный, пологий, инвертор КМОП долго на- ходится в усилительном режиме, поэтому сквозной импульс тока (см. рис. 2.6, б) чрезмерное время течет через него, структура может пере- греться и разрушиться.
Во-вторых, время нарастания перепада иа тактовом входе (е ' дол- жно быть меньшим, чем время 1,„,р плюс время переходиога процесса на выходе трнггерного элемента. 14а рис. 2.7, а показано последователь- ное соединение двух О.триггеров. При медленно нарастающем перепада на входе С выходной сигнал триггера ОО1 запишется на О-вход триг- гера И)2, ошибочно переключится на низкий уровень (рнс. 2.7,г), по- скольку фронт С еще не превысил уровень 0,7 1)..а.
Необходимо принимать особые меры защиты элементов КМОП. Во-первых, все входные сигналы ие должны выходить за пределы на- пряжения питания 1)„ ч. Если проектируются мультивнбраторы (авто- генераторы и ждущие), в них следует ограничивать токи перезарядки конденсаторов микроамперными уровнями, включая последователь- ные резисторы. Во-вторых, входы КМОП не должны оставаться иепри- соединенными. Реально опасны случаи разъединения печатных плат, находящихся под питанием, когда через разъем сигналы от одной пла- ты поступают на другую, Здесь следует предусматривать шуитнрующне резисторы (к проводам Ежа нли нулевому). В.третьих, многие микро- схемы КМОП могут работать от сигналов ТТЛ. Здесь следует подклю- чать резисторы утечки от входа КМОП на питание ТТЛ 5 В. Следует принймать меры защиты выходов микросхемы КМОП.
На- до избегать случайных замыканвй выходов буферных элементов с по- вышенным выходным током иа вровод питания. Нельзя соединять вы- ходы обычных элементов непосредственно, поскольку произойдет замы- кание одного из каналов на источник пнтання. Если требуется параллельное соединение входов и выходов эле. ментов, они долгкиы быть из одного корпуса микросхемы. Нельзя при- менять емкости нагрузки С„>5000 пф для буферных и высоковольтных оконечных элементов, поскольку такой незаряженный конденсатор рав- ноценен перемычке короткого замыкания, Серийные микросхемы КМОП выпускаются более десяти лет.
Пер- вые микросхемы такой структуры были низковольтными. Это отечест-. венная серия К176 и аналогичная зарубежная СВ4000А. Напряжение питания для микросхем этих серий было равно 9 В, Оио лпмнтирова- лось напряженнем пробоя и-кармана (см, рис. 2й,а). Последующая эволюция техвологии позволила повысить предел на- пряжения питания ()вж до 15 В.
Вместе с тем нижний предел О., со- ставляет 3 В. Быстродействие микросхем КМОП растет пропорцнональ- 203 ио увеличению напряжения питания. Поэтому для усовершенствованных серий К561 (аналог — серия СО4000 В) при ~3».а 15 В типовое значение времени 1,,»,,»=50 нс на логический элемент, при статической .рассеиваемой мощности — 0,4 мкВт на элемент. Перспективная, так вазываемая НСА!ОБ — логика (здесь Н вЂ” начальное сокращение перевода слова й!66 — высококачественная) выполняется с помощью процессов ионной имплантации н с заменой металлических пленок областей затворов на поликремниевые, Микросхемы такого псполненвя конкурируют по быстродействию (10...15 нс) с мик-' росхемами иа структурах с барьером Шотки, конкретно с ТТЛ серией 745$ (К555).
2.2. ОСНОВНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И, ЙЛИ, 2 В основе всех цифровых микросхем КМОП находятся три логических элемента; Й, ЙЛИ и коммутационный ключ (КК). С помощью КК реализуются выходы с третьим состоянием очень болыпого выходного импеданса 2 (практически разомкнуто). Полевые транзисторы можно соединять последовательно («столбиком»), поэтому элементы И, ИЛИ строятся по разным схемам и в отличие от ТТЛ здесь ие надо переименовывать логические уровни. Для КМОП принято, чтобы ! отображалась высоким уровнем, а 0 — низким.
На рис, 2.8, а показана принципиальная схема двухвходового элемента Й. Это один канал из микросхемы К!76ЛА7. На рис. 2.8, б эта схема изображена в аиде эквивалента с подключенными управляющими переключателями 51 и 52. Здесь транзисторы УТ! — ЧТ4 заменены однополюсными тумблерами. Если последовательно перебрать все комбинации напряжений высо. ких и низких уровней, поступающих на входы А и В от 5! и 52, и рассмотреть уровни на выходе О, получим таблицу состояний инвертора Й (рнс.
2.8, а). Если от 51 и 52 на входы А и В подать напряжения высокого уроввя (В), п-каналы транзисторов УТ1 и ЧТ2 будт замкнуты, а каналы ЧТЗ и ЧТ4 разомкнуты. На выходе О окажется напряжение низкого уровня (Н). Если на вход А или В поступает хотя бы один низкий уровень, одни нз каналов ЧТЗ илв ЧТ4 оказывается замкнутым в на выходе О появляется ваприжение высокого уровня. В результате вертикальная колонка данных на выходе Я (рис.
2.8, в) соответствует функции И (см. рис. 1.19, в). Если на входы А и В подать два положвтельных импульса (см, рнс. 2.8, г) сигнал иа выходе О будет соответствовать площади их совпадения (но с инверсией!). В табл, 2.1 перечислены микросхемы КМОП с логикой И, входящие н серии К176 и К561, а также указаны их зарубежные аналоги из серий СО4000А и СО4000В. Поколсвки этих микросхем показаны на рнс.
2.9, и — в. На рис. 2.9, г приведена схема двойвого двухвходового нивер. тора К564ЛА!О. Здесь после двухвходового Й включается инвертор (см, схему рис. 2.3,а), следовательно, на затвор оконечного п-канального МОП-транзистора поступит функция И. Но на стоковых резисторах нагрузки (выходы Е» и Е«) сигналы И окажутся инвертированными„поэтому выходные состояния будут соответствовать рис. 2.8,в. Функцию И реализует также микросхема К!76ЛП12 (см, рнс, 2.!9,в).
Четверку 204 8 Г 1 а 1 г) Рис. 2.8. Двухвходовой элемент Иг а — схема; б — эквивалентная скема управления; а — таблица электрических со. стояния схемы; а — диаграмма входных и выходных импульсов двухзходовых элементов И с передаточной характеристикой, имеющей петлю гистерезиса (триггеры Шмитта), содержит микросхема К561ТЛ1 (рве, 2.9,6), которой соответствует зарубежный аналог СР4093 В. Передаточвая характеристика этого логического элемента по каждому Т а б л и ц а 2.1. Мнкросхемм КМО П Й Номер микросхемы Обоаиаченне Серея г з э ю К!76 К561 (К 564) ЛА СР4000А СР4000В 11 12 23 11 12 23 107 206 Кбб1ЛИ' ГГнр б б бб Гбд Кббббпд' ~"ГГбб и б Г б б)Ю Хббсбб17 ббб1ЛДб онГ ьгн.п Йбих псрб,) бппгп Рис.
2.9. Микросхемы Й; а — К561ЛАУ; б — К5ЯЛА6; в — К561ЛА9; в — К561ЛА10; д — ТЛ1; в — передаточ. как характеристика триггера Шмктта ТЛ1; вв — атклкн логнческаго вдемента ТЛ1 еа входной нмнульс с медленнммн фронтамк 206 Ф Ю Г б) КббПЛГ б бб ГР Г г ГГпр Г4~95 .брмп д бабин д — ь б~рб Ъпй ьгбх б) входу имеет два порога: верхний, срабатывания (),яэ, и нижний, отпускаиия ()этя, Разность этих напряжений, т.е. гистерезнс С„составляет 0,6 В при (1,п=б и 2 В при Имя=!0 В. Вид передаточной характеристики и осциллограмма отклика логического элемента с гпстереэисом показаны на рис.
2.9, е — ж. Помехоустойчивмй элемент Й со свойствами триггера Шмитта применяется для увеличенвя крутизны пологих фронта и спада импульса (см, рис. 2.9, ат, как основа ждущих мультивибратаров и автогенераторов. Среднее время задержки распространения в данном элементе И не более 600 нс прн 1!я,=б В в 300 пс прн (3, е= =10 В.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
