WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Розподіл логічних ІМС за схемотехнічними ознаками - Реферат

Розподіл логічних ІМС за схемотехнічними ознаками - Реферат

Реферат на тему:

Розподіл логічних ІМС за схемотехнічними ознаками

Для реалізації ІМС з різною швидкодією застосовують декілька схемотехнічних принципів, що відрізняються один від одного. ІМС з найвищою швидкодією побудовані на основі елементів емітерно-зв'язаної логіки (ЕЗЛ). Такі ІМС можуть перемикатися з високою частотою, яка в деяких мікросхемах досягає 2000МГц, але при цьому споживають значну потужність та володіють низькою завадостійкістю. Враховуючи ці особливості мікросхем ЕЗЛ, їх практичне застосування обмежується тільки пристроями з дуже великою швидкодією. Для мікроелектронних пристроїв з нижчою швидкодією прийнятливіші ІМС, що побудовані на основі елементів транзисторно-транзисторної логіки (ТТЛ) та ТТЛ з діодами Шотки (ТТЛШ). Ці ІМС за швидкодією перекривають діапазон 150МГц, характеризуються меншим енергоспоживанням та вищою завадостійкістю, що зобумовлює їх дуже широке застосування. Для пристроїв з низькою частотою пермикання застосовують ІМС транзисторної логіки з безпосередніми зв'язками на компліментарних МДН-транзисторах (КМОН). Компліментарною називають пару МДН транзисторів з каналами різного типу провідності і однаковими характеристиками. Такі ІМС можуть перемикатись з частотою до 1МГц і відрізняються найнижчим рівнем енергоспоживання.

Таким чином, за схемотехнічною ознакою серії ІМС розділяють на наступні групи: ЕЗЛ, ТТЛ та ТТЛШ, КМОН. Для повнішої уяви про особливості ІМС вказаних типів логіки коротко розглянемо параметри їх базових елементів та порівняємо їх.

Елемент ЕЗЛ (рис.3) складається з перемикачів струму на транзисторах VT1-VT3 та двох емітерних повторювачів на транзисторах VT4, VT5. Кількість входів логічного елемента визначає кількість паралельно ввімкнених транзисторів в лівому плечі перемикача струму. Елемент має два входи X1, X2. До бази транзистора VT3 постійно прикладена опорна напруга від'ємної полярності, значення якої знаходиться між напругами низького та високого рівнів. Цю напругу формує каскад, який вмонтований в логічний елемент (на рисунку не показано). Емітери всіх транзисторів об'єднані через високоомний резистор R1 (звідси й назва логіки) і під'єднані до джерела напруги живлення від'ємної полярності. Напруга низького рівня (-1.6В) відповідає рівню логічного нуля, а напруга високого рівня -0.98В) відповідає рівню логічної одиниці.

Рисунок 3 Базовий логічний елемент ЕЗЛ

Емітерні повторювачі потрібні для узгодження рівнів вхідних та вихідних сигналів, а також для зниження вихідного опору з метою підвищення швидкодії та навантажувальної здатності логічного елемента. Деякі елементи ЕЗЛ не мають резисторів на виходах. Такі виходи називають "з відкритим емітером", їх можна паралельно вмикати на спільне вихідне навантаження або під'єднювати до лінії передачі. У всіх цих випадках передбачається робота вихідних кіл елемента від додаткового джерела живлення -2В.

При надходженні хоча б на один вхід напруги високого рівня відповідний транзистор VT1 або VT2 відкривається і через нього протікає струм, який на резисторі R3 формує напругу від'ємної полярності відносно корпуса. Ця напруга передається емітерним повторювачем на вихід Y1. При цьому транзистор VT3 закритий, тому на виході Y2 буде напруга високого рівня. При наявності на обидвох входах напруг низького рівня відповідні транзистори закриті, а транзистор VT3 - відкритий і стан виходів встановлюється на протилежний, аніж у попередньому випадку.

Елемент ЕЗЛ має парафазний вихід. На виході Y1 виконується логічна операція АБО-НЕ, а на виході Y2 - операція АБО. Такі елементи відрізняються підвищеною швидкодією за рахунок використання в них принципу перемикання струму та через відсутність насичення транзисторів. Недоліками елементів ЕЗЛ є їх значне енергоспоживання, низька завадостійкість та чутливість до короткочасних завад. На базі елементів ЕЗЛ побудовані ІМС серій 100, К193, К500, К570, К1500 та ін. Найрозвиненіший функціональний склад мають серії 100 та К500. Серія К1500 нового покоління характеризується вищою швидкодією та меншим енергоспоживанням.

Елементи ТТЛ та ТТЛШ будуються на основі єдиного схемотехнічного принципу (рис.4). Відмінність елементу ТТЛ від ТТЛШ полягає в тому, що в транзисторах другого присутні діоди Шотки, які ввімкнені в транзистор між базою та колектором, обмежуючи насичення транзистора, що забезпечує вищу швидкодію та менше енергоспоживання.

Рисунок 4 Базовий логічний елемент ТТЛШ (ТТЛ)

В схемі логічного елемента на вході знаходиться багатоемітерний транзистор (до 12-ти емітерів) VT1, який виконує логічну операцію І, а на виході - складний інвертор на транзисторах VT2-VT5. Таким чином елемент виконує логічну операцію І-НЕ. Всі мікросхеми ТТЛ та ТТЛШ мають напругу живлення 5В. Напруга низького рівня (логічний нуль) для всіх мікросхем ТТЛ складає 0.4В, напруга високого рівня (логічна одиниця) - 2.4В (див.табл.1). У мікросхем ТТЛШ вказані напруги мають близькі значення.

При надходженні на входи X1 та X2 сигналів високого рівня емітерні переходи транзистора VT1 закриваються. Струм через резистор R1 та відкритий колекторний перехід VT1 поступає на базу VT2 і закриває його. Падінням напруги на резисторі R3 відкривається транзистор VT3. Транзистори VT4, VT5 закриваються. В результаті - на виході елемента встановлюється напруга низького рівня. При подачі на один із входів сигналу низького рівня відкривається відповідний емітерний перехід транзистора VT1 і через цей перехід потече струм . Транзистори VT2, VT3 закриються, а транзистори VT4, VT5 - відкриються. На виході елемента встановлюється напруга високого рівня. Діоди VD1, VD2 введені в структуру елемента для захисту його входів від скачків напруги від'ємної полярності.

Серії мікросхем ТТЛ та ТТЛШ перекривають широкий діапазон за швидкодією та енергоспоживанням. Це забезпечується комплексним випуском серій, які розраховані на різну швидкодію, але сумісних за всіма характеристиками, часто навіть і розведенням виводів у корпусі. Так, комплекс серій мікросхем ТТЛ включає серії 130, К131 (частота переключення ІМС до 30МГц), серії 133, К155 (до 10МГц), серії К134, К158 (до 3МГц). На зміну мікросхемам ТТЛ прийшли мікросхеми ТТЛШ серій 530, К531 (до 80МГц), 533, К555 (до 10МГц), К1531 (до 150МГц), К1533 (до 30МГц). Останні дві серії відрізняються значно меншим енергоспоживанням.

Елементи на КМОН-транзисторах. Ці мікросхеми виділяються серед інших найнижчим споживанням потужності від джерела живлення. Основу таких мікросхем складає ключовий каскад (рис.5). Якщо на обидва входи логічного елемента подати сигнал низького рівня (лог.0), то транзистори VT1, VT2 (з каналом p-типу) будуть в закритому стані, а транзистори VT3, VT4 (з каналом n-типу) - у відкритому. На виході елементу встановиться напруга високого рівня (лог.1). Якщо хоча б на одному з входів елемента, наприклад X1, буде присутня напруга високого рівня, то транзистор VT1 буде у відкритому стані, а VT3 - у закритому. Тому на виході встановиться напруга низького рівня.

Рисунок 5 Базовий логічний елемент КМОН.

Елементи на КМОН-ключах характеризуються підвищеною завадостійкістю: допустима напруга статичної завади рівна половині напруги живлення. Однак такі ІМС вирізняються підвищеною чутливістю до статичної напруги, через високий вхідний опір. Для захисту від впливу статичної напруги в структуру ІМС вводяться діодно-резистивні кола. Основна область застосування мікросхем КМОН типу - це цифрові пристрої невисокої швидкодії з обмеженим енергоресурсом. Швидкодія КМОН мікросхем характеризується частотою перемикання до 3МГц.

Loading...

 
 

Цікаве