Материал: mikroshemotehnika
Характеристики і параметри базових логічних елементів
Основні характеристики та електричні параметри БЛЕ визначають характеристики і параметри всіх ЦІС даної серії. Від цих параметрів залежать можливості сумісної роботи ЦІС різних серій у складі електронної техніки.
Основна характеристика БЛЕ – це статична передавальна характеристика (СПХ).
СПХ – це залежність потенціалу на виході ЛЕ від потенціалу на одному з його входів: Uвих f (Uвхi ) при
Uвхj const( j i). За типом СПХ логічні елементи
поділяють на: інвертувальні (НЕ, І НЕ, АБО НЕ ) і неінвертувальні (І, АБО і т. д.).
Схеми зняття СПХ БЛЕ показані на рисунку 2.1.
x1 |
1 |
|
x1 |
& |
x2 |
|
Uвих |
x2 |
Uвих |
xn |
|
|
xn |
|
Uвх U0 |
|
a) |
Uвх U1 |
б) |
|
а) |
|
|
б) |
Рисунок 2.1 – Схеми зняття СПХ-елементів: а) АБО НЕ ; б) І НЕ
Вигляд типової СПХ інвертувального ЛЕ показаний на рисунку 2.2.
Характеристика має три виразні ділянки: І – Uвих U1 (режим відсічки).
ІІ – Uвих U0 (режим насичення).
ІІІ – перехідний стан (активна область U ).
51
Uвих |
I А III |
II |
|
U |
1 |
||
|
|
|
|
ΔU
U0 |
|
|
|
|
В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
U |
U |
0 |
Uпор |
Uпор |
1 |
|
|
|||
|
|
1 |
2 |
U |
|
вх |
|||
Рисунок 2.2 – СПХ інвертувального логічного елемента |
|||||||||
За СПХ можна визначити: значення логічних рівнів |
|||||||||
U0 , U1; величину |
логічного |
перепаду Um |
U1 U0; |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
вих |
|
|
значення порогів перемикання (меж ділянок) Uпор1 і Uпор2 ;
ширину активної області U Uпор2 Uпор1 ; статичну зава-
достійкість ЛЕ – максимально допустиму величину завади, що не викликає фальшивого спрацювання або збою ЛЕ.
Максимально допустима вхідна позитивна (відкривальна) завада ЛЕ:
Umзав Uпор1 U0.
Максимально допустима негативна (закривальна) завада за входом ЛЕ:
|
|
|
Um |
U1 Uпор |
. |
|
|
|
|
|
зав |
|
|
2 |
|
|
У |
базових |
логічних |
елементах |
показник |
||
Um |
0,1 0,3B |
відповідає низькій завадостійкості, а |
|||||
зав |
|
|
|
|
|
|
|
Um |
0,7 1,0B – високій завадостійкості. |
|
|||||
зав |
|
|
|
|
|
|
|
52
Розглянемо деякі параметри БЛЕ.
1 Швидкодія
Базові ЛЕ побудовані, як правило, на основі транзисторних ключових схем. Їх інерційність породжена процесами накопичення і розсмоктування зарядів у базі, розряду – заряду паразитних ємностей тощо. Тому при проходженні цифрових сигналів (перепадів потенціалів) через кілька послідовно з’єднаних ЛЕ спостерігається «розтягнення» фронтів імпульсів і часова затримка
перепадів (рис. 2.3). На рисунку 2.3 |
t10з |
– час |
затримки |
|
ввімкнення ЛЕ (при переході від U1 до |
U0 ); |
tз01 – час |
||
затримки вимкнення ЛЕ (при переході від U0 до U1). |
||||
U1 |
Uвх |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5Um |
Um |
вх |
|
U0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
t |
|
Uвих |
|
|
|
U1 |
tз01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
U0 |
tз10 |
|
Umвих |
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
t |
Рисунок 2.3 – Часові діаграми вхідного і вихідного |
||||
|
сигналів ЦІС |
|
|
|
Середній час затримки tз |
|
t10з |
tз01 |
[нс]. |
|
2 |
|||
сер |
|
|
|
53
Залежно від цього параметра логічні елементи поділяють на надшвидкодійні (tзсер 5 нс), швидкодійні
(tзсер 5 10 нс) і середньої швидкодії (tзсер 10 15 нс).
2 Споживана потужність
Потенціальні ЛЕ у стані логічного нуля U0
(у відкритому стані) споживають потужність Pспож0 , у стані логічної одиниці U1 (у закритому стані) – Pспож1 , а в режимі
перемикання (динамічному режимі) Pспож.дин . Якщо у
перехідному режимі Pспож.дин 0, то середня потужність,
що споживається від джерела живлення:
|
P |
Pспож1 Pспож0 . |
||
|
сер |
2 |
|
|
Залежно від цього параметра логічні елементи |
||||
поділяються |
на потужні |
(Pсер 50 100 мВт), середньої |
||
потужності |
(Pсер 20 50мВт), |
|
малої потужності |
|
(Pсер 1 20 мВт), мікроватні (Pсер |
1мВт) . |
|||
3 Коефіцієнт об’єднання за входом Kоб
Коефіцієнт визначає максимальну кількість входів ЛЕ
(рис. 2.4).
x1 |
|
& |
|
|
|
|
|
||
x2 |
|
|
|
|
|
|
|
y |
|
x3 |
|
|
|
|
|
|
|
||
Kоб |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
||
xn |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рисунок 2.4 – Коефіцієнт об’єднання за входом
54
Для сучасних ЛЕ Kоб 2 8 (елемент І), Kоб 2 4 (елемент АБО). З метою збільшення кількості входів у деяких ЛЕ, що входять до певної серії, передбачені входи для увімкнення схеми розширення логіки (розширювача логіки цієї серії), і тоді досягається Kоб 10.
4 Коефіцієнт розгалуження за виходом Kроз
Цей коефіцієнт визначає навантажувальну здатність
ЛЕ, яка виражається у кількості аналогічних ЛЕ, що можуть бути під’єднані до виходу даного ЛЕ без порушення нормальної роботи останнього. Чим більше Kроз , тим
ширші можливості застосування ЛЕ, менше число корпусів ІС у цифровій схемі. Проте, з іншого боку, це призводить до зниження швидкодії, завадостійкості, збільшення споживаної потужності ЛЕ. Тому до складу серій ЦІС разом з основним БЛЕ(Kроз 4 10) включають потужні буферні
ЛЕ з Kроз 20 30. Це забезпечує оптимізацію числа
корпусів ІС і величини споживаної потужності Pсер.
5 Робота перемикання ЛЕ
Це узагальнювальний параметр, що характеризує схемотехнічну і конструктивно технологічну якість ЦІС
Aперем Pсерtзсер [Дж].
Ця величина показує, за рахунок якої споживаної потужності можна забезпечити потрібну швидкодію. Для сучасних ЦІС
Aперем (0,01 1,0) 10 12 Дж.
6 Напруга джерела живлення Е
Вибирається з огляду:
а) забезпечення прийнятних енерговитрат (для цього необхідно зменшувати Е);
б) забезпечення завадостійкості і навантажувальної здатності (для цього необхідно збільшувати Е).
55