Выход

Такт

Инвертр,

Входы

Вход

Рис. 2.13. PISO-регисгр (в). Входы включены параллельно, выходы подключены к следующим JK-BXoaa.M. Регистр работает как регистр сдвига; при каждом следующем тактирующем импульсе каждый бит перемещается вправо. Тактирующие импульсы сдвигают содержащиеся в регистре биты вдоль регистра так, что нужно 8 тактирующих импульсов, чтобы очистить 8-битовый регистр. Схема установки /ЛГ-триггера независимо от тактирующих импульсов (б)

ДЛЯ следующего в линейке триггера. Пусть регистр загружен; тогда функция сепаратной загрузки состоит в том, чтобы триггеры хранили информацию. Каждый тактирующий импульс сдвигает содержимое регистра на одну ступень так,что выходы получают хранимые биты один за другим, пока регистр не очистится. Этот тип регистра преобразует числовой код в последовательность двоичных сигналов и является основным в преобразовании двоичных цифровых сигналов в последовательную форму для записи на диск или ленту.

SIPO-регистр (последовательный вход - параллельный выход) (рис. 2.14), осуществляет противоположную комбинацию. Набор тактирующих импульсов позволяет принять сигналы на вход и продвигать их по триггерам, снимая соответствующую информацию с выходов. Таким образом, последовательные сигналы преобразуются в параллельную форму, удобную для представления считываемых с диска или ленты групп битов в соответствующие числа.

На рис. 2.15 показан SISO-регистр (последовательный вход - последовательный выход). Он может быть использован для временной за-

Последо-вательный вход

Такт

Выходы 5 f

Рис. 2.14. SIPO-регистр. Это также регистр сдвига, в котором биты записьшают-ся при тактирующих импульсах и могут быть считаны с параллельных выходов

Последовательный Вход

Последовательный. Выход

Такт

Рис. 2.15. SISO-регистр. Используется последовательное включение входов и последовательное включение выходов. В этом примере 8 тактирующих импульсов передвигают бит со входа на выход. Последовательный выход с задержкой на 8 импульсов. Этот регистр может быть использован в качестве памяти, которая получила название первый вошел-первый вышел . Этот вид регистра используется при перемежении (см. ниже)

держки; например, для регистра, состоящего из четырех триггеров, для передачи бита со входа на выход требуется четыре тактовых импульса. Время задержки определяется частотой посьшок тактирующих импульсов. Процесс задержки применяется в звукозаписи.

Для цифровых ИС важщ>1ми параметрами являются среднее время задержки распространения сигнала и допустимая мощность рассеивания на одном приборе. Среднее время задержки представляет собой интервал времени, равный полусумме времен задержки распространения сигнала при включении и выключении цифровых микросхем. Для транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) время задержки порядка 10 НС. Для достижения столь малого времени задержки логические элементы, составляющие схему, работают при мощности рассеивания около 10 МВт на элемент. Это небольшое значение, но если схема состоит из нескольких сотен логических элементов, то выделяемую мощность трудно рассеять и схема может перегреваться. Проблема создания приборов с высоким быстродействием и малой рассеиваемой мощностью решается только за счет выигрьппа в быстродействии л про-игрьппа в мощности или наоборот.

Условия применения цифровых схем взаимосвязаны и зависят от типа используемых схем. Для некоторых схем напряжение питания должно составлять 5,0 ± 0,25 В и не превышать 7,0 В. При каждом переключении схемы на выходе источника питания появляется провал, вызванньш кратковременным коротким замыканием в момент переключения. Этот импульс может оказаться нежелательным для других схем. Напряжение питания следует всегда стабилизировать. Полезно между выводами схемы включить емкость примерно 10 нФ (можно использовать один конденсатор на каждые пять приборов). Этот конденсатор особенно важен для сложных устройств, в которых расстояние между источником питания и ТТЛ ИС велико. Новейшие типы ИС менее чувствительны к перепадам питающих напряжений, но емкостная развязка все же необходима.

На время задержки влияют температура и характер подключаемой нагрузки. Наиболее тяжелым случаем является емкостная нагрузка с резистором, который включается так, что напряжение на схеме никогда не достигает напряжения источника питания (рис. 2.16). В этой

Рис. 2 16. Худший вариант нагрузки щ1фровой схе- /

мы: резистор и болыпая паразитная емкость ♦

схеме уменьшение напряжения до логического О означает, что через резистор протекает ток и емкость разряжается, даже если это только парази1ная емкость. Емкость (обычно 7 нФ - 80 пФ) влияет на скорость переключения схемы. Скорость переключения сравнительно слабо зависит от температуры.

Помехоустойчивость схем является весьма существенной характеристикой, поскольку интерференция помехи и полезного сигнала является источником ошибок. Помехоустойчивость часто оценивает значение интерференционного импульса, который может переключать схему. Дня многих типов цифровых систем помехоустойчивость оценивается разницей между фактическим напряжением уровня О или I, существующим в аппаратуре и напряжением, при котором происходит переключение схемы. Например, если максимальный уровень логического нуля составляет 0,8 В, а реально схема переключается при 1,4 В, то достаточно постороннего импульса 0,6 В, чтобы вызвать неприятности. Некоторые схемы, в том числе первые ТТЛ-схемы, весьма подвержены помехам по цепям питания, и это обстоятельство является дополнительным аргументом в пользу установки конденсатора мезкду питающим проводом и заземляющим выводом каждого прибора.

кмоп ис

КМОП ИС - комплементарные схемы, в которых МОП-транзисторы с каналами р- и н-типа используются парами. В типичной комплементарной схеме (рис. 2.17) р- и и-канальные полевые транзисторы включены последовательно. Выводы затворов соединены, так что входной сигнал подается на оба затвора. Если на вход подана 1, то транзисторе открыт, а 5 - закрыт; в результате уровень напряжения на выходе 1. Если на затворы подан О, то закрыт транзистор А, а В открыт, так что на выходе 0. Сигнал на выходе этой схемы повторяет сигнал на входе. Эту схему можно назвать экспандером ; она обладает высокой нагрузкой способностью - позволяет подключать большое число нагрузок.

Достоинство КМОП-структур состоит в возможности использования широкого диапазона питающих и логических уровней напряжений. Стандартные схемы предназначены для работы с напряжением источников питания + 5 В и должны быть жестко к ним привязаны. Многие КМОП-схемы работают при низких напряжениях (например 3 В и даже при 1,5 В). Они также работают при напряжениях 12 В и выше, так что КМОП ИС можно питать от низковольтных батарей и от автомобильных аккумуляторов. При переключении напряжение очень близко к напряжению источника питания. Конструкция выходных каскадов в варианте ТТЛ затрудняет достижение логического уровня 1, близкого к напря-

3 Зак 91