Окончание табл. 2.2

Данные на 1987 г.

зочной способности. Перспективные серии цифровых микросхем, предназначенные для применения в аппаратуре промышленного и бытового назначения, перещслены в табл. 2.2. Можно выделить три этапа развития микросхем, входящих в состав стандартных серии для создания цифровых устройств различного назначения.

I этап (1969-1975 гг.) В состав стандартных серий входили микрос\емы малой степени интеграции, выполнявшие простейшие ло-гическте функции, например серия К155.

II этап (1976-1980 гг.). Появились серии с улучшенными характеристиками, такие как 531, 555, 500, К561, К1561 и другие, что привею к ограниченному применению серий 131, 158, 137, 187.

Ы этап (1981-1987 гг.). Разработка микросхем большой степени и 1теграцин, .микропроцессорных комплектов (см. гл. 3), ЗУ, полу-зак?зных БИС на основе матричных кристаллов (см. гл. 4).

Основные электрические параметры базовых ЛЭ определяют характеристики практически всех микросхем, входящих в состав конкретной серии, и определяют возможность совместной работы микро-сем разных серий в составе аппаратуры. К таким параметрам относятся быстродействие, потребляемая мощность (Рпот); помехоустойчивость Опом; коэффициент разветвления по выходу (нагрузочная способность) Краз; коэффициент объединения по входу Коб Быстродействие определяется динамическими параметрами цифровых микросхем, к которым относятся; t°-время перехода из 1 (высокий уровень) в О (низкий уровень); t - время перехода из состояния низкого уровня в состояние высокого уровня; 1здр -время задержки распространения при включении; - время задержки

хО,1

включения; Пд

.0,1

время задержки выключения; 1зд р - время держки распространения при выключении; 1здрср - среднее время за-

-еос

Рис. 2.1. Уровни отсчета, относительно которых определяются динамические параметры

Рис. 2.2. Передаточные характеристики элемента НЕ, предельные для семейства передаточных характеристик, полученных при различных температурах

держки распросгранения сигнала; тв - длительность импульса; fp - рабочая частота. Среднее время задержки распространения 1здрср = =0,5 (tp-htg.p) является усредненным параметром быстродействия, используемым при расчете временных характеристик последовательно включенных цифровых микросхем. В справочных данных наиболее часто приводятся следующие динамические параметры циф-

На рис. 2.1 показаны уровни

ровых микросхем; t , tgj,

.1,0 fii и 1здр 4др-

отсчета, относительно которых определяются указанные динамические параметры.

Потенциальные ЛЭ при работе в составе цифрового устройства могут находиться либо в статическом режиме (в состоянии О или 1 ), либо в динамическом (переходной процесс). В зависимости от вида технологии, по которой выполнены ЛЭ, мощность, потребляемая от источника питания, различна для каждого состояния. Одни элементы потребтяют большую мощность в статическом режиме, которая лишь незначительно увеличивается в момент переключения, другие, наоборот, характеризуются значительным возрастанием потребляемого тока во время переключения. Средняя потребляемая мощность логических элементов в динамическом режиме

Рпотср = 0,5

рО i р>1

i пот г г пот

где Р

мощность, потребляемая микросхемой при выходном сос-

тоянии О , Рот - мощность при выходном состоянии 1 .

Логические элементы с возрастающим потреблением в динамическом режиме кроме статической средней мощности характеризуются мощностью, потребляемой на максимальной частоте переключения, когда во много раз возрастают токи в цепях питания. Примером таких схем являются микросхемы КМОП, которые потребляют мнк-роамперные токи питания, если нет переключающих сигналов. Допустимый предел статической помехоустойчивости ЛЭ ограничивает

уровень входного напряжения, которое еще не вызывает ложною срабатывания.

В статическом режиме различают статическую помехоустойчивость по низкому и°цу и высокому Uno уровням. Значения Ь и и определяют с помощью передаточных характеристик на рис. 2.2. Как видно из рисунка, параметр Uj, определяется как paj-ность минимального напряжения высокого уровня ixmm напряжения в точке перегиба верхней кривой (точка В), Параметр и определяется как разность напряжения в точке перегиба нижней кривой (точка А) и максимального напряжения низкого уровня Ugmax-

Для более полной оценки помехоустойчивости схемы наряду со статической необходимо учитывать динамическую помехоустойч];-вость. Помехоустойчивость в динамическом режиме зависит от длительности, амплитуды и формы сигнала помехи, а также от запаса статической помехоустойчивости и скорости переключения ЛЭ.

Коэффициент разветвления по выходу (нагрузочная способность) Краз определяет число входов аналогичных элементов, которое может быть без нарущения работоспособности подключено к выходу предыдущего ЛЭ. С увеличением нагрузочной способности расширяются возможности применения цифровых микросхем и уменьшается число корпусов в разрабатываемом цифровом устройстве. Однако при этом ухудшаются некоторые параметры цифровых PIC: снижаются быстродействие и помехоустойчивость и возрастает потребляемая мощность

В состав ряда серий цифровых микросхем наряду с основными, имеющими нагрузочную способность Краз = 4...10, включаются мощные буферные элементы с Краз = 20...30. Это позволяет при проектировании цифровых устройств уменьшить число используемых корпусов микросхем и потребляемую мощность. Необходимо отметить, что нагрузочные входы микросхем РТЛ и РЕТЛ потребляют ток с выхода нагружаемого элемента, а микросхемы ДТЛ и ТТЛ в одном логическом состоянии ( О или 1 ) отдают ток в нагрузку, а в другом потребляют его от нагрузки. Для МОП-микросхемнагрузка имеет емкостный характер.

Коэффициент объединения по входу Коб определяет максимальное число входов цифровых микросхем. Различают коэффициенты объединения по входу И(Коби) и по входу ИЛИ (Кобили)- Основные ЛЭ выполняются с небольшим числом входов (Ко5и =2.-4; Кобили2.. 4). Для увеличения числа входов в отдельных ЛЭ, входящих в серию, предусматривают специальные входы для организя ции схемы расширения (точнее, наращивания числа входов), обеспе чивающей увеличение числа входов до 10 и более. При этом в серию цифровых микросхем вводится схема расширителя. В ряде серий имеются ЛЭ с числом входов, равным восьми, допускающие дальнейшее увеличение числа входов.

2.4. Схемы транзисторно-транзисторной логики

Транзисторно-транзисторные логические схемы появились как результат развития схем ДТЛ в результате замены матрицы диодов многоэмиттериым транзистором (МЭТ). Этот транзистор представля-