Пошук по сайту


4. Базові елементи ЕЗЛ - 1. Основні характеристики та параметри цифрових мікросхем

1. Основні характеристики та параметри цифрових мікросхем

Сторінка2/4
1   2   3   4

4. Базові елементи ЕЗЛ(емітерно-зв'язаної логіки).

мікросхем ЦТ надвисокої швидкодії. Базовою схемою ЛЕ ЕЗЛ є перемикач струму /струмовий ключ/, що побудований на кремнієвих транзисторах

з

а схемою диференційного підсилю­вача /рис. 3.12/. Поріг перемикання перемикача струму задається зовніш­ньою опорною напругою U0 . На від­міну від базової схеми ТТЛ, де ін­вертор виконаний за схемою із спільним емітером, в базовій схемі ЕЗЛ транзистори працюють за схемою із спільною базою. Оскільки коефі­цієнт передачі α - струму емітера у десятки разів стабільніший за коефіцієнт передачі β струму ба­зи, вплив зовнішніх факторів на розкид β досить малий. Ця обста­вина дозволяє робити функціонально стійкими ЛЕ, у яких відкриті транзистори ненасичені. У результаті обидва транзистори працюють ли­ше в активній області і, отже, їм не потрібний час на розсмоктуван­ня надлишкового заряду неосновних носіїв у базах, що тим самим знач­но підвищує швидкодію.

Щоб емітерний струм Ie , який практично незмінний у часі, під дією вхідного сигналу Ux перемикався на одне або на інше пле­че диференційної схеми, тобто щоб відкривався один з транзисторів VT1 або VT2 , потрібно забезпечити різницю вхідних напруг І Ux - U0 /. Для повного переводу перемикача струму з одного стану в інший при Uc=const досить мати невеликий перепад вхід-. ної напруги dUx=U1-U0 = 0,1В , Перепад напруги на базі VT Uб1. відносно опорно напруги U відображає логічні рівні базової схеми. Якщо Uб10, на вході схеми діє Ux0 /лог.О/, а при Uб1 > U0 Діє UY1 /лог.І/.

" Зв"язок транзисторів через спільну точку з'єднання /точку А/ емітерів сприяв дуже швидкому перемиканню, бо один транзистор значно впливав на інший - збільшення струму в одному плечі схеми сприяє змен­шенню струму в іншому. Щоб забезпечити завадостійкість і витримати симетрію логічних рівнів, опорну напругу U0 задають з розрахунку U0 = (Ux0+Ux1)/2, а перепад ΔUx дещо збільшують у межах часток вольта /<= І В/. Малі перепади логічних рівнів допускають малі но­мінали резисторів R і, отже, малі перепади вихідних напруг UY . Це також сприяє зростанню швидкодії схеми за рахунок зменшення' сталих часу перезаряду ємностей навантаження.

У схемі даного перемикача струму /рис. 3.13/ два виходи UY1 і UY2 взаємно інверсними /це так званий парафазний вихід/, тоб­то якщо UY1=UY0 , то UY2=UY1 і навпаки. Однак недоліком роз­глянутого перемикача струму е низька навантажувальна здатність, зу­мовлена високим вихідним опором RY схеми, що наближається до RК. Одержати на основі цієї схеми базову схему ЛЕ ЕЗЛ надвисокої швид­кодії з високою навантажувальною здатністю можна за допомогою емі-терних повторювачів, що під'єднані до виходів UY1 і UY2 переми­кача струму. Тоді вихідний опір схеми зменшиться до Rk = Rk/(β+1)= =Rk/β. Вихідні емітерні повторговачі забезпечують не тільки висо­ку навантажувальну здатність схеми /до Кроз=15/ і зв‘язок між перемикачем струму та навантаженням, вони ще, крім того, формують вихідні сигнали й забезпечують їх симетрію відносно опорної напру­ги U0 .


У серійних ЛБ ЕЗЛ колекторні кола заземлять, а емітерні під‘єднують до напруги живлення: Е = -5,2 В. На рис. З.ІЗ. а наведено ба­зову схему ЛЕ ЕЗЛ. Оскільки схема живиться від‘ємною відносно "землі" напругою, то й логічні рівні відповідно мають бути у від‘ємній облас­ті потенціалів - нижче нульового потенціалу /"землі"/. Якщо за лог. „0” взяти рівень напруги , що лежить нижче рівня , а за лог. „1” відповідно вище від , то одержуємо схему функціонування у позитивній логіці, яка реалізує 2АБО на прямому виході, і 2АБО-НЕ на інверсному. Характерні рівні напруг для логічних елементів ЕЗЛ, що працює в позитивній логіці такі: логічні =-1,45..-1,9 В, =-0,7..0,95 В.

5. Базові елементи інтегрально-інжекційної логіки.

Інтегрально-інжекційна логіка (ІІЛ) є перспективним напрямком електроніки у якому вдало поєднується мінітюаризація біполярної структури з досить незначним споживанням потужності на одиницю площі кристалу.

На площу яку займає один елемент ТТЛ можна розмістити біля 10 базових елементів ІІЛ, і становить від 0,1 до 1 пікоДж. Істотною відмінністю схеми ІІЛ, що стумообмежуючим елементом в них є не резистор, а транзистор VT 1, що відмінний на вході зі спільною базою і працює в режимі джерела струму.



Якщо обидва транзистори закриті в полі бази VT 2, тобто , струм колектора VT 1 потече в базу VT 2 при цьому на базі VT 2 буде високий потенціал, що приведе його до стану насичення і на виході схеми буде рівень низької напруги Коли хоча б один з вхідних сигналів високого рівня відповідний транзистор стане відкритим і за.....тує коло бази VT 2. Тоді на базі VT 2 буде низький потенціал достатній для підтримання його у закритому стані. Отже на колекторах VT 2, тобто на виході зі схем, буде високий рівень, а на колекторах інших транзисторів – низький рівень.

6. Схеми базових елементів на КМОН транзисторах.



З – заслін

С – стік

П – підкладка

В – витік

Нормально закритий – пояснюється тим, що , при

Нормально відкритий – відповідає ситуація коли , при . У статичному режимі ПТ, як триполюсник(підкладку з‘єднують з витоком) повністю описується парою сімей ВАХ.

Вхід польових транзисторів на схемах заміщення зображають у вигляді ємнісного елемента, що ввімкнений між виводами заслону і витоку. Більш детальний аналіз вимагає врахування і інших паразитних ємностей ЗВ, СВ.

8. Розширення логічних та функціональних можливостей логічних елементів.

Збільшення коефіцієнта КОБ , тобто кількості входів ЛЕ, можна досягнути за допомогою аналогічних елементів, користуючись законом ду­альності /правилом де Моргана/ або способом подвійної інверсії.

Нехай у базисі 21-НЕ потрібно побудувати восьмивходовий елемент

1. Для цього, застосовуючи спосіб подвійної інверсії, задану логічну функцію розбиваємо на групи по 21-НЕ:



Як видно з одержаного виразу, для синтезу схеми потрібно мати 7 ЛЕ 2І-НЕ і 7 інверторів, або 14 ЛЕ 2І-НЕ, що вимагає значних апара­турних затрат. При наявності одного ЛЕ типу 4АБО-НЕ достатньо лише 4 ЛЕ 2І-НЕ. Це легко довести за правилом де Моргана!

Р

озширювач по 1 для цього випадку побудовано на рис. 3-19. Ба-гатовходові елементи 1 можна застосувати для виявлення лог.О на ви­ході, наприклад, елементу пам"яті чи якогось іншого функціонального

пристрою.



Побудова багатовходового АБО ви­конується аналогічно - за принципом дуальності. Розширювачі пв АБО вико­ристовують, наприклад, для виявлення хоча б однієї лог.І на виході якогось цифрового пристрою.

Структурний метод об'єднання мало-входових елементів у багатовходову схе­му називають пірамідальним. У пірамі­дальній структурі підлягають обробці одночасно всі операнди, бо логічні опе­рації у такій схемі розпаралелені. Тому пірамідальна структура забезпечує міні­мально можливу затримку сигналу.

Кількість входів ЛЕ можна збільшити також під‘єднанням додатко­вих зовнішніх діодів і резистора так, як показано на рис. 3.20. Діод



необхідно розраховувати відповідно до вимог за швидкодією /найчастіше R = 1...2 кОм/. При більшому значенні R час затримки tзс зростає. Треба мати на увазі, що при такому способі збільшення КОБ завадостійкість для нульового рівня сигналу буде нижчою, бо на безпосередньому вході ЛЕ у точці з‘єднання діодів напруга стане дещо вищою від напруги на вході схеми, причому на величину спаду напруги на діодах.


Для збільшення кількості виходів ЛЕ, тобто коефіцієнту Кроз і відповідно навантажувальної здатності ЛЕ, більш ефективним є спосіб каскадного розгалуження сигналу За цим способом можна одержати досить великий коефіцієнт розгалуження, навіть до 100.

Схема каскадного розгалуження ЛЕ 2І-НЕ на інверторах показана на рис. 3.21; її часто застосовують для рознесення сигналів синхроніза­ції по колах цифрового пристрою. Недоліком такого способу збільшен­ня Кроз, як це видно з наведено­го прикладу, є значні апаратурні за­трати.

Приклад-З.І. На ЛЕ 2АБО-НЕ по­будувати схему 8АБО.

Розв‘язання.



Для реалізації одержаної логічної функції потрібно мати 14 ЛЕ 2АВО-НЕ. Схема 8АБО будується за пірамідальною структурою..

9. Логічні елементи з відкритим колектором

Більші логічні можливості без апаратурних затрат мають логічні елементи ТТЛ серії, які відрізняються від базової тим, що у них точки колектора або емітера (або обох електродів транзистора) фазорозчеплювача VT2 виведені назовні мікросхеми.



Крім схемотехнічних можливостей логічні елементи з відкритим колектором здатні реалізувати додатково це й логічні операції, тому що вони допускають паралельне під’єднання аналогічних виходів на одне спільне навантаження. Таке об’єднання виходів на одне спільне навантаження називається монтажною або провідниковою логікою, тому що вона утворюється в результаті вищезгаданого з’єднання.



Час переходу логічного елемента з відкритим колектором буде визначатися сталою часу ланки і



Логічні елементи з відкритим емітером відрізняються від елементів з відкритим колектором, що емітер вихідного транзистора не під’єднаний до землі мікросхеми, а виведений назовні. Колектор цього транзистора під’єднаний до виводу, до якого підведена напруга живлення E. Навантаження таких логічних елементів під’днується між виводами відкритого емітера і корпуса. Вихідний каскад логічного елемента з відкритим емітером являє собою емітер ний повторювач, який на відміну від логічного елемента з відкритим колектором забезпечує кращу навантажувальну здатність.

10. Тристановий драйвер. Особливості будови тристанового драйвера.

Схему з кількох IE типу 2І-НЕ з відкритим колектором можна за­стосовувати також як мультиплексор для керування шиною передачі даних, тобто як цифровий пристрій, який на загальний вихід під‘еднуе вихід одного з ЛЕ. В цьому випадку ЛЕ 2І-НЕ виконує функцію схеми збігу, у якої один вхід - сигнальний, другий - керуючий, причому активний сигнал останнього - лог.І. Хоча ЛЕ з відкритим колектором порівняно з базовою схемою має більш високоомний вихід, її суттєвими недоліка­ми е мала швидкодія та низька завадостійкість. Шини передачі інфор­мації /даних або адрес/, як правило, довгі, мають значні паразитні ємності і тому, як наслідок, вони чутливі до завад. Крім того, ак- ' тивний вихід /навіть високоомний/ незручний і навіть шкідливий у тих ситуаціях, коли потрібно вести обмін даними одночасно з кількома функціональними блоками або вузлами, як це має місце у мікропроце­сорній техніці.

Згадані блоки під"еднують до інформаційної шини за допомогою ЛЕ, які можуть виводити на свої лінії шин тільки лог.О або лог.І. До кожної лінії шини під"єднують таких ЛЕ стільки, скільки є цих блоків, і тому одна частина "вимагає" один логічний рівень, інша -інший. Отже, за таких умов фактичний стан лінії стає невизначеним, бо виникає конфлікт /або "перетягування канату"/ на шині, коли кож­ний з пристроїв намагається встановити на лінії свій рівень.

Сумісну роботу кількох блоків на одній лінії інформаційної ши­ни успішно забезпечує ЛЕ з трьома вихідними станами. Це так званий тристановий /або шинний/ драйвер, або Z—буфер, у якого на виході крім звичайних двох станів /O i l/ е ще третій - "обрив", тобто високорший_вихід. Вихідний опір ЛЕ в третьому /так званому стані 2/становить сотні кілоом. ЛЕ з трьома станами поєднує всі переваги базового ЛЕ - високу швидкодію та завадостійкість, а також здатність працювати на загальну шину, що властиво для ЛЕ з відкритим колекто­ром.

Третій /вихідний/ стан можна легко одержати, якщо у звичайній схемі ЛЕ /див. рис.3.10 або рис. ЗЛІ,в/ один з емітерів вхідного транзистора VT1 під"еднати через діод VD до колектора тран­зистора VT3 так, як це показано на рис. 3.26,а. Тоді цей вхід /в даному випадку Е. Z. /* стає керуючим, тобто дозволяючим, бо від нього буде залежати вихідний стан тристанового драйвера.

На рис. 3.26,б,в наведені таблиця істинності та умовне позна­чення тристанового драйвера.



Рис. 3.26

Зауважимо, що у цьому випадку активним сигналом, тобто таким, який змінює стан IE згідно із своїм призначенням /а саме у стан Z /, в лог.О, а не лог.І, як у позитивній логіці. Це характерно для мі­кропроцесорної техніки, де керуючі сигнали, як правило, підлягають стандарту негативної логіки, що позначається рискою заперечення над мнемонікою сигналу. Тому дозволом на виконання потрібної функції /в даному рипадау переходу ЛЕ в стан Z / є стан лог.О на вході ЛЕ при EZ - 0. Схема ввімкнення VT3 і VT4 називається схемою Дармінгтона. Вихідний опір логічних елементів в 3-му стані становить сотні кОм, лог. елементи з 3-ма станами поєднує всі переваги базового елемента – високу швидкодію і завадостійкість, а також здатність працювати на загальну шину, що властиво для лог. елем. З відкритим колектором.
1   2   3   4

Схожі:

1. Основні характеристики та параметри цифрових мікросхем
До основних характеристик мікросхем за якими визначаються їх параметри належать статистична, динамічна, навантажувальна, статична...

О. С. Бібко Київський національний лінгвістичний
У даній статті здійснено спробу розглянути основні принципи організації навчального процесу в середній школі Японії, а також зміст...

До Положення про конкурс на кращу серію цифрових ресурсів Перелік тем для участі у конкурсі

Іспит. Птца. Лютий 2009 (попередня версія 2)
Місце курсу Прикладна Теорія Цифрових Автоматів у системі наук інформаційної сфери

1 вихідне положення, самоочевидний принцип. В дедуктивних наукових...
В дедуктивних наукових теоріях аксіомами називають основні вихідні положення чи твердження якоїсь теорії, що приймаються без доведень,...

Лекція №29 Тема лекції: Основні операції кожного з таких елементів...
Тема лекції: Основні операції кожного з таких елементів мікропроцесора: блоку управління, блоку обробки даних

Програма Electronіcs Workbench призначена для побудови електронних...
Моделювання й дослідження роботи операцийних вузлів різних типівз використанням програми Electronіcs Workbench

План роботи
Аналіз роботи школи в 2014/2015 навчальному році та основні завдання на 2015/2016 навчальний рік

Програмові вимоги до державного іспиту за фахом за напрямом 050102 «Комп’ютерна інженерія»
Основні типи даних C++, модифікатори (signed, unsigned, long, short), специфікатори зберігання (extern, static, register, auto)

Міністерство освіти І науки україни запорізький національний технічний університет
Прикладна теорія цифрових автоматів (птца), частина 1 комп’ютерна арифметика. Тексти лекцій для студентів усіх форм навчання спеціальностей...



База даних захищена авторським правом © 2017
звернутися до адміністрації

a.lekciya.com.ua
Головна сторінка