Логічні елементи зсередини. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Початківцю радіоаматору

 Коментарі до статті

Цифрові мікросхеми призначені для обробки, перетворення та зберігання цифрової інформації. Випускаються вони серіями. Усередині кожної серії є об'єднані за функціональною ознакою групи пристроїв: логічні елементи, тригери, лічильники, елементи арифметичних пристроїв (які виконують різні математичні операції) тощо. Чим ширший функціональний склад серії, тим більшими можливостями може мати цифровий пристрій, виконаний з урахуванням мікросхем цієї серії. Мікросхеми, що входять до складу кожної серії, мають єдине конструктивно-технологічне виконання, єдину напругу живлення, рівні рівні сигналів логічного 0 і логічної 1. Все це робить мікросхеми однієї серії сумісними.

Основою кожної серії цифрових мікросхем є основний логічний елемент. Зазвичай, базові логічні елементи виконують операції І-НЕ чи АБО-НЕ і за принципом побудови поділяються такі основні типи: елементи діодно-транзисторної логіки (ДТЛ). резистивно-транзисторної логіки (РТЛ), транзисторно-транзисторної логіки (ТТЛ), емітерно-пов'язаної транзисторної логіки (ЕСТЛ), мікросхеми на про компліментарних МДП структурах (КМДП). Елементи КМДП цифрових мікросхем використовують пари МДП-транзисторів (зі структурою метал – діелектрик-напівпровідник) – з каналами p- та n-типів. Базові елементи інших типів виконані біполярних транзисторах.

У радіоаматорській практиці найбільшого поширення набули мікросхеми ТТЛ серії та КМДП. На (рис. 1) показано схему базового логічного елемента І-НЕ ТТЛ. На вході елемента включений багатоемітерний транзистор VТ1. Якщо всі його емітери подати напруги високого рівня, то емітерний перехід транзистора виявиться закритим. У цьому струм. протікає через резистор R1 і колекторний перехід транзистора VТ1 відкриє транзистор VТ2.

Падіння напруги на резистори R3 буде достатнім для відкривання транзистора VТ5. Напруга на колекторі транзистора VТ2 така, що транзистор VТ3 закритий, відповідно закритий транзистор VТ4. В результаті на виході елемента з'явиться напруга низького рівня, що відповідає логічному 0.

Якщо хоч один із входів елемента подати напруга низького рівня, то емітерний перехід транзистора VТ1 відкриється, а транзистори VТ2 і VТ5 будуть закриті. Транзистор VТЗ відкриється рахунок струму, що протікає через резистор R2, ввійде у режим насичення. Відповідно відкриється транзистор VТ4, і на виході елемента з'явиться напруга високого рівня, що відповідає логічній 1. Отже, розглянутий елемент виконує функцію І-НЕ.

До складу мікросхем серій ТТЛ входить також логічний елемент І-НЕ без колекторного навантаження у вихідному каскаді. Це так званий елемент І-НЕ із відкритим колектором. Він призначений для роботи на зовнішнє навантаження, як яке можуть бути використані електромагнітні реле, індикаторні прилади і т. д., ще схеми з відкритим колектором застосовуються в шинах передачі даних у випадки коли два або більше виходів підключені до однієї фізичної лінії рисунок 1.

Рис. 1

Нагадаємо, що структура КМДП є ідеальним перемикачем напруги. Такий перемикач містить два МДП транзистора з каналами p- та n-типів. При подачі на вхід перемикача напруги високого рівня відкривається n-канальний транзистор і закривається p-канальний. На малюнок 2 зображені схеми базових елементів І-НЕ (а) та АБО-НЕ (б) мікросхем КМДП. Напруга низького рівня (логічний 0) буде на виході елемента І-НЕ тільки при одночасному подачі напруги високого рівня (логічних 1) на всі входи X1-ХЗ. Якщо напруга хоча б на одному з входів (наприклад, X1) буде низького рівня, то закриється n-канальний транзистор VТ6, і відкриється p-канальний транзистор VТ1, через канал якого вихід елемента підключається до джерела живлення.

Таким чином, на виході буде напруга високого рівня, що відповідає логічній 1. Для реалізації базового логічного елемента АБО-НЕ на структурах КМДП ділянки схеми, що містять послідовно і паралельно включені транзистори, слід поміняти місцями малюнок 2,б.

Рис. 2 (натисніть , щоб збільшити)

Мікросхеми ТТЛ розраховані на напругу джерела живлення 5±10%. Більшість мікросхем на КМДП структурах стійко працює при напрузі живлення 3-15 В, деякі - при напрузі 9±10%. Рівні логічних 0 і 1 повинні відрізнятися якомога більше. Розрізняють граничне логічного 1 U1пор - найменша напруга високого рівня на вході мікросхеми, при якому напруга на виході змінюється від рівня логічного 0 до рівня логічної 1, а також гранична напруга логічного 0 U0пор - найбільша напруга низького рівня на вході мікросхеми, при якому напруга на виході змінюється від рівня логічного 1 рівня логічного 0.

Перш ніж перейти до детального розгляду найпоширеніших серій мікросхем та цифрових пристроїв на їхній базі, зупинимося на основних параметрах логічних елементів. До них відносяться напруга джерела живлення, рівні напруги логічного 0 і логічної 1, здатність навантаження, перешкодостійкість і швидкодія, споживана потужність.

Для мікросхем ТТЛ серій U1пор = 2,4 В; U0пор =0,4 В. Напруга низького та високого рівнів на виході мікросхем ТТЛ U1вих>=2,4В, U1вих<=0,4В.

Для мікросхем на КМДП структурах U1пор>0,7 * Uпіт, U0пор>0,3 * Uпіт той же час відхилення вихідних напруг U0вих і U1вих від нульового значення і напруги джерела живлення відповідно досягають всього декількох десятків мілівольт. Здатність елемента працювати на певну кількість входів інших елементів без додаткових пристроїв узгодження характеризується здатністю навантаження.

Чим вище здатність навантаження, тим менше елементів може знадобитися при реалізації цифрового пристрою. Однак при підвищенні здатності навантаження інші параметри мікросхем погіршуються: знижуються швидкодія і перешкодостійкість, зростає споживана потужність. У зв'язку з цим у складі різних серій мікросхем є так звані буферні елементи з здатністю навантаження, в кілька разів більшою, ніж у основних елементів. Кількісно здатність навантаження оцінюється числом одиничних навантажень, які можна одночасно підключити до виходу мікросхеми. У свою чергу, одиничним навантаженням є вхід основного логічного елемента даної серії.

Коефіцієнт розгалуження по виходу більшості логічних елементів серій ТТЛ серії к155 становить 10, для мікросхем серій к561 КМДП - до 100. Перешкодостійкість базових логічних елементів оцінюють у статичному і динамічному режимах. При цьому статична стійкість до перешкод визначається рівнем напруги, що подається на вхід елемента щодо рівнів логічних 0 і 1, при якому стан на виході схеми не змінюється. Для елементів ТТЛ статична стійкість до перешкод становить не менше 0,4 В, а для мікросхем серій КМДП не менше 30% напруги живлення. Динамічна завадостійкість залежить від форми та амплітуди сигналу перешкоди, а також від швидкості перемикання логічного елемента та його статичної завадостійкості.

Динамічні параметри базових елементів оцінюють насамперед швидкодією. Кількісно швидкодію можна характеризувати граничною робочою частотою, т. е. максимальною частотою перемикання тригера, виконаного цих базових елементах. Гранична робоча частота мікросхем ТТЛ серії К155 становить 10 МГц. а мікросхем серій К176 і К561 на КМДП структурах лише 1 МГц. Швидкодія визначається так само, як середній час затримки розповсюдження сигналу.

Рис. 3

tзд.р.ср.=0,5(t1,0зд.р+t0,1зд.р), де t1,0зд.р та t0,1зд.р - часи затримки розповсюдження сигналу при включенні та вимкненні малюнок 3.

Середній час затримки поширення сигналу є універсальним параметром мікросхем, оскільки, знаючи його. можна розрахувати швидкодію будь-якої складної логічної схеми підсумовуванням tзд.р.ср всім послідовно включених мікросхем. Для мікросхем серії К155 tзд.р.ср становить близько 20 нс, а мікросхем серії К176 - 200 нс. Споживана мікросхемою потужність у статичному режимі виявляється різною за рівні логічного нуля (Р0) і логічної одиниці на виході (Р1). У зв'язку з цим вимірюють середню потужність споживання Рср = (Р0 + Р1) /2.

Статична середня потужність споживання базових елементів серії До 155 становить кілька десятків міліватів, а в елементів серій К176 і К561 вона більш ніж у тисячу разів менша. Отже, при необхідності побудови цифрових пристроїв з малим струмом споживанням доцільно використовувати мікросхеми на КМДП структурах. Проте слід враховувати, що з роботі в динамічному режимі потужність, споживана логічними елементами, зростає. Тому, крім Рср, задається також потужність Рдин, що вимірюється на максимальній частоті перемикань.

Необхідно мати на увазі. що з підвищенням швидкодії потужність, що споживається мікросхемою, збільшується

Автор: -=GiG=-, gig@sibmail; Публікація: cxem.net

Дивіться інші статті розділу Початківцю радіоаматору.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами 05.05.2024

Сучасний світ науки та технологій стрімко розвивається, і з кожним днем ​​з'являються нові методи та технології, які відкривають перед нами нові перспективи у різних галузях. Однією з таких інновацій є розробка німецькими вченими нового способу керування оптичними сигналами, що може призвести до значного прогресу фотоніки. Нещодавні дослідження дозволили німецьким ученим створити регульовану хвильову пластину всередині хвилеводу із плавленого кремнезему. Цей метод, заснований на використанні рідкокристалічного шару, дозволяє ефективно змінювати поляризацію світла через хвилевід. Цей технологічний прорив відкриває нові перспективи розробки компактних і ефективних фотонних пристроїв, здатних обробляти великі обсяги даних. Електрооптичний контроль поляризації, що надається новим методом, може стати основою створення нового класу інтегрованих фотонних пристроїв. Це відкриває широкі можливості для застосування. ...>>

Приміальна клавіатура Seneca 05.05.2024

Клавіатури – невід'ємна частина нашої повсякденної роботи за комп'ютером. Однак однією з головних проблем, з якою стикаються користувачі, є шум, особливо у випадку преміальних моделей. Але з появою нової клавіатури Seneca від Norbauer & Co може змінитися. Seneca – це не просто клавіатура, це результат п'ятирічної роботи розробників над створенням ідеального пристрою. Кожен аспект цієї клавіатури, починаючи від акустичних властивостей до механічних характеристик, був ретельно продуманий і збалансований. Однією з ключових особливостей Seneca є безшумні стабілізатори, які вирішують проблему шуму, характерну для багатьох клавіатур. Крім того, клавіатура підтримує різні варіанти ширини клавіш, що робить її зручною для будь-якого користувача. І хоча Seneca поки не доступна для покупки, її реліз запланований на кінець літа. Seneca від Norbauer & Co є втіленням нових стандартів у клавіатурному дизайні. Її ...>>

Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія 04.05.2024

Дослідження космосу та її таємниць - це завдання, яка привертає увагу астрономів з усього світу. У свіжому повітрі високих гір, далеко від міських світлових забруднень, зірки та планети розкривають свої секрети з більшою ясністю. Відкривається нова сторінка в історії астрономії із відкриттям найвищої у світі астрономічної обсерваторії – Атакамської обсерваторії Токійського університету. Атакамська обсерваторія, розташована на висоті 5640 метрів над рівнем моря, відкриває нові можливості для астрономів у вивченні космосу. Це місце стало найвищим для розміщення наземного телескопа, надаючи дослідникам унікальний інструмент вивчення інфрачервоних хвиль у Всесвіті. Хоча висотне розташування забезпечує більш чисте небо та менший вплив атмосфери на спостереження, будівництво обсерваторії на високій горі є величезними труднощами та викликами. Однак, незважаючи на складнощі, нова обсерваторія відкриває перед астрономами широкі перспективи для дослідження. ...>>

Випадкова новина з Архіву Матричні комутатори Mindspeed зі швидкостями 12,5 Гбіт/с 25.03.2013 Асортимент компанії Mindspeed Technologies, що показала на MWC 2013 першу в галузі міні-осередок LTE-A, поповнився новими мікросхемами матричних комутаторів 160x160, 48x48, 36x36 та 24x24. До речі, за словами виробника, він пропонує найширший у світі асортимент цих виробів. Комутатори орієнтовані використання у серверах, сховищах даних і мережевому оборудовании. Їх ключовою перевагою є малий час затримки, що дозволяє застосовувати комутацію портів без необхідності виконувати паралельно-послідовні та послідовно-паралельні перетворення, і додавати до схеми пам'ять для тимчасового зберігання пакетів. Це дає можливість зменшити енергоспоживання та вартість обладнання. Крім того, використання фірмової технології підтримки цілісності сигналу дозволяє отримати швидкість до 12,5 Гбіт/с. Точніше кажучи, таку швидкість підтримує модель M21605, має конфігурацію 160x160, а моделі M21024, M21036 і M21048, мають конфігурації 24x24, 36x36 і 48x48 відповідно, підтримують швидкості до 11,8. Орієнтація на комунікаційні програми простежується у підтримці інтерфейсів 10 Gigabit Ethernet, OTU2, 8G та 10G Fibre Channel. Для зовнішнього оформлення комутаторів обрані корпуси типу BGA розмірами 21 x 21 мм (M21024), 23 x 23 мм (M21036), 27 x 27 мм (M21048) та 45 x 45 мм (M21605).

Інші цікаві новини:

▪ 3D-інтерфейс з відстеженням очей від Apple

▪ Банківська карта втратить магнітну смугу

▪ Миші та лікування заїкуватості

▪ Полімер змінює колір при механічному впливі

▪ Газування псує очі та серце

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Перетворювачі напруги, випрямлячі, інвертори. Добірка статей

▪ стаття Мовчи, сум, мовчи! Крилатий вислів

▪ стаття Чому влада Австрії дозволила сфотографуватися одному жителю на права водія з друшляком на голові? Детальна відповідь

▪ стаття Ревень лікарський. Легенди, вирощування, способи застосування

▪ стаття Бетнік для вимірювання коефіцієнта посилення потужних транзисторів Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ Желатиновий холодець випробовуємо на клейкість. Хімічний досвід

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages ​​of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт

www.diagram.com.ua
2000-2024