Структури базових логічних елементів, страница 24

18.Особливості сумісного використання КМОН та ТТЛ ІС.  При проектуванні цифроих схем тип мікросхем проектантом вибирається, виходячи з необхідних експлуатаційних параметрів, таких як швидкодія, потужність, вартість та вінших. Але часто мають місце ситуації, коли в вибраній серії відсутні ті чи інші типи мікросхем, які існують в інших серіях. В таких випадках появляється необхідність узгодженого використання різних серій мікросхем. В найбільшій мірі це явище зустрічається при необхідності сумісної роботи КМОН і ТТЛ  ІС.

Існує декілька факторів, які необхідно враховувати при з’єднанні різних серій мікросхем.

Перший з них – це порогові рівні напруг постійного струму. Узгодження порогових рівнів  необхідно забезпечувати як для сигналів низького рівня, так і для високого. Для сигналів низького рівня це вихідна  напруга керуючого попереднього елемента U⁰_{ВИХ МАКС}  і вхідна напруга керуємого послідуючого елемента U⁰_{ВХ МАКС}. Для надійної роботи послідуючої мікросхеми необхідно виконання умови:

                                U⁰_{ВХ МАКС} - U⁰_{ВИХ МАКС}  > 0.

Аналогічно для сигналів високого рівня узгодженість забезпечується напругами U¹_{ВИХ.МІН}  керуючого елемента і  U¹_ВХ.МІН керуємого елемента. Узгодженість забезпечується при виконанні умови:

                        U¹_{ВИХ.МІН}  - U¹_ВХ.МІН > 0.

З описаних вище серій мікросхем не всі довільно вибрані пари можуть відповідати вказаним умовам.

Другим фактором, який необхідно обов’язково враховувати при з’єднанні різних типів мікросхем – це узгодженість вихідних і вхідних струмів. Цей фактор не слід враховувати лише тоді, коли керуємими є мікросхеми КМОН. В той же час, якщо мікросхема КМОН працює на декілька входів ТТЛ, то особливу увагу слід приділяти величині струму, який споживається ТТЛ  мікросхемами при  низькому їх вхідному  сигналі.

Третій фактор узгодження – це ємність навантаження, яка для обох типів мікросхем  приводить до зростання величин часових затримок і динамічної  потужності розсіювання.  Для  серій КМОН вона  пропорційна С×Е²×f, де f -  частота перемикання логічного елемента, С - ємність паразитного конденсатора на його виході. Для ТТЛ серій вона значно менша порівняно з статичною потужністю. Величина ємкості навантаження однозначно визначається кількістю приєднаних входів до виходу керуючої мікросхеми, тому необхідно керуватись попередньою інформацією відносно невикористаних входів.  

               19. 2.3.5. Базові елементи  БіКМОН технолгії.

Успіхи в розвитку цифрової схемотехніки  останнього десятиріччя обумовлені в значній мірі БіКМОН технології, яка поєднує біполярну і КМОН технології в одному базовому логічному елементі. Мета такого поєднання – забезпечення переваг КМОН – низька споживаєма потужність, ви-сокий вхідний опір і високі порогові рівні, з високою навантажувальною здібніс-тю ТТЛ, яка особливо про-являється при зростанні ємності навантаження.

 В БіКМОН як і в КМОН технології використову-ється велика кількість

                              Рис.2.37.                               інверторів. Всі вони базуються на

використанні n-p-n транзисторів для збільшення вихідного струму з КМОН інверторів. Найбільш просто це досягається шляхом з’єднання кожного з польових транзисторів інвертора VT1 і VT2 з n-p-n транзистором VT3 і VT4 як зображено на рис.2.37,а. Таке з’єднання транзисторів забезпечує високий вхідний опір. Біполярні транзистори фактично з’єднані по такій  же конфігурації по виходу, що і вихідний каскад ТТЛ ІС. Функції інверсії і розщеплення фази вхідного імпульса забезпечується парою польових транзисторів. Робота схеми полягає в слідуючому. При низькому рівні вхідного сигналу U_ВХ  транзистори VT2 і VT4  знаходяться в вимкнутому стані, а транзистор VT1 вклбючається. Він починає проводити струм  від джерела E в базу транзистора VT1, включаючи його.  Останній забезпечує високий вихідний струм для зарядки вихідної ємності навантаження інвертора. В результаті час зарядки паразитної ємності значно скорочується і зменшується тривалість фронту вихідного імпульса. Транзистор VT3 виключається, коли  вихідна напруга U_ВИХ досягне величини  Е-U_БЕ, і тому високий вихідний рівень ключа буде меншим , ніж напруга живлення Е, що являється недоліком ключа.