Элементы цифровых систем, страница 9

Запоминающие устройства, в которых порции слов становятся доступными для чтения или записаны только в определенном порядке, называется ЗУ с последовательным доступом. К ЗУ такого типа относятся сдвиговые регистры, приборы с зарядовой связью (ПЗС), память на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД).

Важный класс памяти представляют собой ЗУ на подвижных магнитных носителях. К ним относятся магнитные ленты, барабаны и диски. Информация на этих устройствах запоминается в виде состояния намагниченности участков поверхности некоторого магнитного материала. Чтение и запись в конкретную позицию выполняются при механическом движении поверхности мимо записывающих или считывающих головок.

Два основных вида записи – это запись с насыщением, при которой два крайних состояния намагниченности представляют собой два логических значения, и запись с модуляцией по частоте или фазе. Запись с насыщением позволяет получить большие плотности информации, однако она более подвержена ошибкам из-за повреждений или неоднородностей магнитного слоя и, следовательно, требует более качественных магнитных носителей.

6.14. Сопряжение логических элементов ТТЛ и КМОП

Компьютеры сами по себе являются важным применением электроники. Однако ее фантастические возможности открываются при использовании цифровых методов для обработки аналоговых сигналов и процессов. Поэтому важно понять, как сопрягаются между собой цифровые элементы разных серий интегральных микросхем, а также как сочетаются аналоговые и цифровые системы, обеспечивая мощные средства для решения разнообразных и интересных задач.

Для того чтобы не испытывать затруднений при работе с ИС разных семейств, нужно уметь эти элементы стыковать друг с другом. На элементах КМОП реализованы некоторые полезные функции, которых нет на ТТЛ. Имея систему на элементах ТТЛ, работающую с невысокой скоростью, можно добавить к ней некоторые функции, выполняемые на элементах КМОП. Кроме того, для облегчения стыковки с внешними устройствами, совместимыми с ТТЛ, а также при согласовании логической КМОП-схемы с кабелем на входах и выходах полезно использовать буферные элементы ТТЛ.

          Управление КМОП от ТТЛ. Если элемент КМОП работает от напряжения +5 В, то уровни сигналов почти совместимы. Единственная трудность заключается в том, что высокий уровень ТТЛ (типичное значение 3,4 В) является граничным для КМОП и желательно, чтобы он был не ниже 4,3 В. Этого легко достичь, если подключить к выходам ТТЛ нагрузочные резисторы (например, 3,3 кОм, соединенные с шиной ). Резисторы можно устанавливать как на выходах с открытым коллектором, так и с активной нагрузкой.

          Если элемент КМОП работает от более высокого напряжения питания, можно также включить нагрузочный резистор (рис. 6.34,а), но для этого нужно использовать высоковольтные кристаллы ТТЛ, имеющие выходы с открытым коллектором (например, К155ЛН3, К155ЛН4, К155ЛН5).

          Другой способ - использование микросхемы К564ПУ6, содержащей четыре канала сдвига логических уровней от низкого напряжения к высокому. На микросхему подают два напряжения питания (рис. 6.34,б): на вывод 1 – коллекторное , на вывод 16 – стоковое . В этом случае получается преобразование логических уровней ТТЛ в уровни КМОП. Преобразование ТТЛ - КМОП (без инверсии данных) разрешается при высоких уровнях на входах EA…ED. При низком уровне на входе разрешения соответствующий выход данных переходит в разомкнутое состояние z . Разрешающие импульсы должны быть низковольтными (ТТЛ). Микросхему можно эксплуатировать и при условии U_и.п.к. > U_и.п.с., что соответствует преобразованию от высокого уровня к низкому.

          Третий способ – использование внешнего транзистора (рис. 6.34,в). В базовой цепи транзистора делитель напряжений (R1, R2) обеспечивает хорошую помехоустойчивость. Конденсатор С увеличивает скорость переключения. К сопротивлению резистора R3 схема некритична.

          Управление ТТЛ от КМОП. Если элемент КМОП питается от источника напряжения + 5 В, то его можно непосредственно нагружать одним элементом серии К555 или, как минимум, двумя элементами К1533. Существует несколько типов микросхем КМОП, содержащих от четырех до шести каналов (с инверсией или без инверсии), предназначенных для согласования логических уровней КМОП (U_В = 3…15 В, U_Н = 0). Это преобразователи уровней К176ПУ1,2,3 и 5 и К561ПУ4. Инверторы К561ЛН1 и ЛН2 также можно использовать для преобразования уровней КМОП – ТТЛ. Конкретные рекомендации по применению даются в справочниках. Возможно также использование транзисторного каскада (рис. 6.34,г).

6.15. Цифро–аналаговые преобразователи

Передача информации от цифровых частей электронных схем к аналоговым осуществляется с помощью цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП). Здесь величина, которая задана двоичным (или двоично-десятичным) числом преобразуется в пропорциональный уровень напряжения или тока (рис. 6.35).

          Передаточную характеристику, подобную показанной на рис. 6.35, будет иметь аналоговый сумматор (рис. 3.31), если сопротивления масштабирующих резисторов выбрать равными 2^kR (рис. 6.36), где k – номер разряда. При этом минимальная ступенька выходного напряжения  .  Выходное напряжение равно числу (в двоичном коде) на входе преобразователя, умноженному на напряжение ступеньки. Имея в виду, что ключи реальных схем выполняются на биполярных или полевых транзисторах, заметим, что сопротивление замкнутого ключа должно составлять менее чем 1/2ⁿ от сопротивления самого низкоомного резистора.

          При разработке интегральных ЦАП наибольшие трудности представляет реализация высокоточных резисторов с сильно различающимися сопротивлениями. Поэтому задание весовых коэффициентов ступеней часто осуществляют посредством последовательного деления напряжения с помощью резистивной матрицы (рис. 6.37). Источник опорного напряжения U_оп нагружен на постоянное сопротивление R. Выходное напряжение U_вых суммирующего усилителя определяется выражением:

  (6.1)