Параметры логических элементов

2.2 Параметры логических элементов

Реализация логических функций:

Положительная логика: 0 – низкий уровень сигнала, 1 – высокий. Отрицательная логика наоборот. Далее рассматривается положительная логика.

Приняты следующие определения и буквенные обозначения параметров цифровых микросхем (на рисунках и в тексте использованы обозначения, часто встречающиеся в технической литературе; действующие обозначения, согласно ДСТУ 2883-94, указаны в скобках).

2.2.1 Статические параметры

- Входные пороговые уровни напряжений (рис. 2.2.1), при которых происходит переключение цифровой микросхемы: наименьшее для высокого уровня U_{ПОР MIN} ¹ (U_TIH), наибольшее для низкого напряжения U_{ПОР MAX}  ⁰ (U_TIL).

- Входные напряжения низкого U_ВХ⁰ (U_IL) и высокого уровней U_ВХ¹ (U_IH). Для них установлено максимальное значение низкого уровня U_{ВХ MAX} ⁰ (U_{IL MAX}), которое меньше порогового. Также минимальное значение высокого уровня U_{ВХ MIN}  ¹ (U_{IH  MIN}), которое выше порогового.

Эти величины задают интервалы напряжений, в которых могут изменяться значения логических нуля и единицы на входе.

Рис. 2.2.1  Параметры элемента НЕ при подаче на его вход логической единицы

- Выходные напряжения низкого U_ВЫХ⁰ (U_OL) и высокого уровней U_ВЫХ¹ (U_OH). Для них установлено максимальное значение низкого уровня U_{ВЫХ MAX} ⁰ (U_{OL MAX}), которое меньше порогового. Также минимальное значение высокого уровня U_{ВЫХ MIN}  ¹ (U_{OH MIN}), которое выше порогового.

Эти величины задают интервалы напряжений, в которых могут изменяться значения логического нуля и единицы на выходе.

- Логический перепад DU_Л – между предельными уровнями напряжений логических нуля и единицы на выходе. Для входной цепи: DU_П = U_{ВХ MIN} ¹ – U_{ВХ MAX} ⁰ - зона переключения, в которой изменение U_ВХ может привести к переключению цифровой микросхемы.

- Статическая помехоустойчивость – величина напряжения, которое может быть подано на вход элемента относительно уровня логического нуля U_ПОМ⁰ (M_L) или единицы U_ПОМ¹ (M_H), не вызывая его ложного срабатывания:

 

- Входной I_ВХ⁰, I_ВХ¹  и выходной I_ВЫХ⁰, I_ВЫХ¹  токи при низком и высоком уровнях соответствующих напряжений.

- Напряжение источника питания U_П (U_CC) обеспечивающее работу цифровых микросхем в заданном режиме. Может быть положительным или отрицательным у различных типов микросхем.

- Мощность, потребляемая цифровой микросхемой от источника питания P_П (P_CC).

- Коэффициент разветвления по выходу К_РАЗ (N_P) определяет максимально допустимое число входов микросхем, подключенных к этому выходу (нагрузочная способность).

- Коэффициент объединения по входу К_ОБ (N_I) – число входов микросхемы, например, 4И – элемент логического умножения с четырьмя входами N_I = 4И, 8ИЛИ – элемент логического сложения с восемью входами N_I  = 8ИЛИ.

- Набор логических функций цифрового устройства (количество элементов в корпусе).

2.2.2 Динамические параметры

- Длительность фронта t ^0,1 (t_LH) и спада t ^1,0 (t_HL) – интервал времени, в течение которого напряжение на входе (выходе) изменяется между 0,1 и 0,9 амплитуды.

- Длительность задержек распространения сигнала при включении t_ЗД.Р ^1,0 (t_PHL) и выключении t_ЗД.Р ^0,1 (t_PLH) – интервалы времени между фронтами входного и выходного сигналов, измеренные на уровне 0,5 амплитуды.

- Задержка распространения сигнала (определяет максимально допустимую частоту входного сигнала для микросхемы – частоту переключения):

 

Пример: Логические уровни цифровых микросхем серии 155.

Логический ноль в интервале напряжений: 0,0 – 0,4 В.

Логическая единица в интервале напряжений: 2,4 – 5,0 В.

Логические уровни цифровых микросхем серии 176.

Логический ноль в интервале напряжений: 0,0 – 0,3 В. U_{ПОР MAX}  ⁰ = 3 В.

Логическая единица в интервале напряжений: 8,2 – 9,0 В. U_{ПОР MIN} ¹ = 7 В.

Электрические параметры цифровых микросхем различных серий (транзисторно-транзисторная логика) представлены в таблице 2.2.1.

Электрические параметры микросхем                                                                  Таблица 2.2.1

Параметр	Серия
	Стандартные		Быстро-действующие		Микро-мощные*	Высокого быстродействия
	133	К155	130	К131	134	530	К531
IВХ0, мА, не более	-1,6	-1,6	-2,3	-2,3	-0,18	-2	-2
IВХ1, мА, не более	0,04	0,04	0,07	0,07	0,012	0,05	0,05
UВЫХ0 , В, не долее	0,4	0,4	0,35	0,35	0,3	0,5	0,5
UВЫХ1, В, не долее	2,4	2,4	2,4	2,4	2,3	2,7	2,7
КРАЗ	10	10	10	10	10	10	10
КОБ	8	8	8	8	2	-	-
tЗД.Р 1,0, нс, не более	15	15	10	10	100	5	5
tЗД.Р 0,1, нс, не более	22	22	10	10	100	4,5	4,5
PП среднее значение, мВт, не более	22	22	44	44	2	19	19
UПОМ**, В, не более	0,4	0,4	0,4	0,4	0,35	0,5	0,5
Частота переключения  f, МГц, не более	10	10	30	30	3	50	50

* Микромощные микросхемы – с малым потреблением электроэнергии.

** Приведено наименьшее значение из двух U_ПОМ⁰ и U_ПОМ¹.

2.2.2 Сравнение характеристик различных типов микросхем

Наилучшие характеристики соответствуют первой строке (таблица 2.2.2).                                                               

Сравнение характеристик микросхем                                                                   Таблица 2.2.2