Параметры логических элементов, страница 2

Нумерация по ухудшению параметра	Параметр
	Быстродействие	Потребляемая мощность	Статическая помехоустойчивость	Нагрузочная способность
1	ЭСЛ	КМОП	КМОП	КМОП
2	ТТЛШ	ТТЛ	ТТЛШ	ЭСТЛ
3	ТТЛ	ТТЛШ	ТТЛ	ТТЛ, ТТЛШ
4	КМОП	ЭСЛ	ЭСЛ	-

В таблице 2.2.2 используются обозначения микросхем:

- транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ);

- транзисторно-транзисторная логика с диодами Шотки (ТТЛШ);

- эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ); 

- логика на комплементарных полевых транзисторах метал-окисел-полупроводник (КМОП).

2.2.3 Состав и особенности использования цифровых микросхем

Для упрощения схемной реализации СДНФ и СКНФ выпускаются цифровые микросхемы И-ИЛИ-НЕ, ИЛИ-И-НЕ которые, имеют инверсный выход или прямой выход, либо оба одновременно.

Пример: Графическое обозначение элемента с коэффициентом N_I = 2ИЛИ-2ИЛИ-2И-НЕ. Схема содержит два элемента 2ИЛИ, подключенных выходами к элементу И-НЕ (рис. 2.2.2).

Аналитическое выражение его работы:

                                                        

Набор логических функций:

ИЛИ-ИЛИ-И-НЕ.

Рис. 2.2.2 Элемент 2ИЛИ-2ИЛИ-2И-НЕ

Если число входов микросхем не совпадает с количеством переменных, то не используемые входы надо соединить с используемыми входами или подать на них напряжения, соответствующие логическим сигналам (рис. 2.2.3).

Рис. 2.2.3 Изменение количества входов в соответствии с решаемой задачей

Нельзя оставлять входы без подключения (кроме преобразователей уровня логических сигналов, которые согласуют разные типы микросхем). Иначе ухудшится быстродействие элемента, а логическое состояние этих входов может быть установлено равным единице.

Схема выходных электрических цепей цифровой микросхемы (рис. 2.2.4) содержит нормально разомкнутый электронный ключ К1 и замкнутый К2, состояние F= 0, X= 0. При значении входного сигнала X=1, состояние ключей изменяется, на выходе устанавливается потенциал E, равный логической единице.

Рис. 2.2.4 Функциональная схема

выходных цепей

цифровой микросхемы

Также не следует объединять выходы нескольких микросхем, что ведет к  их повреждению. Исключение составляют выходы с открытым коллектором (например, микросхема К155ЛА8) и тристабильных элементов.

Открытый коллектор представляет собой электронный ключ, подключенный к нулевому потенциалу, с двумя состояниями: открыт, закрыт. Параллельное включение таких выходов образует элемент И (рис.2.2.5, а), называется «монтажное И». Если эти выходы также подключить к потенциалу логической единицы через токоограничивающий резистор, то низкий потенциал на выходе схемы обеспечивается при замыкании хотя бы одного параллельно включенного ключа.

Рис.2.2.5 Схема монтажное И (а) двух элементах с открытым коллектором,  элемент

с открытым коллектором (б), открытым эмиттером (в), тристабильный элемент (г)

Открытый коллектор может управлять работой, например, реле, светодиодов и другой нагрузкой, подключенной к источнику питания, а также присоединяться к входам других логических элементов (рис 2.2.5, б), микросхема обозначается ромбом с чертой внизу.

Выход с открытым эмиттером – электронный ключ, подключенный к источнику питания U_П микросхемы (рис. 2.2.5, в), обозначается ромбом с чертой сверху. Нагрузка подключается между выходом и нулевым потенциалом. Параллельное соединение таких выходов образует элемент ИЛИ, называется «монтажное ИЛИ». В этом случае высокий потенциал на выходе схемы обеспечивается при замыкании хотя бы одного параллельно включенного ключа.

Тристабильный элемент (рис. 2.2.5. г) при подаче на управляющий вход Z = 0 устанавливается в дополнительное, третье состояние, его выход имеет очень большое сопротивление относительно потенциалов логических состояний 0, 1 и данный элемент не оказывает влияния на соединенные с ним выходы других микросхем. Это свойство используется при шинной организации обменом информации, когда к одной линии связи подключены несколько источников логических сигналов. Передача информации от них разделяется по времени, т.к. в каждый момент к линии подключен только один источник, для которого Z = 1, остальные отключены (Z = 0), их выходы находятся в дополнительном третьем  состоянии.

Импульсные элементы

В цифровых устройствах для организации их работы используют тактовые сигналы (импульсы прямоугольной формы) период следования которых называется машинным тактом. В соответствии с этим импульсный сигнал – с продолжительностью, меньшей машинного такта. Потенциальный сигнал – с продолжительностью не меньше машинного такта.

По виду используемых сигналов различают потенциальные, импульсные и импульсно-потенциальные логические элементы.

Импульсные элементы (рис. 2.2.6) – управление ими по перепаду потенциала входного импульса (переднему рис. 2.2.6, а, или заднему фронту рис. 2.2.6, б). Импульсные входы обозначают косой чертой (иногда со стрелкой) указывающей направление перепада напряжения – положительные или отрицательные (/ или \).

Потенциальные элементы – в них двоичные переменные кодируются разной величиной потенциала.

В импульсно-потенциальных элементах могут использоваться и потенциальные и импульсные сигналы.

  а)                             б)

Рис. 2.2.6. Импульсные элементы с управлением

по переднему фронту (а), заднему фронту (б)

На рис. 2.2.7 показан импульсный элемент 2ИЛИ. Дифференцирующие цепи RC пропускают только переменные сигналы (фронты импульсов) X₁^\, X₂^\. Диоды VD1, VD2 открываются при положительном напряжении и закрыты для отрицательного потенциала. Следовательно, выход элемента управляется передними фронтами входных сигналов. Из временной диаграммы следует, что потенциальный сигнал элемент не пропускает, а импульсный сигнал проходит почти без искажения его формы.

 

Рис. 2.2.7 Реализация импульсного элемента 2ИЛИ и временные диаграммы его работы

Достоинством импульсных элементов является их низкое энергопотребление.