Цифровые устройства как учебная дисциплина, страница 10

8.  Энергия переключения логического элемента:

.

Это произведения быстродействия логического элемента на его среднюю потребляемую мощность. В пределах одной технологической серии от модификации к модификации энергия переключения меняется незначительно.

Прогресс в разработке новых логических элементов направлен, в основном, на снижение энергии переключения.

9.  Напряжение питания.

Рассмотрим некоторые, наиболее употребимые, серии цифровых ИМС.

Исторически, первыми среди ТТЛ серий были выпущены две отечественные серии 155 и 133. 155-я серия является коммерческой, а 133-я – серией специального назначения. Зарубежными аналогами этих серий являются 155 – SN74 и 133 – SN54. Энергия переключения логических элементов в этих сериях составляет примерно 100 пДж=10^-10 Дж. В самых быстродействующих модификациях этих серий время t_ср>10 нс.

К быстродействующим сериям в ТТЛ относятся следующие: коммерческая – 131 и спец. назначения – 130 серии. Энергия переключения в этих сериях оказывается несколько больше 100 пДж. Среднее время срабатывания – несколько меньше 10 нс. Зарубежными аналогами этих серий являются SN74Н – 131 и SN54Н – 130. (HIGH).

К маломощным (медленным) сериям в составе ТТЛ относятся коммерческая – 158 (SN74L) и спец. назначения – 136 (SN54L). (LOW). Энергия переключения – около 50 пДж, а быстродействие – до 50 нс.

Рассмотренные серии позволили отработать технологии, на основе которых развивались серии ТТЛШ, с той же схемотехникой, но с использованием транзисторов Шотки.

К числу этих серий относят следующие:

531 (SN74S) – коммерческая и 530 (SN54S) – спец. назначения. (SHOTKI). Энергия переключения у этих серий не превышает 60 пДж, а быстродействие составляет порядка 5 нс.

К медленным сериям относятся коммерческая – 555 (SN74LS) и спец. назначения – 533 (SN54LS). (LOW-SHOTKI). Энергия – порядка 20 пДж, время – более 20 нс.

Отечественных быстродействующих серий ТТЛШ не выпускается. Среди зарубежных выпускаются SN74AS и SN54AS. (ADVANCE-SHOTKI). Энергия – порядка 30 пДж, время – 3 нс.

В составе ЭСЛ имеются следующие серии: коммерческая – 500 и спец. – 1500. среди зарубежных – МС 100, МС1000. Энергия – 30 пДж, время – 1 нс.

КМОП. Коммерческая – 176, спец. – 164, зарубежные – CD4000. Э=0,02 пДж, t_ср=50 нс. Кроме того, коммерческая – 561, спец. – 564, зарубежные – CD4000А. (ADVANCE – усовершенствованные).

Лекция 3.

СХЕМОТЕХНИКА ТТЛ.

ПОЛОЖИТЕЛЬНАЯ ЛОГИКА.

В области положительных напряжений за уровень логического нуля принимают значение равное 0,2В, а за уровень логической единицы – 3В, при напряжении питания равном U_п=Е_к=5В. Если хотя бы на одном из входов A, B, или С есть напряжение равное 0,2В, то на эмиттере входного транзистора, так же, будет напряжение 0,2В, а поскольку на базе этого транзистора присутствует напряжение питания Е_к=5В, то эмиттерный переход этого транзистора окажется открыт. Поскольку на базе транзистора VT1 действует напряжение 5В, а падение напряжения на  p-n переходе составляет 0,7В, то напряжение в точке (а) будет равно 0,9В. Это напряжение приложено к трём, последовательно соединённым, p-n переходам: к база коллекторному переходу транзистора VT1, к база эмиттерному – VT2 и к база эмиттерному – VT3. (Для их открывания необходимо, чтобы в точке (а) было напряжение примерно 1,7В.) Поскольку напряжение в точке (а) составляет 0,9В, то все три перехода оказываются заперты.

Если VT2 – заперт, то напряжение на его коллекторе равно 5В. Это напряжение поступает на базу транзистора VT4. Поскольку транзистор VT4 имеет n-p-n структуру, то он открыт и на выходе (y) логического элемента присутствует уровень логической единицы.