Основные правила проектирования цифровых устройств. Питание цифровых устройств. Согласование с нестандартными уровнями входных сигналов

Министерство общего и профессионального образования

Российской федерации

Хабаровский государственный технический университет

Кафедра «Автоматика и системотехника»

Основные правила проектирования

 цифровых устройств

Учебно-методическое пособие к курсовому проектированию по дисциплине «Проектирование электронных устройств автоматики»

Составитель Чье Ен Ун

Хабаровск

1999

Оглавление

1.  Питание цифровых устройств

2.  Преобразование стандартных уровней ИС

3.  Согласование с нестандартными уровнями входных сигналов

4.  Монтажная логика

5.  Неиспользуемые элементы и входы

6.  Подключение устройств с механическими контактами

7.  Выполнение соединений

Литература

1.  Питание цифровых устройств

Питание ТТЛ ИС общего применения осуществляется напряжением +5В + 5%, а ИС специального применения +5 В + 10%. При этом напряжение пульсаций не должно превышать 100 мВ. ТТЛ ИС чувствительны к перенапряжениям и даже при их кратковременных воздействиях могут выйти из строя. Как исключение, допускается кратковременное перенапряжение до 7 В в течении не более 5 мс [1].

Для исключения влияния низкочастотных помех  на каждой плате с ТТЛ ИС рекомендуется устанавливать  электролитический конденсатор непосредственно у ввода напряжения питания из расчета не менее 0,1 мкФ на одну ИС. Для уменьшения влияния высокочастотных помех на плате устанавливаются  также развязывающие керамические конденсаторы емкостью 0,047-0,47 мкФ (в зависимости от степени интеграции ИС) на каждые 5-10 корпусов [1,2].  Эти конденсаторы предназначены для повышения помехоустойчивости работы при бросках тока в цепях питания, вызванных импульсным характером потребления тока при переключениях ЛЭ. При переключениях ТТЛ ЛЭ в течении переходного процесса длительностью приблизительно  5-10 нс открыты оба выходных транзистора, что приводит к протеканию импульсного тока.  При использовании БИС керамические конденсаторы устанавливаются непосредственно у каждой ИС. Для повышения помехоустойчивости цифровых устройств, следует обращать особое внимание на разводку шин питания. Рекомендуется размещение шины питания на одной стороне платы, а  шина «земля» – с другой стороны, при этом желательно их размещать друг над другом. При наличии свободной площади на плате ее свободные пространства используются для увеличения поверхности шины «земля».

Микромощные ТТЛШ ИС особенно чувствительны к наводкам, поэтому их следует по возможности располагать отдельно от других ИС особенно быстродействующих с использованием отдельных шин питания. При этом входные цепи таких микросхем должны быть разнесены от выходных цепей быстродействующих ИС.

Устройства на КМОП ИС менее критичны к источникам питания, так как эти микросхемы могут работать в широком диапазоне питающих напряжений. Так пульсации напряжения до (0,02-0,03)Е   не отражаются на их работоспособности. С учетом низкого энергопотребления устройства на КМОП ИС можно питать как от химических источников тока, так и от простых выпрямителей с простейшим емкостным фильтром.

Для серий КМОП ИС допускающих широкий диапазон питающих напряжений рекомендуется использовать следующие напряжения:

1)  5 В при  совместном применении с ТТЛ ИС. При этом следует учитывать, что при снижении напряжения питания быстродействие КМОП ИМ резко понижается. Например, при снижении напряжения питания с 15 В до 5 В быстродействие понижается в (4-6) раз за счет увеличения сопротивления каналов МОП-транзисторов;

2)  9 В при совместном применении с ИС серии 176 или при питании от химических источников тока;

3)  12 или 15 В при совместном применении с аналоговыми ИС.       

В цепях питания КМОП ИС устанавливаются развязывающие конденсаторы в виде параллельного соединения двух конденсаторов: низкочастотный (до 20 кГц) из расчета 2,2 мкФ и высокочастотных (до 1,5-2,0 МГц) из расчета 0,068 мкФ на каждые 50 ИС.

2. Преобразование стандартных уровней ИС

На практике при совместном применении ТТЛ и КМОП ИС необходимо решать задачи преобразования уровней сигналов. При этом возможно два случая:

1)  управление ТТЛ ИС от КМОП (сопряжение типа КМОП – ТТЛ);

2)  управление   КМОП ИС от ТТЛ (сопряжение типа ТТЛ-КМОП).

Сопряжение типа КМОП-ТТЛ. При организации такого сопряжения следует учитывать низкую нагрузочную способность по току КМОП ИС, у стандартных элементов которых выходной ток не превышает  0,5 – 1,1 мА в зависимости от типа элемента и серии. При этом также необходимо учитывать напряжение питания КМОП