Цифровые интегральные микросхемы. Логические базовые элементы, страница 2

                                  

И-НЕ

Имеет буквенное обозначение ЛА

УГО:

Схемное решение:

                  

Временные диаграммы и таблица истинности:

ИЛИ-НЕ

Буквенное обозначение ЛЕ

УГО:

Схемное решение:

Временные диаграммы и таблица истинности:

                          

3.2 Технологии изготовления логических элементов. «ТТЛ».

Рисунок – Схема логического элемента И_НЕ ТТЛ с простым инвертором.

Достоинства:

1элементы ТТЛ ,компактны;

2 высокое быстродействие, помехозащищенность и надежность;

3 большая нагрузочная способность;

4 малая потребляемая мощность.

Рисунок  - схема с открытым коллектором

Рисунок – фрагмент ТТЛ логики

Недостаток: низкая помехозащищенность;

Достоинство: допускается повышенное напряжение на коллекторе; подключение внешних элементов индикации.

УГО:

                                  

Общий недостаток ТТЛ логики является: низкая помехозащищенность, малая нагрузочная способность, малое быстродействие на емкостную нагрузку.

Структура ИС отражает работу и построение схемного решения. В основе цифровой схемотехники лежит: биполярный транзистор(БТ) – транзисторно-транзисторная логика ТТЛ; транзистор Шоттки – (БТ, где между базой и коллектором включен диод Шоттки) транзисторно-транзисторная логика Шоттки ТТЛШ. У ТТЛ и ТТЛШ структур транзисторы работают в глубоком насыщение и отсечки. БТ работает на границах областей насыщения и отсечки, образуя эммиттерно - связную логику ЭСЛ и интегрально- инжекцонную логику Л.  ТТЛ и ТТЛШ имеют высокое быстродействие, а ЭСЛ и ИИЛ- большую потребляемую мощность.

Структуры на полевых транзисторах:

n – МОП – транзисторы с подложкой n, имеет высокую помехозащищенность;

p – МОП – с подложкой p;

к МОП и к МДП - VT1 (P), VT2 (N) – малая потребляемая мощность в статическом режиме, высокая помехозащищенность.

Общие недостатки: низкое быстродействие; действие статического электричества.

Монтаж ТТЛ:

В ТТЛ и ТТЛШ свободные выводы могут не запаиваться, но чаще всего их соединяют вместе и через сопротивление 1КОм подсоединяют к питанию. При большом количестве ИС (10 и больше) желательно устанавливать по шине питания электролитический конденсатор большой емкости, чтобы снять всплеск напряжения по питанию. А для уменьшения помех по высокой частоте на каждый корпус микросхемы устанавливают конденсатор не электролитический малой емкости.

Достоинства: высокое быстродействие, не дорого. Серии 155, КР1533, выполнено в DIP корпусе.

Недостаток: большая потребляемая мощность, слабая помехозащищенность из-за малого перепада логических уровней , малая нагрузочная способность, необходимо жестко соблюдать напряжение питания +5В±5%.

Для повышения быстродействия используется ТТЛШ структура К155, КР1531.

Общим недостатком ТТЛ и ТТЛШ является нахождение транзистора в глубоком насыщение и отсечки, что снижает их быстродействие, появляется ЭСЛ.

            ЭММИТТЕРНО-СВЯЗНАЯ ЛОГИКА (ЭСЛ)

Рисунок – Упрощенная схема переключателя тока

                       

Рисунок – Временные диаграммы

ЭСЛ имеет особенности:

1 Транзисторы работают в линейной области, следовательно меньше тратиться на время рассасывания н.н.з., следовательно данная структура обладает самым высоким быстродействием.

2 Структура построена на диффузионном усилителе, где на один вход подается опорное напряжение, а на другой вход поступает сигнал.

Эмиттеры связаны через генератор током с отрицательной полярностью источника питания., следовательно использование низкого напряжения (отрицательного) также повышает быстродействие работы схемы, т.к.уменьшается процесс разряда и разряда конденсатора. Логический 0 и логическая 1 рассматриваются при низких напряжениях.

Достоинство: высокое быстродействие.

ИНТЕГРАЛЬНАЯ ИНЖЕКЦИОННАЯ ЛОГИКА

Построена на биполярных транзисторах, которые работают также в линейной области, но за счет впрыскивания зарядов происходит быстрое переключение транзисторов.

Последующие две структуры лежат в основе построения оперативной памяти и некоторых микропроцессорах. КМОП структуры (176,561).

Монтаж – использование заземленного паяльника; !!! нельзя оставлять свободные выводы микросхем, их нужно закорачивать или выводить через сопротивление на шину питания.

Главное достоинство: самая малая потребляемая мощность в статическом режиме.

Достоинствами ИМС КМОП структуры является: высокая помехозащищенность в сочетании с высоким быстродействием и нагрузочной способностью.

Недостаток: большое время задержки (до10нс); повышенное выходное сопротивление (до 1КОм); значительный разброс всех параметров.

По сравнению с ИМС ТТЛ КМОП структура обладает следующими достоинствами:

- малая потребляемая мощность в диапазоне частот до 2МГц (мощность в статическом режиме на превышает 1 мкВт);

- большой диапазон напряжений питания (от 3 до 15В);

- очень высокое входное сопротивление (больше 1МОм);

- большая нагрузочная способность (коэффициент разветвления больше 50).