Цифровые интегральные логические элементы

В настоящее время устройства, реализующие логические операции, строятся на основе цифровых интегральных элементов.

Цифровые интегральные логические элементы – это микроэлектронные изделия, предназначенные для преобразования и обработки дискретных сигналов. В зависимости от технологии изготовления цифровые интегральные логические элементы (ЛИЭ) делятся на серии, отличающиеся набором элементов, напряжением питания, потребляемой мощностью, статическими и динамическими параметрами и др. В настоящее время наиболее распространенными типами ЛИЭ являются:

1. Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ)

2. Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ)

3. Логические элементы на основе МОП транзисторов

ЛИЭ могут быть построены по разному, но в их основе, как правило, лежат схемы, выполняющие функции И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Распространение нескольких видов ЛИЭ, выполняющих одни и те же логические функции, объясняется различием их основных характеристик, позволяющих разрабатывать электронные средства с характеристиками наиболее полно удовлетворяющими техническим требованиям и условиям эксплуатации.

Независимо от типа ЛИЭ для их характеристики используют следующие основные параметры:

1. Выполняемая логическая функция

2. Быстродействие

3. Мощность потребляемая на один элемент

4. Коэффициент объединения по входу

5. Коэффициент разветвления по выходу

ВЫПОЛНЯЕМАЯ ФУНКЦИЯ – логическая функция, выполняемая микросхемой.

В таблице 1-4 приведены наиболее распространенные логические интегральные элементы. Во втором столбце таблицы приведено буквенное обозначение ЛИЭ, указываемое на корпусе микросхемы в соответствии с ОСТ 11073 915—80.

БЫСТРОДЕЙСТВИЕ - характеризуется задержкой распространения сигнала и максимальной частотой входного сигнала.

Время задержки определяется как интервал времени отсчитываемый от момента пересечения входным сигналом некоторой характерной точки до момента времени, когда сигнал на выходе ЛИС пересекает некоторую характерную точку. Под характерными точками в различных сериях ЛИС понимаются разные напряжения. Обычно это 0,5Uпит, 0,5U , у м.с. серии 1533 это 1,3В при U_пит = 5В. Диаграмма на рис. 1-10 поясняет условия измерения времени задержки ЛИЭ.

Таблица 1-4

ЭЛЕМЕНТ	ОБОЗНАЧЕНИЕ	ВЫПОЛНЯЕМАЯ ФУНКЦИЯ
НЕ	ЛН
И	ЛИ
И - НЕ	ЛА
ИЛИ	ЛЛ
ИЛИ-НЕ	ЛЕ
И-ИЛИ	ЛС
И-ИЛИ-НЕ	ЛР
Исключающее ИЛИ	ЛП

Рис. 1-10

До сравнительно недавнего времени наименее быстродействующими были ЛИЭ на МОП транзисторах - t_зад порядка сотни и более наносекунд. Однако с появлением серии ЛИС типа 1554 положение изменилось. По t_зад » 3 нс и тактовой частоте до 150 Мгц эти м.с. сравнялись по быстродействию с ЭСЛ, имевшей t_зад порядка 1 - 10 нс (100, 500 и 1500 серии). ТТЛ ЛИЭ имеют t_зад порядка 5 - 50 нс (134, 155, 555 серии).

МОЩНОСТЬ ПОТРЕБЛЕНИЯ НА ОДИН ЭЛЕМЕНТ. Мощность, потребляемая ЛИЭ, зависит от того в каком состоянии находится ЛЭ - в 0 или в 1. Поэтому, потребляемую мощность принято характеризовать средней мощностью Р _ср, потребляемой ЛИЭ во включенном (P ¹) и выключенном (P ⁰) состояниях.

Р _ср = 0.5(P ¹ + P ⁰)

Как правило, чем больше быстродействие схемы, тем больше Р_ср. Для ЭСЛ Рср» 20-80 мВт на элемент, для ТТЛ 2-40мВт, для КМОП 1-100 мкВт.

Следует отметить, что для КМОП ЛИС потребление в статическом режиме значительно меньше, чем в динамическом.

КОЭФФИЦИЕНТ ОБЪЕДИНЕНИЯ ПО ВХОДУ - максимальное число входов, которое имеет ЛИЭ. Обычно их число £ 8 (1-инвертор, 2, 3, 4, 6, 8).

КОЭФФИЦИЕНТ РАЗВЕТВЛЕНИЯ ПО ВЫХОДУ - характеризует нагрузочную способность, т.е. максимальное число входов м.с. той же серии, которые могут быть присоеденены к выходу данной м.с. без нарушения ее работоспособности. Обычно К_раз составляет от 2 до 40.

Если необходимо перейти от ЛИЭ одной серии к другой, например от ТТЛ к КМОП или наоборот, то используют специальные микросхемные преобразователи уровня (ПУ).

Дата добавления: 2015-07-21