Цифровые устройства. Что такое цифровые микросхемы. Виды цифровых микросхем
 Скачать 2.25 Mb.
|
Логические уровни ТТЛ микросхемВ настоящее время применяются два вида ТТЛ микросхем — с пяти и и с трёхвольтовым питанием, но, независимо от напряжения питания микросхем, логические уровни нуля и единицы на выходе этих микросхем совпадают. Поэтому дополнительного согласования между ТТЛ микросхемами обычно не требуется. Допустимый уровень напряжения на выходе цифровой ТТЛ микросхемы показан на рисунке 3.6.  Рисунок 3.6. Уровни логических сигналов на выходе цифровых ТТЛ микросхем Как уже говорилось ранее, напряжение на входе цифровой микросхемы по сравнению с выходом обычно допускается в больших пределах. Границы уровней логического нуля и единицы для ТТЛ микросхем приведены на рисунке 3.7.  Рисунок 3.7. Уровни логических сигналов на входе цифровых ТТЛ микросхем Семейства ТТЛ микросхемПервые ТТЛ микросхемы оказались на редкость удачным решением, поэтому их можно встретить в аппаратуре, работающей до сих пор. Это семейство микросхем серии К155. Стандартные ТТЛ микросхемы — это микросхемы, питающиеся от источника напряжения +5 В. Зарубежные ТТЛ микросхемы получили название SN74. Конкретные микросхемы этой серии обозначаются цифровым номером микросхемы, следующим за названием серии. Например, в микросхеме SN74S00 содержится четыре логических элемента "2И-НЕ". Аналогичные микросхемы с расширенным температурным диапазоном получили название SN54 (отечественный вариант — серия микросхем К133). Отечественные микросхемы, совместимые с SN74 выпускались в составе серий К134 (низкое быстродействие низкое потребление — SN74L), К155 (среднее быстродействие среднее потребление — SN74) и К131 (высокое быстродействие и большое потребление). Затем были выпущены микросхемы повышенного быстродействия с диодами Шоттки. В названии зарубежных микросхем в обозначении серии появилась буква S. Отечественные серии микросхем сменили цифру 1 на цифру 5. Выпускаются микросхемы серий К555 (низкое быстродействие низкое потребление — SN74LS) и К531 (высокое быстродействие и большое потребление — SN74S). В настоящее время отечественная промышленность производит микросхемы серий К1533 (низкое быстродействие низкое потребление — SN74ALS) и К1531 (высокое быстродействие и большое потребление — SN74F). За рубежом производится трехвольтовый вариант ТТЛ микросхем — SN74ALB Глава 4 Цифровые логические микросхемы, выполненные на комплементарных МОП транзисторах (КМОП)Логические КМОП (КМДП) инверторыМикросхемы на комплементарных транзисторах (КМОП) строятся на основе МОП транзисторов с n- и p-каналами. Один и тот же входной потенциал открывает транзистор с n-каналом и закрывает транзистор с p-каналом. При формировании логической единицы открыт верхний транзистор, а нижний закрыт. В результате ток через КМОП микросхему не протекает. При формировании логического нуля открыт нижний транзистор, а верхний закрыт. И в этом случае ток через КМОП микросхему не протекает. Простейший логический элемент — это инвертор. Его схема приведена на рисунке 4.1. Рисунок 4.1. Принципиальная схема инвертора, выполненного на комплементарных МОП транзисторах (КМОП инвертор) На этой схеме для упрощения понимания принципов работы КМОП микросхемы не показаны защитные и паразитные диоды. Особенностью микросхем на комплементарных МОП транзисторах (КМОП микросхем) является то, что в этих микросхемах в статическом режиме ток практически не потребляется.Потребление тока происходит только в момент переключения КМОП микросхемы из единичного состояния в нулевое и наоборот. Этот ток вызван двумя причинами — одновременным переходом верхнего и нижнего МОП транзисторов в активный режим работы и перезарядом паразитной ёмкости нагрузки. В результате этой особенности КМОП микросхем, они обладают преимуществом перед рассмотренными ранее видами цифровых микросхем — потребляют ток в зависимости от поданной на вход тактовой частоты. Примерный график зависимости потребления тока КМОП микросхемы в зависимости от частоты ее переключения приведен на рисунке 4.2  Рисунок 4.2. Зависимоть тока потребления КМОП микросхемы от частоты Логические КМОП (КМДП) элементы "И"Схема логического элемента"И-НЕ" на КМОП микросхемах практически совпадает с упрощенной схемой "И" на ключах с электронным управлением, которую мы рассматривали ранее. Отличие заключается в том, что нагрузка подключается не к общему проводу схемы, а к источнику питания. Принципиальная схема логического элемента "2И-НЕ", выполненного на комплементарных МОП транзисторах (КМОП), приведена на рисунке 4.3.  Рисунок 4.3. Принципиальная схема логического элемента "2И-НЕ", выполненного на комплементарных МОП транзисторах (КМОП) В этой схеме можно было бы применить в верхнем плече обыкновенный резистор, однако при формировании низкого уровня сигнала схема постоянно потребляла бы ток. Вместо этого, в качестве нагрузки используются p-МОП транзисторы. Эти транзисторы образуют активную нагрузку. Если на выходе требуется сформировать высокий потенциал, то транзисторы открываются, а если низкий — то закрываются. В приведённой на рисунке 4.2 схеме логического КМОП элемента "И", ток от источника питания на выход КМОП микросхемы будет поступать через один из транзисторов, если хотя бы на одном из входов (или на обоих сразу) будет присутствовать низкий потенциал (уровень логического нуля). Если же на обоих входах логического КМОП элемента "И" будет присутствовать уровень логической единицы, то оба p-МОП транзистора будут закрыты и на выходе КМОП микросхемы сформируется низкий потенциал. В этой схеме, так же как и в схеме, приведенной на рисунке 4.1, если транзисторы верхнего плеча будут открыты, то транзисторы нижнего плеча будут закрыты, поэтому в статическом состоянии ток КМОП микросхемой от источника питания потребляться не будет. Условно-графическое изображение КМОП логического элемента "2И-НЕ" показано на рисунке 4.4, а таблица истинности приведена в таблице 4.1. В таблице 4.1 входы обозначены как x1 и x2, а выход — F.  Рисунок 4.4. Условно-графическое изображение логического элемента "2И-НЕ" Таблица 4.1. Таблица истинности МОП микросхемы, выполняющей логическую функцию "2И-НЕ"
|