Цифровые устройства. Что такое цифровые микросхемы. Виды цифровых микросхем

• Название: Что такое цифровые микросхемы. Виды цифровых микросхем
• Анкор: Цифровые устройства.doc
• Дата: 22.09.2017
• Размер: 2.25 Mb.
• Имя файла: Цифровые устройства.doc
• Тип: Документы; #8922
• страница: 7 из 38

Логические уровни КМОП микросхем

Логические уровни КМОП микросхем существенно отличаются от логических уровней ТТЛ микросхем. При отсутствии тока нагрузки напряжение на выходе КМОП микросхемы совпадает с напряжением питания (логический уровень единицы) или с потенциалом общего провода (логический уровень нуля). При увеличении тока нагрузки напряжение логической единицы может уменьшается до 2,8В (U_п=15В) от напряжения питания. Допустимый уровень напряжения на выходе цифровой КМОП микросхемы (серия микросхем К561) при пятивольтовом питании показан на рисунке 4.8.

 
Рисунок 4.8. Уровни логических сигналов на выходе цифровых КМОП микросхем

Как уже говорилось ранее, напряжение на входе цифровой микросхемы по сравнению с выходом обычно допускается в больших пределах. Для КМОП микросхем договорились о 30% запасе. Границы уровней логического нуля и единицы для КМОП микросхем при пятивольтовом питании приведены на рисунке 4.9.

 
Рисунок 4.9. Уровни логических сигналов на входе цифровых КМОП микросхем

При уменьшении напряжения питания границы логического нуля и логической единицы можно определить точно так же (разделить напряжение питания на 3).

Семейства КМОП микросхем

Первые КМОП микросхемы не имели защитных диодов на входе, поэтому их монтаж представлял значительные трудности. Это семейство микросхем серии К172. Следующее улучшенное семейство КМОП микросхем серии К176 получило эти защитные диоды. Оно достаточно распространено и в настоящее время. Серия К1561 завершает развитие первого поколения КМОП микросхем. В этом семействе было достигнуто быстродействие на уровне 90 нс и диапазон изменения напряжения питания 3 ... 15В. Так как в настоящее время распространена иностранная аппаратура, то приведу иностранный аналог этих КМОП микросхем — C4000В.

Дальнейшим развитием КМОП микросхем стала серия SN74HC. Эти микросхемы отечественного аналога не имеют. Они обладают быстродействием 27 нс и могут работать в диапазоне напряжений 2 ... 6 В. Они совпадают по цоколёвке и функциональному ряду с ТТЛ микросхемами, но не совместимы с ними по логическим уровням, поэтому одновременно были разработаны КМОП микросхемы серии SN74HCT (отечественный аналог — К1564), совместимые с ТТЛ микросхемами и по логическим уровням.

В это время наметился переход на трёхвольтовое питание. Для него были разработаны КМОП микросхемы SN74ALVC с временем задержки сигнала 5,5 нс и диапазоном питания 1,65 ... 3,6 В. Эти же микросхемы способны работать и при 2,5 вольтовом питании. Время задержки сигнала при этом увеличивается до 9 нс.

Наиболее перспективным семейством КМОП микросхем в настоящее время считается семейство SN74AUC с временем задержки сигнала 1,9 нс и диапазоном питания 0,8 ... 2,7 В.

Глава 5

Согласование цифровых микросхем различных серий между

При составлении цифровых схем стараются использовать микросхемы одной серии. Однако это не всегда удаётся. Применять микросхемы других серий приходится:

1. 
   когда требуются микросхемы, отсутствующие в данной серии микросхем;
   
2. 
   когда отдельные узлы схемы должны работать на повышенной частоте;
   
3. 
   при работе на внешние устройства могут потребоваться микросхемы с повышенной нагрузочной способностью.
   

Первый пункт не требует комментариев. Обычно малым количеством микросхем характеризуются серии с повышенным быстродействием или с повышенной нагрузочной способностью. Серии микросхем с малым количеством микросхем также обычно характеризуются высокой стоимостью. Так что первый пункт жёстко связан с оставшимися двумя пунктами.

Что касается второго пункта, то выбор микросхем из различных серий может быть обусловлен двумя причинами.

Первая причина — это стоимость цифрового устройства в целом. Микросхемы с повышенным быстродействием стоят дороже микросхем со средним быстродействием. Микросхемы в цифровых устройствах обычно работают на разных частотах. При этом на повышенной частоте работает не более одного процента от общего количества микросхем. В результате применение микросхем с различным быстродействием может существенно снизить стоимость цифрового устройства.

Вторая причина — это ток потребления микросхем. В ТТЛ, p-МОП и n-МОП сериях микросхем ток их потребления определяется быстродействием. Чем ниже быстродействие микросхемы (в пределах одной технологии), тем меньше её ток потребления. Это не относится к КМОП сериям микросхем. В микросхемах, выполненных по КМОП технологии, ток потребления зависит от частоты, на которой работает в данный момент микросхема. Чем выше частота переключения логических элементов КМОП микросхемы, тем выше ток потребления этой микросхемы. То есть ток потребления в этих микросхемах регулируется автоматически, и причиной выбора конкретной серии микросхем остается только их стоимость.

Микросхемы с повышенной нагрузочной способностью обычно входят в состав любой серии микросхем, однако иногда требуются ещё большие токи. В этом случае можно использовать микросхемы из серий с повышенным быстродействием, например К1531. При необходимости формирования на выходе микросхемы потенциалов, превышающих напряжение питания цифровой микросхемы, можно применить микросхемы с открытым коллектором. В крайнем случае для согласования микросхемы по току или напряжению можно применитьтранзисторный ключ.