Микроэлектроника
 Скачать 3.37 Mb.
|
4.12. Микросхемы на основе арсенида галлияМикросхемы К6500 представляют собой цифровые схемы сверхвысокого быстродействия, выполненные на основе арсенид-галлиевых полевых транзисторов с затвором Шоттки. Микросхемы К6500 по сравнению с ИС ЭСЛ К500, К1500 имеют в 4-6 раз меньшую мощность потребления на один ЛЭ и в 3-8 раз большую частоту переключения и меньшую задержку на ЛЭ. В серии имеют место следующие основные параметры логических сигналов: длительность фронта (среза) выходного сигнала 0,16…0,3 нс, выходное напряжение при Rн = 50 Ом низкого уровня – 0,2… 0,1 В, высокого уровня – 0,9…1,5 В, входной ток низкого уровня не менее 0,5 мА, высокого уровня – не более 1 мА, помехозащищенность низкого и высокого уровня – не менее 0,1 В, максимальная частота функционирования не менее 1000 МГц. Цифровые микросхемы К6500 предназначены для обработки цифровых сигналов с тактовой частотой более 1000 МГц в контрольно-измерительных приборах, аппаратуре связи и ЭВМ. При эксплуатации ИС К6500 имеют место предельно допустимые режимы, приведенные ниже. Напряжение питания: положительное 3.8 ...4,2 В, отрицательное -2,28…2,52 В. Входное напряжение -0,2…1,5 В. Выходной ток не менее 30 мА. Несогласованная емкость нагрузки Сн не более 2 пФ. Температура корпуса –10…+70 °С. Сопротивление нагрузки 45…55 Ом. Стойкость к статическому электричеству 30-100 В. Микросхемы выполнены в плоских планарных металлокерамических корпусах с числом выводов 16, 24, 42. При обозначении ИС К6500 микросхемы эксплуатируются в диапазоне температур -10 +70 °С, а при обозначении 6500 – в диапазоне температур -60 +125 °С.  Микросхемы К6500 построены на основе базовых ЛЭ истоково-связанной логики (ИСЛ) на полевых транзисторах с управляющим затвором Шоттки. В структурной схеме ЛЭ имеются входные и выходной формирователи сигналов и собственно базовый ЛЭ. Один из основных вариантов реализации собственно базового ЛЭ на полевых транзисторах Шоттки приведен на рис. 4.12. Базовый элемент построен по схеме переключателя тока на основе дифференциальных пар транзисторов VT1, VT2 и VT3, VT4; резистора R1, определяющего ток истока; нагрузочных резисторов R2, R3 и резистора смещения R4 для согласования по уровням напряжения выходов истокового переключателя тока и выходных истоковых повторителей на транзисторах VT5, VT6. Диоды Шоттки VD1 – VD6 и транзисторы VT7 – VT10 в цепях истоков выходных транзисторов необходимы для согласования с выходным формирователем и стабилизации выходного напряжения. Питание ЛЭ и формирователей осуществляется от двух источников напряжения: 4 В и -2,45 В. 5. ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА КОМБИНАЦИОННОГО ТИПА 5.1. Шифратор Шифратор (CD – CoDer – кодер) – это устройство, осуществляющее преобразование десятичных чисел (позиционный или унитарный код) в двоичный код. Шифратор имеет m входов, пронумерованных десятичными числами (0, 1, 2... m – 1) и n выходов, причем 2n m. Подача управляющего сигнала на один из входов приводит к появлению на выходе n-разрядного двоичного числа, соответствующего номеру возбужденного входа. Шифраторы широко применяются в устройствах автоматики, особенно в устройствах ввода/вывода информации. На клавиатуре ввода имеются клавиши с десятичными цифрами, буквенный алфавит, а при нажатии клавиши позиционный код должен преобразоваться в двоичный. Рассмотрим вариант построения шифратора для случая, когда при нажатии кнопки вырабатывается сигнал с активным уровнем, соответствующим лог. 1. Имеем десятичный позиционный код x0, x1, ... x9, образуемый набором из 10 клавиш, пронумерованных 0 – 9. Необходимо получить нормально взвешенный код 8-4-2-1 – y8, y4, y2, y1, соответствующий номеру нажатой кнопки. Чтобы получить логические выражения для выходных сигналов, воспользуемся таблицей истинности (табл. 5.1). Таблица 5.1
Решение задачи в общем виде в случае десяти переменных представляется весьма трудным. Однако решение задачи упрощается, так как исходная функция принимает единичное значение в каждой строке всего лишь один раз. Нетрудно заметить, что выходные сигналы можно получить дизъюнкцией входных переменных: y8=x8+x9; y4=x4+x5+x6+x7; y2=x2+x3+x6+x7; y1=x1+x3+x5+x7+x9. Судя по полученным выражениям, входной сигнал x0 не участвует в формировании выходного кода. Отсутствие сигнала на любом из остальных входов x1 x9 указывает на то, что установлен нулевой набор. При реализации шифратора на элементах ИЛИ-НЕ, выходные сигналы окажутся инвертированными (рис. 5.1, а). На рис. 5.1, б представлено условное графическое обозначение данного шифратора, здесь символ CD образован из букв, входящих в английское слово CODER. Входной сигнал x0 на условном изображении шифратора отсутствует, поскольку не участвует в формировании сигналов выхода. П   ример интегральной микросхемы приоритетного шифратора приведен на рис. 5.2. Микросхема К555ИВ3 имеет 9 инверсных входов для подачи кодируемого сигнала и 4 инверсных выхода кода 8-4-2-1. В исходном состоянии на всех входах и выходах лог. 1. При подаче на любой из входов лог. 0 на выходе формируется инверсный код номера этого входа. Если лог. 0 подан сразу на несколько входов, код на выходе соответствует наибольшему номеру входа, на который подан лог. 0. 5.2. Дешифратор Дешифратор (DC – DeCoder – декодер) – преобразователь n-разряд-ного двоичного кода в унитарный код «1 из m». Каждой кодовой комбинации на входах дешифратора соответствует активный уровень только на одном из выходов. Условное графическое обозначение и таблица истинности полного дешифратора на два входа (n = 2) представлены на рис. 5.3. Лог. 1 (при активном высоком уровне на выходе) формируется на том выходе дешифратора, адрес которого соответствует набору двоичных сигналов на входах А и В. Выходной код носит название «один из четырех». По таблице истинности легко записать в СДНФ логические функции, связывающие сигналы на каждом выходе дешифратора с его входными сигналами (они показаны на рисунке). Для реализации дешифратора требуются логические элементы И и НЕ.  При наличии разрешающего входа Е (рис. 5.4, а) дешифратор можно использовать как демультиплексор – коммутатор сигнала с одного входа на несколько выходов. Сигнал, подаваемый на вход Е, повторяется на том выходе Yi, адрес которого подан на входы А и В. При Е=0 работа дешифратора запрещена (на всех выходах устройства лог. 0). Реализация демультиплексора на логических элементах показана на рис. 5.4, б.   Интегральные микросхемы дешифраторов/демультиплексоров часто имеют инверсные выходы, а также группу разрешающих входов (прямых и инверсных), объединенных логикой И(рис. 5.5). При  на входах управления микросхемы К555ИД7 лог. 0 (активный уровень – низкий) формируется на том выходе, код которого подан на информационные входы дешифратора.Сигнал, подаваемый на один из входов Е демультиплексора К1533ИД3 при заземлении второго входа повторится на том выходе микросхемы, код которого подан на адресные входы. Дешифратор К155ИД10 имеет прямой четырехразрядный двоичный вход и десять инверсных выходов. К открытым коллекторным выходам микросхемы можно подключать любые нагрузки, включая обмотку реле (15 В, 80 мА). Такую же функциональную схему имеет микросхема К155ИД1, предназначенная для управления цифровым газоразрядным индикатором (70 В, 7 мА). 5.3. Преобразователи двоичного кода в двоично-десятичный и наоборот Микросхемы К155ПР6 и К155ПР7 служат для преобразования двоично-десятичного кода в двоичный и наоборот. Микросхемы являются постоянными запоминающими устройствами, программирование которых произведено на заводе-изготовителе. Одна микросхема К155ПР6 позволяет выполнить преобразование чисел 0-39 из двоично-десятичного кода в двоичный код. Разряд единиц не подвергается преобразованию, так как он совпадает в двоично-десятичном и двоичном кодах. Аналогично, одну микросхему К155ПР7 можно использовать для преобразования двоичного кода чисел 0-63 в двоично-десятичный. Как правило, разрядности одиночных микросхем недостаточно для решения задач преобразования многоразрядных кодов, в этих случаях применяют каскадное соединение микросхем (рис. 5.6, рис. 5.7). Для преобразования двоично-десятичных кодов чисел 0-999 в двоичный требуется шесть, а чисел 0-9999 – девятнадцать микросхем К155ПР6, для преобразования двоичных кодов чисел 0-4095 и 0-65535 в двоично-десятичный – соответственно 8 и 16 микросхем К155ПР7.  Рис. 5.6. Преобразователь двоичного кода чисел от 0 до 255 в двоично-десятичный на микросхемах К155ПР7 Микросхемы К155ПР6 и К155ПР7 выполнены с открытым коллекторным выходом, поэтому для обеспечения помехоустойчивой работы микросхем между их выходами и плюсом питания следует устанавливать нагрузочные резисторы 15,1 кОм. Эти резисторы на приведенных схемах не показаны. Вход разрешения работы микросхем Е (CS) должен быть подключен к общему проводу, при подаче на него логической 1 все выходные транзисторы переходят в выключенное состояние. Н  а рис. 5.7 показано устройство, формирующее на выходе двоичный код десятичного числа (от 00 до 99), набираемого на лимбах программного переключателя. Программный переключатель SW (ПП10-ХВ) представляет собой механическую систему, содержащую вращающийся диск с нанесенными на него металлизированными сегментами и скользящими по ним контактами. При заземленных контактах (вывод С) на выводах А, В, D, Е формируется инверсный двоично-десятичный код числа, набираемого на лимбе вращаемого диска. На лимбе переключателя SA2 набираются десятки, переключателя SA1 – единицы. 5.4. Дешифратор для управления семисегментным индикатором Н  а рис. 5.8, а представлена схема подключения дешифратора К514ИД1 для управления семисегментным цифровым индикатором АЛС324А на светодиодах с объединенными катодными выводами (они соединены с общим выводом). При высоком потенциале на входе Е (активные выходные уровни дешифратора – высокие) ток порядка 5 мА протекает через светодиоды тех сегментов, которые формируют изображение цифры от 0 до 9, двоично-десятичный код которой подан на входы микросхемы К514ИД1. На рис. 5.8, б приведено стандартное обозначение сегментов семисегментных преобразователей. Сегменты обозначаются латинскими буквами a, b, c, d, e, f, g, а точка – буквой h. При Е = 0 на выходах дешифратора устанавливаются низкие уровни, и все светодиоды гаснут. При применении семисегментного цифрового индикатора на светодиодах с объединенными анодными выводами (например, АЛС324Б) на них подается внешний потенциал от источника питания +5 В, а выводы A, B, C, D, E, F, G соединяются с соответствующими выводами дешифратора К514ИД2 (активные выходные уровни дешифратора – низкие) через резисторы номиналом 330-510 Ом, с помощью которых можно управлять яркостью свечения цифрового индикатора.  | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||