23. Буферные элементы, элементы с тремя состояниями на выходе.

В общем случае выходы обычных ЛЭ соединять между собой нельзя. Допускается соединение выходов, если между собой соединяются и входы, т.е. значения сигналов на входах и выходах ЛЭ всегда совпадают. Это делают для увеличения нагрузочной способности элементов.

Современные цифровые системы строятся по, так называемому, магистральному принципу, когда для взаимного обмена данными различные устройства подключены к единой для всей системы магистральной шине данных.

Для предотвращения конфликта сигналов устройства, подключение своими выходами к магистрали, должны иметь возможность отключения от нее. Такую возможность предоставляют специальные ЛЭ с тремя состояниями выхода: два состояния – "0" и "1" как у обычных ЛЭ, а третье состояние – "отключено", когда элемент приобретает высокий выходной импеданс.

Рис.2.2. Элементы с тремя состояниями.

Условное обозначение ЛЭ с тремя состояниями показано на рис.2.2,а , а его электромеханический аналог со стороны выхода на рис.2.2,б.

Таблица 2.2 иллюстрирует его работу.

Входы			Выход	Входы			Выход
Z	a	b		Z	a	b
1	X	X	Откл.	0	X	0		1
0	0	X	1	0	1	1		0

Из таблицы видно, что при Z=0 ЛЭ не отличается от обычного 2И-НЕ элемента, но при Z=1 выход ЛЭ переходит в состояние "отключен".

Примеры ЛЭ с тремя состояниями, имеющих высокую нагрузочную способность и называемых шинными формирователями (bus drivers), - микросхемы КР580ВА86, КР580ВА87.

Способ обмена с помощью магистралей помимо небольших затрат оборудования очень удобен для расширения системы, когда в процессе эксплуатации требуется подключение дополнительных устройств.

23. Основные серии элементов ттл (по справочнику).

23. Лэ ттлш. Основное отличие от ттл.

МС этого вида среди других изделий ТТЛ имеют максимальное быстродействие при умеренном потреблении мощности.

В p-n – переходе обычного диода, смещенном в прямом направлении, перенос тока обусловлен инжекцией неосновных носителей из одной области ПП в другую, вследствие чего после переключения приложенного напряжения с прямого на обратное, ток протекает некоторое время, пока избыточная концентрация неосновных носителей не снизится до 0 (время рассасывания).

В диодах Шотки накопления неосновных носителей не происходит. Основные носители – электроны, под действием высокого напряжения, переходят в металл.

Неосновные носители заряда при этом не накапливаются. Благодаря этому их время выключения очень мало (до 100 пс = 0,1 нс). Для p-n перехода это время = 1 – 100 нс.

Другое достоинство диодов Шотки в том, что они отпираются при 0,2 – 0,4 В (против 0,4 – 0,7 для p-n перехода).

Диоды подключают параллельно коллекторному переходу, придавая транзистору новые свойства. Такие транзисторы называются транзисторами Шотки.

К огда транзистор заперт или находится в насыщенном режиме, потенциал коллектора выше потенциала базы, диод смещен в обратном направлении и не влияет на работу транзистора. Если в процессе отпирания транзистора потенциал коллектора становится ниже потенциала базы, диод открывается U_д<4 В.

При этом коллекторный переход практически заперт, а, следовательно, не возникает режима насыщения и накопления избыточных зарядов. Благодаря этому, при запирании транзистора, исключается задержка, связанная с рассасыванием избыточного заряда.

С целью увеличения быстродействия элементов ТТЛ, в элементах ТТЛШ используются транзисторы Шотки, представляющие собой сочетание обычного транзистора и диода Шотки, включённого между базой и коллектором транзистора. Поскольку падение напряжения на диоде Шотки в открытом состоянии меньше, чем на обычном p-n-переходе, то большая часть входного тока протекает через диод и только его малая доля втекает в базу. Поэтому транзистор не входит в режим глубокого насыщения. 

Следовательно, накопление носителей в базе из-за их инжекции через коллекторный переход практически не происходит. В связи с этим имеет место увеличение быстродействия транзисторного ключа с барьером Шотки в результате уменьшения времени нарастания тока коллектора при включении и времени рассасывания при выключении.

Среднее время задержки распространения сигнала элементов ТТЛ с диодами Шотки (ТТЛШ) примерно в два раза меньше по сравнению с аналогичными элементами ТТЛ. Недостатком ТТЛШ является меньшая по сравнению с аналогичными элементами ТТЛ помехоустойчивость U⁺_пом из-за большего значения U⁰ и меньшего U_пор.

23. 29. 30. ЭСЛ.

МС эмиттерно–связанной логики (ЭСЛ) являются самыми быстродействующими из всех типов логик, и обеспечивается это за счет ряда особенностей этой логики. Главная особен­ность ЭСЛ заключается в том, что схема ее логического элемента основана на диффе­ренциальном усилителе (балансном каскаде), дифференци­альном переключателе тока, показанном на рис, два транзи­стора которого переключают ток и не попадают в режим на­сыщения. Благодаря этому значительно сокращается время выхода транзисторов логического элемента из открытого со­стояния и существенно повышается общее быстродействие.В эмиттерную цепь этих транзисторов включен генератор ста­бильного тока (ГСТ), который ограничивает величину тока, протекающего через тот из двух транзисторов, который от­крыт. Величина тока, задаваемая генератором стабильного тока (ГСТ), и сопротивления резисторов коллекторных нагру­зок каскадов выбраны такими, чтобы исключить режим на­сыщения транзисторов в открытом состоянии независимо от разброса усиления этих транзисторов, что невозможно обес­печить в КМОП и в обычных ТТЛ сериях (кроме серий с транзисторами Шоттки).В ЭСЛ микросхемах имеется два противофазных выхода, – прямой и инверсный, поэтому в устройствах на ЭСЛ микросхемах отсутствуют промежуточ­ные инверторы, которые в устройствах на ТТЛ и КМОП мик­росхемах вносят дополнительную задержку и снижают быст­родействие. С целью уменьшения времени перезаряда пара­зитных емкостей за счет уменьшения выходного сопротивле­ния ЭСЛ логических элементов в их схемы введены мощные эмиттерные повторители с сопротивлениями нагрузки малой величины 50 Ом. Уменьшение задержки распространения в ЭСЛ сериях достигается также и за счет уменьшения дли­тельности фронтов выходных импульсов за счет уменьшения перепада напряжения на фронтах импульсов. Даже если бы крутизна фронтов выходных импульсов у микросхем ЭСЛ, ТТЛ и КМОП была бы одинаковой, то только за счет умень­шения перепада напряжения на фронтах импульсов длитель­ности фронтов выходных импульсов в ЭСЛ были бы в пять раз меньше, чем в ТТЛ, и в тринадцать раз меньше, чем в КМОП.Но уменьшение перепада напряжения на фронтах им­пульсов означает меньшую разницу между уровнями нуля и единицы, а значит и помехи меньшей величины могут при­вести к неправильному срабатыванию ЭСЛ микросхем. Для снижения влияния помех в ЭСЛ микросхемах применяются следующие приемы: 1. С корпусной шиной в ЭСЛ микросхе­мах соединен положительный вывод питания, а не отрица­тельный, как во других логиках. При таком подключении чув­ствительность логического элемента к помехам по питанию (отрицательному) ослабляется благодаря наличию генератора стабильного тока и чем выше степень его стабилизации тем сильнее ослабляется эмиттерный синфазный сигнал помехи. 2. Порог переключения ЭСЛ логического элемента стабили­зируется с помощью источника опорного напряжения (ИОН), который фиксирует напряжение на базе одного из транзисто­ров дифференциального переключателя тока. 3. Корпусная шина питания (положительного) маломощных чувствитель­ных каскадов микросхем развязана от корпусной шина пита­ния мощных выходных повторителей, являющихся основ­ными источниками помех. 4. Сопротивления нагрузки выход­ных эмиттерных повторителей подключаются не к шине от­рицательного питания, а к отдельному источнику смещения. Напряжение источника смещения меньше, чем на шине отри­цательного питания, поэтому мощность, рассеиваемая этими сопротивлениями нагрузки, практически на порядок снижена. Вышеуказанные средства обеспечивают приемлемую помехо­устойчивость ЭСЛ микросхем. В ЭСЛ сериях неиспользованные входы можно оставлять ни к чему не подключенными, так как они внутри микросхем со­единены с минусом питания через резисторы 50 кОм. Выходы ЭСЛ микросхем можно соединять друг с другом с учетом их полярности: прямые выходы можно соединять в монтажное ИЛИ, а инверсные выходы, – в монтажное И.

Характеристика передачи ЛЭ ЭСЛ:

Помехоустойчивость: ~0.3 В