2.3. Выбор системы элементов

Сравнительная таблица различных серий микросхем, выпускаемых отечественной промышленностью представлена в данной таблице.

Технология	Схемо-техни-ческое исполнение	ИС	Электрические параметры
			PCC, мВт/ ЛЭ	tp, тип нс/ЛЭ	Работа перек-лючения (РСС tp), Дж	Частота переклю-чения триггеров МГц
Биполярная	ТТЛ (SI)	К155, КМ155, К133, КМ133	10	10	100	До 35
	ТТЛШ (Si)	530, КР531 КР1531 533, К533, КМ555 1533, КР1533	19 4 2 1	3 2 9,5 4	57 8 19 4	До 125 До 130 До 45 До 100
	ЭСЛ (Si)	100, К500 К1500	25 40	2 0,75	50 30	До 125 До 300
Униполярная	КМОП (Si)	564, 561 1564 КР1554	0,0025 на 1 МГц	45 10 3,5	0,1 0,025 0,008	До 10 До 30 До 125
	НОПТШ (GaAs)	К6500	3..6	0,1	0,3….0,6	1000

Рассмотрим эти серии микросхем.

Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ). Элементы ТТЛ заменили собой элементы диодно-транзисторной логики (ДТЛ) с появлением многоэмиттерных транзисторов. Этот транзистор представляет собой интегральный элемент, объединяющий свойства диодных логических схем и транзисторного усилителя.

Логические элементы ТТЛ обладают большой нагрузочной способностью (Р_РАЗ=10). Большие выходные и сравнительно невысокие входные токи способствуют хорошему согласованию схем между собой. Низкие выходные и входные сопротивления микросхем ТТЛ обуславливают малые постоянные времени заряда и разряда нагрузочных паразитных емкостей проводников печатных плат.

Широкое применение получили микросхемы, в которых используются диоды и транзисторы Шотки. Повышение быстродействия здесь получено снижением степени насыщения транзисторов за счет применения диодов Шотки, шунтирующих переход коллектор – база насыщенного транзистора. К тому же элементы ТТЛШ значительно меньше элементов ТТЛ, что позволяет резко сократить паразитные емкости схем и увеличить быстродействие за счет уменьшения постоянной времени RC цепочек.

Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ). Элементы ЭСЛ – наиболее скоростные из промышленно освоенных, изготовляемых на основе кремния. В элементах ЭСЛ используется токовый ключ. Быстродействие токового ключа весьма велико, так как транзисторы в нем работают в режимах, позволяющих максимально использовать их частотные возможности: отсутствует режим насыщения, перепады напряжений могут быть малыми. Однако за счет малого перепада выходного напряжения снижается помехоустойчивость схемы.

Элементы на комплиментарных МОП - транзисторах (КМОП). Элементы типа КМОП обладают хорошими характеристиками, выдающимися параметрами по помехоустойчивости, сохраняют работоспособность при значительных колебаниях питающего напряжения.

Вывод: для построения универсального регистра с заданными техническими параметрами, наиболее подходят элементы типа ТТЛШ.

Рассмотрим подробнее характеристики схем ТТЛШ логических элементов типа ТМ2, ЛН1, ЛИ1, ЛР9, которые будут использоваться в электрической принципиальной схеме.

1. ЛН1 – 6 логических элементов «НЕ»

Сравнительная таблица ЛН1 для разных серий:

Тип микро-схемы	Тип логики	ICС, мА	tPHL, нс	tPLH, нс	IOH, мА	IOL, мА	T, C
530ЛН1	ТТЛШ	26	5	4,5	-1	20	-60…+125
КР531ЛН1	ТТЛШ	26	5	4,5	-1	20	-60…+125
КМ531ЛН1	ТТЛШ	26	5	4,5	-1	20	-60…+125
КР1531ЛН1	ТТЛШ	6,5	5,16	6	-1	20	-10…+70

Условное графическое обозначение ЛН1:

1,3,5,9,11,13 - входы; 2,4,6,8,10,12 - выходы; 7 - общий; 14 - напряжение питания;

2. ЛИ1 – 4 логических элемента «2И»

Сравнительная таблица ЛИ1 для разных серий:

Тип микро-схемы	Тип логики	ICС, мА	tPHL, нс	tPLH, нс	IOH, мА	IOL, мА	T, C
530ЛИ1	ТТЛШ	26	5	4,5	-1	20	-60…+125
КР531ЛИ1	ТТЛШ	26	5	4,5	-1	20	-60…+125
КМ531ЛИ1	ТТЛШ	26	5	4,5	-1	20	-60…+125
КР1531ЛИ1	ТТЛШ	6,5	5,16	6	-1	20	-10…+70

Условное графическое обозначение ЛИ1:

1,2,4,5,9,10,12,13 - входы; 3,6,8,11 - выходы; 7 - общий; 14 - напряжение питания;

3. ЛР9 – Логический элемент «4-2-3-2И-4ИЛИ-НЕ»

Сравнительная таблица ЛР9 для разных серий:

Тип микро-схемы	Тип логики	ICС, мА	tPHL, нс	tPLH, нс	IOH, мА	IOL, мА	T, C
530ЛР9	ТТЛШ	26	5	4,5	-1	20	-60…+125
КР531ЛР9	ТТЛШ	26	5	4,5	-1	20	-60…+125
КМ531ЛР9	ТТЛШ	26	5	4,5	-1	20	-60…+125
КР1531ЛР9	ТТЛШ	6,5	5,16	6	-1	20	-10…+70

Условное графическое обозначение ЛР9:

1,2,3,4,5,6,9,10,11,12,13 - входы; 8 - выходы; 7 - общий; 14 - напряжение питания;

4. ТМ2 – 2 D-триггера со сбросом и установкой

Сравнительная таблица ТМ2 для разных серий:

Тип микро-схемы	Тип логики	ICС, мА	tPHL, нс	tPLH, нс	IOH, мА	IOL, мА	T, C
530ТМ2	ТТЛШ	26	5	4,5	-1	20	-60…+125
КР531ТМ2	ТТЛШ	26	5	4,5	-1	20	-60…+125
КМ531ТМ2	ТТЛШ	26	5	4,5	-1	20	-60…+125
КР1531ТМ2	ТТЛШ	6,5	5,16	6	-1	20	-10…+70

Условное графическое обозначение ТМ2:

1 – Вход R1 2 – Вход D1 3 – Вход C1 4 – Вход S1 5 – Выход Q1 6 – Выход Q1 7 – Общий 8 – Выход Q2 9 – Выход Q2 10 – Вход S2 11 – Вход C2 12 – Вход D2 13 – Вход R2 14 – Напряжение питания

По представленной функциональной схеме на логических элементах произведем подбор микросхем удовлетворяющих требованиям технического задания. А именно максимальное время распространения сигнала не должно превышать 25нс (40Мгц) и потребляемая мощность не должна превышать 3 Вт.