13.2.2. Семейство кмоп-схем
Существует несколько серий КМОП-схем (КМОП - комплементарный металл-окисел-полупроводник). По сравнению с ТТЛ - схемами КМОП имеют следующие достоинства:
1. Малая потребляемая мощность на низких частотах переключения (до 1 кГц).
2. Большой диапазон напряжения питания E = 3 - 18 В.
3. Высокое входное сопротивление (более 1 МОм).
4. Коэффициент разветвления по выходу более 50.
Первая серия CD4000 (отечественный аналог К176, 164) была разработана американской фирмой RCA в 1968 г. Позднее эта фирма выпустила усовершенствованные серии. CD4000A, CD4000B (отечественный аналог К561, 564). Эти серии стали классическими.
Быстродействующая КМОП серия 54HC (отечественный аналог 1564), разработанная в 1977 г., имеет те же номера выводов, что и аналогичные ИC ТТЛ. Серия 54HC обладает меньшим временем задержки, большей частотой переключений и выходными токами по сравнению с классическими сериями.
Улучшенная быстродействующая КМОП серия 74AC (отечественный аналог КР1554), разработанная в 1985 г., способна работать на частотах свыше 100 МГц. Имеет высокие выходные токи (порядка 24 мА), как при высоком, так и при низком уровне напряжения. По входам серия 74AC совместима с ТТЛ-уровнями напряжения.
13.2.3. Сравнительные характеристики серий логических ис
Сравнительные характеристики основных параметров ИС ТТЛ и КМОП серий при E = 5В представлены в табл. 13.1.
Таблица 13.1. Основные параметры ИС ТТЛ и КМОП разных серий
Наименование параметра |
Обозна-чение |
К155 |
К555 |
КР1533 |
К561 |
1564 |
КР1554 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Технология |
- |
ТТЛ |
ТТЛШ |
ТТЛШ |
КМОП |
КМОП |
КМОП |
Аналог |
- |
SN74 |
74LS |
74ALS |
CD4000 |
54НC |
74AC |
Входные напряжения, В |
|
2 - 4 |
2 |
2 |
3,15 |
3,15 |
3,15 |
|
0,8 |
0,8 |
0,8 |
0,9 |
0,9 |
1,35 |
|
Входные токи, мкА |
|
40 |
20 |
20 |
0,3 |
1 |
1 |
|
-1600 |
-400 |
-200 |
-0,3 |
-1 |
-1 |
|
Выходные напряжения, В |
|
2,4 - 4 |
2,7 |
2,7 |
Е–0,1 |
Е–0,1 |
Е–0,1 |
|
0,1 – 0,4 |
0,5 |
0,5 |
0,1 |
0,1 |
0,1 |
|
Выходные токи, мА |
|
-0,4 |
-0,4 |
-0,4 |
-0,44 |
-4 |
-24 |
|
16 |
8 |
8 |
0,44 |
4 |
24 |
Окончание табл.13.1
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Допустимое напряжение помехи, В |
- |
0,4 |
0,3 |
0,4 |
0,8 |
0,8 |
1,25 |
Коэффициент разветвления по выходу |
Kp |
10 |
20 |
40 |
50 |
50 |
50 |
Максимальная частота переключения (ТМ2, МГц) |
fmax |
25 |
33 |
50 |
3 |
50 |
150 |
Время задержки распространения (ЛА3), нс |
tз |
10 |
10 |
5 |
40 |
10 |
4 |
Диапазон напряжения питания, В |
E |
5±10% |
5±5% |
5±10% |
3 – 16,0 |
2 - 6 |
2 - 6 |
Ток потребления в статике, мкА на вентиль |
Iв |
- |
400 |
200 |
0,5 |
0,5 |
0,5 |
Мощность потребления на вентиль (статическая), мкВт |
Pв |
2500 |
2000 |
1200 |
2,5 |
2,5 |
2,5 |
Диапазон температур, oС |
T |
-10…+70 |
-10…+70 |
-10…+70 |
-10…+70 |
-40…+85 |
-40…+85 |
Так как КМОП ИС работают в широком диапазоне напряжений питания, то при различных E будут получены различные значения параметров. В частности, напряжения переключения Uп ≈ E/2. При E = 3В для ИС серии К561 fmax =200 кГц. Однако быстродействие ИС резко возрастает уже при E = 5В. В пределах рабочего диапазона напряжения питания максимальная частота переключения возрастает примерно в десять раз. Разумеется, при этом увеличивается потребление тока, как в статическом, так и в динамическом режиме.
Потребляемая мощность на участке КМОП ИС на частоте 5 МГц сравнивается с мощностью потребления ТТЛШ ИС, а при более высоких частотах превышает её (рис. 13 .3). При частотах ниже 5-10 МГц ИС серии КР1554 по параметрам превосходят ТТЛ-схемы. Номера выводов ИС серий КР1554, 1564 совпадают с номерами выводов ТТЛ-схем, поэтому эти серии называются ТТЛ-подобными.
Рис. 13.3. Рассеиваемая мощность в ТТЛ и КМОП ИС