Экзаменационный билет №23

1. Интегральные микросхемы. Классификация, параметры, маркировка, условные обозначения.

9. Цифровые интегральные микросхемы

1. Основные понятия

Цифровые устройства – это устройства, предназначенные для преобразования, обработки, хранения и/или передачи цифровой информации. Элементы цифровых устройств – это наименьшие функциональные части, на которые разбивается устройство при его логическом проектировании и технической реализации. Компоненты элементов – это неделимые его части, из которых оно собрано: микросхемы, транзисторы, резисторы, конденсаторы …

В зависимости от способа кодирования цифровой информации различают элементы импульсные, динамические, потенциальные, импульсно- потенциальные и фазовые.

В импульсных элементах логические значения 0 и 1 представляются наличием импульса (напряжения, тока…) или его отсутствием.

В динамических – пачкой (последовательностью) импульсов.

В потенциальных- различной величиной электрического напряжения.

В импульсно- динамических – сигналы 0 и 1 представляются как потенциальные уровни, так и в виде импульсов.

Независимо от способа кодирования сигналов в цифровых схемах соблюдается принцип совместимости входных и выходных сигналов, означающий, что выходные сигналы одного элемента должны однозначно восприниматься другими элементами.

Наибольшее распространение получили потенциальные элементы, как самые простые, не требующие наличия конденсаторов и трансформаторов и достаточно надежные.

В потенциальных элементах сигналы имеют два возможных уровня: высокий (high) и (low). Эти уровни могут соответствовать логическим значениям 1 и 0, соответсвенно (положительная логика). В зависимости от величины напряжения сигнал воспринимается потенциальным элементом как имеющий низкий уровень либо как высокий.

Граница между этими двумя диапазонами напряжений называется логическим порогом.

Прежде чем изучать варианты элементов, рассмотрим, как определяются некоторые импульсные параметры.

Рис. К определению импульсных параметров микросхем.

На рис. показаны входной и выходной импульсы инвертора, а на рис. дано их взаимное расположение по времени, причем показано, что выходной импульс U_ВЫХ Существенно задержан относительно входного U_ВХ.

На графиках отмечено пять временных отрезков : длительности положительного t^0,1 и отрицательного t^1,0 выходных перепадов, два задержки распространения (при включении t^1,0_зд.р и при выключении t^0,1_зд.р), а также так называемое среднее время задержки распространения выходного сигнала t_{ЗД.Р.СР.} Более общий общий параметр – среднее время задержки распространения выходного сигнала t_ЗД.Р.СР – это полусумма t^1,0З_ЗД.Р и t^0,1_ЗД.Р. Параметр t_ЗД.Р.СР позволяет сравнивать быстродействие любых известных логик.

9.2 Обозначение и типы комбинационных логических микросхем

• набор логических функций;

• число входов по И и по ИЛИ;

• коэффициент разветвления по выходу;

• потребляемая мощность;

• динамические параметры: задержка распространения сигнала и (или) максимальная частота входного сигнала.

В таблице 1.11 приведены основные логические функции, обозначения соответсвующих элементов и их схемы.

Параметры логических элементов. К основным параметрам логических эле­ментов (логических микросхем) относятся: функциональные возможности элемента; быстродействие; потребляемая мощность; помехоустойчивость.

Функциональные возможности логического элемента определяются коэффициентом разветвления п по выходу и коэффициентом объединения т по входу. Под коэффициентом разветвления п логического элемента понимают количество входов аналогичных элементов, которое может быть подключено к его выходу, а под ко­эффициентом объединения т - число входов, которое может иметь элемент.

Коэффициент п характеризует нагрузочную способность микросхем. Чем боль­ше коэффициенты п и т, тем меньшее количество микросхем потребуется для созда­ния конкретного устройства.

Существенным параметром логических элементов является потребляемая мощ­ность от источника питания. В зависимости от типа и серии, мощность, потребляе­мая логической микросхемой, составляет 1,5 Вт - 1 мкВт. Ее обычно определяют по средней мощности, потребляемой элементом в состояниях «0» и «1». Потребляемая мощность связана с быстродействием микросхем. Микросхемы, потребляющие большую мощность, отличаются, как правило, и высоким быстродействием

Таблица билет 21

Помехоустойчивость характеризует меру невосприимчивости логических эле­ментов к изменению своих состояний под воздействием напряжения помех. Помехи, действующие на входе логической микросхемы, подразделяются на статические и импульсные (статическая и импульсная помехоустойчивость). Статическими на­зывают помехи, напряжение которых остается постоянным в течение времени, значительно превышающего длительность переходных процессов в схеме. Причиной их появления являются падения напряжения в проводниках, соединяющих микро­схемы в устройстве. Статическая помехоустойчивость характеризуется максималь­ным напряжением помехи , которое может быть подано на вход логического эле­мента, не вызывая при этом его ложного срабатывания.

Импульсные помехи обусловливаются различными наводками от соседних ра­ботающих установок. Импульсная помехоустойчивость характеризуется напряже­нием импульса , величина которого зависит от формы и длительности импуль­са. К действию помех наиболее чувствительны микросхемы, имеющие малый пере­пад логических уровней. Для уменьшения влияния помех необходимо рационально компоновать корпусы микросхем на печатных платах, осуществлять соответствую­щие развязки по цепям напряжений питания, а в некоторых случаях экранировать цепи связи между элементами или отдельные блоки.

В корпусе микросхемы содержится несколько логических элементов.

2. Формирователи импульсов. Назначение, схемотехнические реализации.