3.3 Параметры цифровых интегральных микросхем

Элементы, используемые для обра­ботки цифровых cигналов, называют логическими элементами. Различают логические элементы, работающие в положительной и отрицательной логиках. К положительной логике относятся логические элементы, работающие с цифровыми сигналами, у которых максимальный потенциальный уровень соответствует логической 1, а минимальный потенциальный уровень логи­ческому 0. К отрицательной логике относят элементы, у которых максимальный потенциальный уровень соответствует логическо­му 0, а минимальный потенциальный уровень – логической 1.

Современные логические элементы и цифровые устройства выполняютcя на основе интегральных микросхем и обычно используют положительную логику.

Параметры, соответствующие размерности напряжения:

- напряжение питания U_П;

- напряжение соответствующее логическому «0»;

- напряжение соответствующее логической «1»;

- логический перепад напряжений U= U¹ -U⁰.

При положительной логике низкий уровень напряжение U⁰ соответствует логическому 0, а высокий уровень U¹- логической 1 в соответствии с рисунком 3.2.

Рисунок 3.2 – К определению параметров, имеющих размерность напряжения

Параметры, имеющие размерность тока:

- I⁰_ВХ- входной ток, соответствующий логическому 0 на входе;

- I¹_ВХ- входной ток, соответствующий логической 1 на входе;

- I⁰_ВЫХ- допустимый выходной ток, соответствующий логическому 0 на выходе;

- I¹_ВЫХ – допустимый выходной ток, соответствующий логической 1 на выходе;

- I⁰_ПОТ- ток потребляемый микросхемой, соответствующий логическому 0 на выходе;

- I¹_ПОТ- ток потребляемый микросхемой, соответствующий логической 1 на выходе.

Токи, втекающие в микросхему, считаются положительными в соответствии с рисунком 3.3, вытекающие – отрицательные.

Рисунок 3.3 – К определению параметров, имеющих размерность тока

Мощности потребления микросхемой при нулевом и единичном состоянии на выходе и средняя мощность потребления.

Р⁰_ПОТ = I⁰_ПОТU_ПИТ, Р¹_ПОТ= I¹_ПОТU_ПИТ,

Р_{ПОТ СР} =(Р⁰_ПОТ +Р¹_ПОТ)2

Время задержки распространения из 0 в 1 – t⁰¹_З и время задержки распространения из 1 в 0 – t¹⁰_З определяются в соответствии с рисунком 1.4.

Рисунок 3.4 – К определению параметров, имеющих размерность времени

А также среднее время задержки распространения .

Помехоустойчивость. Типичные характеристики прямой передачи имеют вид в соответствии с рисунком 3.5. Характеристики имеет три явно выраженных участка: Ι – соответствующий состоянию логической единицы на выходе U_ВЫХ=U¹, II – соответствующий состоянию логического нуля U_ВЫХ=U⁰ и III – промежуточное состояние. Значение входного напряжения U_ВХ, соответствующие границам участков, называются порогами переключения U¹⁰_П и U⁰¹_П, область III между порогами – зоной неопределенности. Если на входах элементов установлены логические уровни U⁰ и U¹, то при поступлении положительной помехи

(3.15)

для инвертирующего элемента или

(3.16)

для неинвертирующего элемента и отрицательной помехи

, (3.17)

(3.18)

соответственно, происходит переключение, непредусмотренное нормальным логическим функционированием. В схеме происходит сбой, т.е. ложное изменение информации на выходе: 0 вместо 1 или наоборот.

Инвертирующий элемент Неинвертирующий элемент

Рисунок 3.5 – Характеристики прямой передачи и определение помехоустойчивости

Максимально допустимая величина помехи, не вызывающая сбоя в цифровой схеме, называется помехоустойчивостью и определяется выражениями (3.15) – (3.18). Чтобы одновременно получить достаточно высокие значения и следует использовать такие схемы, в которых средний порог переключения располагается приблизительно посередине между U⁰ и U¹, а также зона неопределенности III должна быть минимальная.

Энергия переключения используется при сравнении различных типов ИМС Е_П=Р_{ПОТ СР} t_{ЗД Р СР}.

Характеристики ЦИМС:

- входная характеристика I_ВХ = f(U_ВХ);

- характеристика прямой передачи U_ВЫХ = f(U_ВХ);

- выходная характеристика I_ВЫХ = f(U_ВыХ).

Характеристики будут приведены при рассмотрении конкретных ЦИМС.