Сравнительная оценка базовых логических элементов

Интег­ральные микросхемы семейства транзисторно-транзисторной логики ТТЛ характеризуются сравнительно высоким быстродей­ствием при относительно большой потребляемой мощности, высокой помехоустойчивостью и большой нагрузочной способ­ностью. Промышленность выпускает несколько разновидностей ТТЛ интегральных микросхем (ИМС), в том числе ИМС с дио­дами Шоттки (ТТЛШ) повышенного быстродействия (но боль­шей мощности потребления) и маломощные (но с меньшим бы­стродействием) .

Микросхемы ЭСЛ-типа являются наиболее быстродействую­щими. Это обусловлено, в частности, тем, что транзисторы эле­мента работают в активном режиме, что исключает время выхода из насыщения; перезарядка нагружающих вывод емкостей про­исходит достаточно быстро через малое выходное сопротивле­ние эмиттерных повторителей. Наряду с высоким быстродействи­ем и большой нагрузочной способностью ЭСЛ-элемент отлича­ется меньшей, чем ТТЛ-элемент, помехоустойчивостью (ввиду того, что для его переключения достаточен небольшой перепад входного напряжения), а также относительно большим потреб­лением энергии (за счет работы транзисторов в активном режи­ме и малых сопротивлений резисторов, дополнительно обеспе­чивающих быстродействие), что повышает требования к источ­никам питания и системе охлаждения.

Микросхемы КМОП-типа отличаются исключительно малым потреблением энергии, за счет чего температура кристалла не превышает допустимой при весьма большом количестве компо­нентов на нем. Это позволяет изготовлять большие интеграль­ные схемы (БИС) КМОП-типа с наивысшей в настоящее время степенью интеграции. Малая потребляемая мощность позволяет использовать аппаратуру на КМОП ИМС при ограниченных воз­можностях источников питания. Вместе с этим КМОП ИМС отличают высокая помехозащищенность, а большое входное со­противление КМОП-элемента, нагружающего данный, обеспе­чивает его высокую нагрузочную способность (большой коэф­фициент разветвления по выходу). Наряду с этим КМОП-эле-мент имеет ограниченный коэффициент объединения по входу. Это связано с тем, что число входов равно числу нагрузочных транзисторов; за счет значительного падения напряжения на боль­шом количестве отпертых нагрузочных транзисторов напряже­ние U¹, лог. 1 на выходе может существенно снизиться. По быс­тродействию микросхемы КМДП-типа принципиально уступа­ют микросхемам ЭСЛ- и ТТЛ-типов.

В табл. 1.3.4.1. сведены усредненные параметры элементов рас­смотренных типов. Конкретные параметры микросхем разных серий приведены в справочниках.

Таблица 1.3.4.1.

араметр	Тип логики
	ТТЛ	ТТЛШ	ЭСЛ	КМОП
Напряжение Еп, В	5	5	-5,2	3...15
Напряжение лог. 1 U1, В	2,4	2,7	-0,9	=Еп
Напряжение лог.0 U°, В	0,4	0,5	-1,6	= 0
Быстродействие t3, нс	20	5	2,9	50
Помехоустойчивость Uпом, В	Не менее 0,4	Не менее 0,5	0,2	Не менее 0,3 Еп
Потребляемая мощность, Рпот, мВт	22	19	35	0,1
Коэффициент разветвления по выходу, Краз	10	10	15	50
Коэффициент объединения по входу, Коб	8	4	9	2...5

Заметим, что в ряде случаев цифровое устройство приходит­ся выполнять на микросхемах разных типов (например, ТТЛ и ЭСЛ). При этом для согласования уровней лог. 1, а также лог. 0 применяют преобразователи уровней.