4.4 Разветвление и объединение выходов и входов

логических схем

Для обеспечения работоспособности логических микросхем различных серий друг от друга при условии сохранения параметров MCX, оговоренных в технических условиях на них, следует выполнять требования по уровням выходных напряжений и токов при формирования уровней лог.0 и лог.1, а также по значения суммарной емкостной нагрузки.

Выходные напряжения ЛЭ – источников сигналов в открытом и закрытом состоянии при определенной нагрузке должны соответствовать входным пороговым напряжениям закрытого и открытого состояния ЛЭ – нагрузки с учетом величины напряжения помехи:

где U⁰_вых, U¹_вых – выходные напряжения ЛЭ в открытом и закрытом состоянии; U⁰_пор, U¹_пор – порог отпирания и запирания ЛЭ соответственно; U⁰_n, U¹_n – допустимое напряжение помехи на отпирание и запирание ЛЭ нагрузки.

Уровень помехи, как правило, заранее неизвестен и может быть определен лишь на этапе экспериментального макетирования.Значение суммарных токов всех ЛЭ – нагрузок не должно превышать значений выходных токов MCX – источника в открытом и закрытом состояниях (рисунок 4.9):

Рисунок 4.9 – Разветвление выходов ЛЭ

где I⁰_вых, I¹_вых – соответственно выходные токи в открытом и закрытом состоянии; I⁰_вх, I¹_вх – входные токи для одного элемента нагрузки при U⁰_вх, U¹_вх соответственно; K_раз – число логических входов, подключаемых к выходу MCX – источника.

Суммарная емкость, подключаемая к источнику сигнала, не должна превышать емкость ЛЭ – источника C_н, при которой гарантируются временные параметры, т.е.

где – максимальная емкость входа ЛЭ (примерно 3пФ); – емкость монтажных соединений одного входа нагрузки.

Коэффициент разветвления по выходу определяется следующими выражениями:

K⁰_раз = I⁰_вых / I⁰_{вх, н} ; K¹_раз = I¹_вых / I¹_{вх, н} ; K_с = (С_н –С_м ) / С_{вх, н} ,

где K⁰_раз, K¹_раз – нагрузочная способность ЛЭ – источника сигнала в открытом состоянии, соответственно; K_с – емкостная нагрузочная способность ЛЭ источника. Наименьший из вычисленных коэффициентов принимается за K_раз для нагружаемой MCX. Если требуется определить допустимое значение единичных нагрузок ИС других серий, расчет ведут аналогичным образом, подставляя значения входных токов I⁰_вх I¹_вх соответствующей серии. Ниже приводятся таблицы входных и выходных токов различных серий (таблица 4.1). Отметим, что токи I⁰_вых и I¹_вых в таблице имеют те значения, при которых ТУ гарантируются значения логических уровней U⁰_вых. Превышение выходных токов допустимых значений приводит к изменению U⁰_вых ,U¹_вых, что в целом снижается помехоустойчивость ИС.

При использовании ИС различных серий в одном устройстве следует учитывать взаимную нагрузочную способность (таблица 4.2). Все серии ИС содержат, кроме элементов со стандартным выходом, элементы с повышенной нагрузочной способностью (буферы). В таблице первое число указывает нагрузочную способность для элемента со стандартным выходом, а второе – для буфера Шоттки.

Таблица 4.1 − Входные и выходные токи ЛЭ различных серий

Серия	I0вх, мА	I1вх, мА	I0вых, мА	I1вых, мА
155	– 1,6	0,04	16	– 0,4
531	– 2	0,05	20	– 1
555	– 0,36	0,02	8	– 0,4
1533	– 0,2	0,02	4	– 0,4

При объединении выходов с открытым коллектором необходимо обеспечить логические уровни выходных напряжений, соответствующие уровням устройств со сложным выходом: U¹_вых  2,4 В и U⁰_вых  0,4 В. Для этого надо рассчитать величину нагрузочного сопротивления R_н при выбранном U_н, обеспечить заданные уровни лог.0 и лог.1 при данной конфигурации схемы и используемых серий ЛЭ.

Таблица 4.2 −Нагрузочную способность ИС различных серий

Серии ИС		Вход ИС серий
		SN 74	SN 74LS	SN 74S	SN74ALS	SN 74AS	SN 74F
155	SN74	10/30	40/120	8/24	80/24	30/240	26/80
555	SN 74LS	5/15	20/60	4/12	40/120	40/120	13/40
531	SN74S	12/30	50/120	10/24	100/240	100/240	30/100
КР 1533	SN74ALS	5/15	20/60	4/12	40/120	40/120	13/40
	SN 74AS	12/35	50/150	10/30	100/300	100/300	30/80
КР 1531	SN 74F	12/40	50/150	10/25	100/250	100/250	30/100

При выборе сопротивления нагрузки, следует учитывать, что максимальное быстродействие обеспечивается при минимальном сопротивлении, однако при этом возрастает потребление мощности. При увеличении R_H увеличивается время заряда паразитных емкостей.