5.4 Быстродействующие ттлш ис к530
Микросхемы типа 530, К530, КМ530, КМ531, КР531, 1531, КР1531 представляют собой комплект микросхем, предназначенный для работы в ЭВМ и устройствах автоматики с повышенными требованиями по производительности. Они выполнены по биполярной технологии с изоляцией р-п-переходов на основе ТТЛ с диодами Шоттки. Помехоустойчивость микросхем не менее 0,3 В, нагрузочная способность не менее 10 при нагрузке микросхем друг на друга, логические уровни напряжения не более 0,5 В (для формирователей не более 0,55 В) и не менее 2,4 В для высокого уровня (для ряда схем высокий уровень напряжения 2,5 и 2,7 В).
В качестве базового ЛЭ ИС 530 (К530, КМ530, КМ531, КР531) использован ЛЭ типа И-НЕ. Схема ЛЭ (рисунок 5.3) содержит три основных каскада маломощных ТТЛШ серий. Входной каскад выполнен на многоэмиттерном транзисторе VT1, фазоразделительный — на транзисторах VT2, VT3 и резисторах R2R4. Выходной каскад включает транзисторы VT4, VT5, VT6 и резистор R6. Микросхемы серии 530 позволяют при температуре 25 – 700 С, сопротивлении нагрузки RH = 280 0м и емкости нагрузки СН = 15 пФ получить типовое значение времени задержки распространения 5 нс на ЛЭ при средней мощности потребления 19 мВт.
Принцип работы микросхемы аналогичен принципу работы, описанному для ЛЭ ИС 533. Отличие состоит в использовании на входе многоэмиттерного транзистора, выполняющего функцию И, вместо входных диодов Шоттки. При одновременной подаче на все входы многоэмиттерного транзистора напряжения высокого уровня базовый ток транзистора VT1 потечет по цепи Uп-R1-Б1-К1 в базу транзистора VT2. Транзисторы VT2 и VT6 откроются, и на выходе схемы установится низкий уровень напряжения.
Если хотя бы на один из входов схемы подан низкий уровень напряжения, то транзисторы VT2, VT6 закрыты. Через резистор R2 течет базовый ток транзистора VТ4, и на выходе микросхемы устанавливается напряжение высокого уровня.
Включение в базу выходного транзистора VT6 корректирующей цепочки (VT3, R3, R4), как и в маломощных сериях, позволяет повысить помехозащищенность микросхемы в выключенном состоянии в результате улучшения передаточной характеристики. Использование каскада Дарлингтона на транзисторах VT4 и VT5 обеспечивает почти одинаковые значения выходного сопротивления микросхемы при ее включении и выключении, что позволяет получить симметричную задержку выходного сигнала. Высокое быстродействие схемы обеспечивается выбором номиналов резисторов, уменьшением топологических размеров диодов, транзисторов, толщины эпитаксиальных пленок и использованием диффузионных процессов с более мелкими диффузионными слоями. Базовый ЛЭ ИС 530 (К530, КМ530, КМ531, КР531) при потребляемой мощности 19 мВт имеет типовое время задержки 3 нс, что позволило повысить максимальную частоту работы триггеров серии до 125 МГц.
Рисунок 5.3 – Базовая схема ТТЛ-микросхем с диодами Шоттки элемент И-НЕ (ИС 530ЛА1, КР531ЛА1)
5.5 Базовый логический элемент ис к1533
Базовый ЛЭ ИС 1533 (рисунок 5.4) содержит три основных каскада: входной, включающий транзисторы VT1, VT2, диоды VD3, VD4; фазоразделительный, выполненный на транзисторе VT4, и выходной усилитель на транзисторах VT5, VT6, VT8.
На входе использованы транзисторы VT1,VT2 p-n-p-типа и введены дополнительно транзистор VT3 и резистор R1. Такое схемотехническое решение позволило повысить помехоустойчивость схемы путем увеличения порога переключения, уменьшить входной ток и увеличить быстродействие путем использования р-п-р-транзистора, работающего в активном режиме. Повышению быстродействия способствует применение на входах диодов Шоттки с малой площадью и емкостью.
При низком напряжении на входах микросхемы на базе транзистора VT4 поддерживается низкое напряжение, которого недостаточно для его отпирания. Транзисторы VT4,VT7, VT8 закрыты и на выходе устанавливается уровень лог.1. Высокое напряжение на входах Х1, Х2 ИС открывает транзисторы VT4, VT7 и VT8.
Рисунок 5.4 – Электрическая схема базового ЛЭ
На выходе схемы устанавливается напряжение низкого уровня. С помощью использования составного выходного каскада на транзисторах VT5, VT6 в микросхеме достигается увеличение быстродействия из-за быстрого заряда емкостей на выходе схемы. Применение диодов и транзисторов Шоттки позволяет значительно уменьшить либо полностью исключить время рассасывания избыточного заряда в транзисторах схемы и повысить ее быстродействие. Логический элемент ИС К1533 при малой мощности потребления (1 мВт/ЛЭ) имеет достаточно высокое быстродействие (типовое время задержки 4 нс/ЛЭ). Улучшение параметров ИС К1533 по сравнению с ИС К533 достигнуто с помощью новых схемотехнических решений, уменьшения геометрических размеров транзисторов и диодов Шоттки, а также с помощью технологических способов, в том числе использования тонких эпитаксиальных пленок толщиной до 2 мкм. Серия ИС 1533 является функционально полной и содержит в своем составе счетчики, регистры, АЛУ, схемы сравнения, формирователи и т.д. Маломощные ИС 1533 нашли широкое применение в аппаратуре с жесткими требованиями по потребляемой мощности. Замена ИС К533 (К555) на ИС К1533 (КР1533) во вновь создаваемой аппаратуре позволяет вдвое улучшить энергетические характеристики аппаратуры и повысить ее быстродействие.
Наибольшим быстродействием среди схем ТТЛШ обладают микросхемы серий К1531, КР1531 (функциональные аналоги 54F/74F), созданные на основе модернизированного технологического процесса Isoplanaz II, позволяющего получать транзисторы с очень высокой хорошо управляемой скоростью переключения и малыми паразитными емкостями. Частота переключения у этих схем достигает 5 ГГц. Усовершенствованные ИС 1531 (КР1531) обеспечивают передачу данных с типовым временем задержки 2 нс /ЛЭ при средней мощности рассеяния на ЛЭ в 5 раз меньше, чем для ИС 530.
Применение р-п-диодов на входе микросхемы позволило снизить входной ток высокого уровня до 20 мкА при входном токе низкого уровня не более 0,6 мА.