Билет № 8.Простейший элемент ттл. Основной элемент ттл.

Простейший базовый элемент ТТЛ выполняет логическую операцию И-НЕ. Простейшая ТТЛ-схема обеспечивает более высокое быстродействие, невысокую нагрузочную способность и сравнительно низкую помехоустойчивость.

Основная особенность схем ТТЛ заключается в том, что во входной цепи используется многоэмиттерный транзистор. Эмиттеры расположены таким образом, что прямое взаимодействие между ними исключается. Благодаря этому эмиттерные переходы можно рассматривать как параллельно включенные диоды. Число эмиттеров определяет число входов элемента. Инвертор реализован на транзисторе VT2. Многоэмиттерные транзисторы используют только в интегральных схемах. Недостатком простейшей схемы ТТЛ-элемента является его неэкономичность. Когда транзистор VT2 находится в режиме насыщения, его коллекторный ток велик, что приводит к увеличению потребляемой мощности. Для уменьшения тока коллектора можно увеличить сопротивление резистора 2R. Однако это приведет к снижению уровня логической единицы и уменьшению нагрузочной способности схемы. Кроме того, увеличится время переключения схемы в состояние логической единицы. Использование схемы со сложным инвертором что позволяет увеличить быстродействие и энергопотребление, снизить потребляемую мощность и усовершенствовать технологию изготовления микросхемы.

Имеется большое количество модификаций ТТЛ-схем со сложным инвертором. Среди них особое место занимают схемы с тремя состояниями. В простейшем случае третье состояние входа обеспечивается включением в схему Т_0. При подаче на отключающий вход х низкого потенциала триод Т₀ закрыт и схема работает в обычном режиме. Если на вход х подан высокий потенциал, то на базах Т₁ и Т₃ устанавливается низкое напряжение. Эти триоды закрыты и схема отключена от нагрузки при любых комбинациях входных сигналов.

Во всех элементах ТТЛ при отрицательном входном напряжении резко увеличивается входной ток. Для ограничения отрицательных входных напряжений эмиттеры VT1 соединяют с корпусом через диоды, запертые для входных сигналов положительной полярности. Диоды отпираются только при действии отрицательных импульсов, возникающих при наличии помех. Заметно увеличить быстродействие удается в ТТЛ-схемах с диодами Шоттки (ТТЛШ). В таких схемах диоды Шоттки включаются параллельно коллекторным переходам. Это позволяет исключить насыщение транзисторов и существенно, уменьшить время переключения. Быстродействие элементов ТТЛШ в 3–5 раз выше, чем у аналогичных элементов ТТЛ. Недостатком ТТЛШ является меньшая помехоустойчивость из-за меньшего размаха выходного напряжения.

Билет № 9.Электрические характеристики микросхем ттл: амплитудно-передаточная характеристика, характеристика уровня технологии.

Амплитудная передаточная характеристика U_ВЫХ = f(U_BX) определяет формирующие свойства ЛЭ, его помехоустойчивость, амплитуду и уровни стандартного сигнала. Вид характеристики зависит от типа логического элемента и может изменяться в определенных пределах в зависимости от разброса параметров схем, изменений напряжения питания, нагрузки, температуры окружающей среды.

В статическом состоянии выходной сигнал ЛЭ может находиться либо на верхнем (U^B), либо на нижнем (U^H) уровне напряжения.

Асимптотический верхний (т. В) и асимптотический нижний (т. А) уровни логических сигналов находятся как точки пересечения АПХ (кривая 1) с ее зеркальным отображением (кривая 2) относительно прямой единичного усиления U_ВЫХ = U_ВХ. Разность  является логическим перепадом U_Л выходных уровней ЛЭ. На практике из-за влияния помех и разбросов амплитудных передаточных характеристик для каждого типа ЛЭ устанавливается минимальный логический перепад: , где  - соответственно верхний и нижний уровни выходного порогового напряжения. Выходные пороговые напряжения находят с помощью пороговых точек b и а на характеристике, в которых дифференциальный коэффициент усиления по напряжению K_U=-1.

Характеристика уровня технологии. Важной характеристикой любого типа Ис является энергия (работа) переключения P_. Инерционность современных ИС определяется временем перезаряда паразитных емкостей. В следствие чего ЛЭ можно представить безынерционным элементом с RC-связью на выходе.

Сопротивление R_вых есть выходное сопротивление ЛЭ и сопротивление цепей связи, а емкость С складывается из емкости нагрузки, емкости собственных цепей ЛЭ и емкости монтажа. В процессе перезаряда емкости затрачивается энергия W=CU²/2, где U-логический перепад сигнальных потенциалов. Если ЛЭ переключается с частотой F, затрачиваемая на единицу времени, т.е. потребляемая им мощность P=CU²F/2. Максимальная частота, с которой может переключаться элемент, определена его средней задержкой F_max=k₁/t_з.ср. Отсюда следует Р t_з.ср. = kCU. Величины k, C и U неизменны для данной технологии, т.е. произведение Р t_з.ср. характеризует технологический уровень. По этому параметру проводят оценку развития цифровой микроэлектроники и сравнение различных типов ИС.