Реализация логических функций на кмоп элементах

Схема построена так, чтобы всегда одна половина схемы (верхняя или нижняя) была отключена от выхода.

Если хотя бы на одном из входов - ВУ, то один из верхних транзисторов будет закрыт. На выходе - НУ, в этом случае цепь между E_C и выходом будет разорвана.

Если на обеих входах - НУ, то оба нижних транзистора - закрыты, а оба верхних - открыты. На выходе - ВУ.

При увеличении количества входов увеличивается количество транзисторов верхней половины схемы.

Недостаток - понижение ВУ выходного напряжения.

Элемент 2и-не

Если на входе хотя бы один НУ, то один из нижних транзисторов закрыт. Значит отсутствует цепь между общим выводом и выходом.Один из верхних транзисторов открыт, поэтому на выходе ВУ.

Если на входе два ВУ, то оба нижних транзистора закрыты, а оба верхних открыты и нет цепи между Е_С и выходом. На выходе - НУ.

Недостаток - повышение низкого уровня.

Элемент с тремя состояниями

VT₃ - VT₄ представляют собой инвертор, на его выходе -

Если ЕN=ВУ, то VT₁ будет открыт. На выходе инвертора VT₃ - VT₄ - НУ. VT₂ открыт. В результате состояние на выходе будет определяться сигналом на входе U_X

Если EN=НУ, то VT₁ и VT₂ закрыты, потому независимо от U_x, выход отключен как от E_C, так от общего вывода. Ток в выходной

части схемы отсутствует и элемент переключается в третье состояние (U_Y определяется схемой нагрузки).

Практическое использование кмоп элементов

1. Неиспользуемые входы МОП и КМОП нельзя оставлять неподключенными в связи с накоплением электростатического напряжения на затворе. Неиспользуемые входы необходимо подключать либо к полезному логическому сигналу путем его распараллеливания, либо на этот вход задавать пассивные логические сигналы.

2. При монтажных работах заземлять себя и паяльник.

3. Элементы КМОП как и НМОП и ПМОП некритичны к источнику питания.

Защитная цепочка кмоп элементов

R₀ - ограничивает ток при пробое, но если происходит пробой входных диодов, они иногда восстанавливаются.

Двунаправленный ключ на базе кмоп-элементов.

Двунаправленный ключ обеспечивает передачу информации в двух направлениях от Х к Y либо от Y к Х.

Если на входе V ВУ, то на - НУ, оба транзистора открыты, и если есть разность потенциалов между Х и Y, то через открытый транзистор протекает ток. В зависимости от разности потенциалов Х и Y ток будет протекать либо в ту, либо в другую сторону. Потенциал точек Х и Y должен быть в промежутке -E  E

Используется в шинах, микропроцессорных системах.

Монтажная логика на элементах кмоп

Выполняется с помощью диодных элементов

Этот элемент является примером реализации функции ИЛИ в логике высокого уровня относительно входов.

Практическое использование элементов ттл

1. Неиспользуемые входы.

В КМОП - обязательно подключается

В ЭСЛ - необязательно

а) неиспользуемые входы можно никуда не подключать, если на этом входе не реализуется дизъюнкция. Но оставлять входы ТТЛ неподключенными не рекомендуется в связи с понижением помехоустойчивости и в связи с понижением быстродействия (паразитная емкость между подложкой и каналом должна перезарядиться).

б)

I. задать логическую “1” можно, имея в схеме лишний инвертор,но данный вариант не применяется так как:

- инвертор имеет коэффициент разветвления (до 10);

- часто это нецелесообразно по технологическим причинам.

II. дублирование информационного сигнала:

Такое включение равносильно одной нагрузке.

в) завод-изготовитель не рекомендует подавать +5 В на схему, но

логическую единицу можно сделать так:

24 В < U_A < 4.7 B (*)

U_A=5 B - I*R*N; I=I_BX1;

U_A=5 B - 0.04*R*N; (**)

Получим систему уравнений из (*) и (**) и найдем R.

Но обычно берут R=1 кОм (этого хватает на 20 входов).

2. Защита элементов ТТЛ от отрицательного напряжения на входах.

Для защиты используются антизвонные диоды. Принцип действия антизвонных диодов аналогичен принципу действия диодов фиксации. Диоды подключаются между общим выводом и входом.

Когда входной сигнал находится в рабочем диапазоне, диод закрыт и никакого влияния на работу схем диод не оказывает (Но увеличивается на величину теплового тока диода).

Когда на входе отрицательное напряжение ниже 0,7 В диод открывается и напряжение фиксируетсяна уровне - 0,7В.

3. Прием сигнала от медленно действующих электрических устройств.

Датчики, преобразующие механизм перемещения в аналоговые сигналы.

Эти сигналы имеют очень пологие фронты. Для нормальной работы элементов ТТЛ фронты входных сигналов должны быть определенной крутизны (1 В/нс; 1 В в 10 нс). Если фронты пологие, то:

- может нарушаться логика работы синхронных устройств;

- может нарушаться логика работы логического элемента (Если на входе элемента ТТЛ долгое время (на 3-4 порядка выше чем время переключения) подать сигнал в окрестности U_П, все транзисторы переключаются в линейный режим и элемент ТТЛ будет представлять собой усилитель с коэффициентом до 10000. Следовательно, изменение входных сигналов на милливольты приводит к возникновению синусоиды на выходе).

Для формирования крутых фронтов необходимо использовать триггеры Шмитта. Триггер Шмитта - обычный логический элемент, передаточная характеристика имеет гистерезисный характер.

Когда входные сигналы переключаются из НУ в ВУ, то U_П=1,7В, а при ВУ в НУ, то U_П=0,8В, обеспечивает повышенную помехоустойчивость.

4. Борьба с дребезгом контактов.

Если сигнал с кнопки на входе триггера, сработывающего по переднему фронту:

Если на входе С была единица и ключ переключается вниз, триггер переключается, так как тумблер - механическое устройство. При опускании вниз тумблер сначала касается пластины, затем отскакивает от контактной площадки, снова касается, и так, пока не “уляжется”.

Резисторы формируют логическую единицу на вход.

При переключении ключа вниз происходит дребезг контактов, но на работу триггера он не влияет, так как при отскоке перемычки от контактной площадки, входы триггера отключаются от земли и на входы триггера подаются два ВУ, которые обеспечивают хранение информации.