1.4. Логические элементы кмоп серии к561 (к1561)

КМОП – микросхемы на комплементарных полевых транзисторах структуры МОП (металл-оксид-полупроводник)

Тип логики: КМОП (комплементарные МОП структуры)

Состав серии: более 100 типов микросхем комбинационной и последовательностной логики

Напряжение питания: Uип = 3…15В

Входной ток уровня логического нуля:

Входной ток уровня логической единицы:

Выходной ток уровня логического нуля:

Выходной ток уровня логической единицы:

Выходное напряжение логического нуля (при напряжении питания 10В):

Выходное напряжение логической единицы (при напряжении питания 10В):

Время задержки переключения с нуля на единицу:

Время задержки переключения с единицы на ноль:

Коэффициент разветвления по выходу:

Температурный диапазон:

Зарубежный аналог: серия CD4000

1.5. Логические элементы ттлш серии к1533.

ТТЛШ – (транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки) – разновидность цифровых логических микросхем, построенных на основе биполярных транзисторов и резисторов.

Тип логики: ТТЛШ.

Состав серии: более 150 типов микросхем комбинационной и последовательностной логики

Напряжение питания: 𝑈и.п.= 5В ±5%

Входной ток уровня логического нуля: 𝐼_ВХ0 ≤ -0,2 мА

Входной ток уровня логической единицы: 𝐼_ВХ1 ≤ 20 мкА

Выходной ток уровня логического нуля: 𝐼_ВЫХ0 ≤ 8 мА

Выходной ток уровня логической единицы: 𝐼_ВЫХ1 ≤ 0,4 мА

Выходное напряжение логического нуля: 𝑈_ВЫХ0 ≤ 0,5 В

Выходное напряжение логической единицы: 𝑈_ВЫХ1 ≥ 2,5 В

Время задержки переключения на вентиль: 𝑡зд ≤ 4.5нс

Коэффициент разветвления по выходу: 𝐾раз=20

Температурный диапазон: 𝑇= −10…+70℃

Зарубежный аналог: серия 74(54)ALS

1.6. Выбор схемы преобразователя уровней.

На рис. 10 представлена простейшая схема преобразования уровней элемента ТТЛ-типа в уровни элемента КМОП-типа (ТТЛ->КМДП). Первый каскад (на транзисторе VT1) выполняет функции обычного инвертора-усилителя. Второй каскад (на транзисторах VT2 и VT3) представляет собой обычный комплементарный МОП – каскад (вход КМОП ЛЭ).

Чтобы этот каскад работал нормально, значения пороговых напряжений U_пор транзисторов VT2 и VT3 должны удовлетворять условию:

U_{пор VT2} + U_{пор VT3} ≤ Е

Рис. 10 – Схема ПУ из ТТЛ в КМДП

Схема ПУ работает следующим образом. При U_вх = U0ттл транзистор VT1 находится в отсечке, и на выходе первого каскада U= +E. Транзистор VT₂ заперт, а VТ3 открыт, на выходе схемы U_вых ≈ 0 ≤ U0кмоп.

При U_вх  = U1ТТЛ транзистор VT1 отпирается до насыщения благодаря базовому току, равному (U_BX — eэб)/R_б, где eэб — напряжение на прямосмещенном  р-n-переходе база-эмиттер насыщенного транзисто­ра (для кремниевых транзисторов eэб ~0,6…0,8 В). Остаточное напряжение между коллектором и эмиттером насыщенного транзистора Uкэн близко к нулю (для кремниевых тран­зисторов Uкэн  составляет 0,15… 0.3 В), и транзистор VT₂ открыт, a VT₃ за­перт. Следовательно, U_вых ≈ + E > U0кмоп.

Недостаток схемы — одновременное использование и биполярных, и полевых тран­зисторов в одной микросхеме, что затрудняет ее изготовле­ние в виде интегральной полупроводниковой схемы, хотя эту схему ПУ можно изготовить в виде гибридной микросборки либо в дискретном виде.

В случае, когда ставится задача спроектировать ПУ ТТЛ - КМОП для расположенных на одной и той же плате конкретных ТТЛ ИС и КМОП ИС с заданными нагрузочной способностью ПУ, частотой переключения ПУ и темпе­ратурным диапазоном работы ПУ, схема преобразователя может быть упрощена и содержать только один биполярный транзистор VT и ре­зисторы R_K и R_б (рис 11).

Рис. 11 – Структура ПУ с одним биполярным транзистором

Если U_вх = U⁰_ттл <  eэб, то VT находится в режиме отсеч­ки и напряжение на его коллекторе (равное на­пряжению на выходе ПУ), получается практически равным напряжению питания +Е и заведомо выше уровня ло­г. 1 КМОП - элементов, т. е. U_кмоп:

U_вых= E - (nI¹_{вх КМОП} + I_{кб о})*R_k ≥ U¹ _КМОП

где п — нагрузочная способность ПУ;

I¹_{вх КМОП} – ток, обусловленный в основном защитными диодами, подключенными к затворным входам тран­зисторов (р—n - переходы, смещенные в обратном направле­нии);

I_{кб о} – обратный ток коллекторного перехода транзис­тора VT.

Токи I¹_{вх КМОП,} I_{кб о} - обычно очень малы и составляют десятые доли микроампера.

Если U_BX = U_ттл, то целесообразно обеспечить насыщение транзистора VT со степенью насыщения S=1,2÷2, при которой достигается компромисс между временами включения транзистора и временами рассасывания и спада, т. е.

I_б = S I_{б н}= S

I_{к н} - ток коллектора насыщенного транзистора VT.

Ток I_б, протекающий в цепи ба­зы транзистора VT при условии, что U_ВX = U¹_ттл, равен

I_{б = =}

Вычисленный по формуле ток I_б не должен превы­шать выходной ток I¹_{вых ттл}, обеспечиваемый ТТЛ - элементом в состоянии логической 1, а также не должен быть больше максимально допустимого тока I_б макс выбранного транзис­тора VT, т. е.:

I_б ≤ I¹_{вых ттл}

I_б < I_{б макс}

В коллектор насыщенного транзистора VT втекает ток I_кн , который складывается из тока I_к, протекающего через резистор R_к, и n входных токов I°_вхкмоп КМОП-элемента, т. е.:

I_кн=I_Rk + n I°_{вх кмоп}= + n I°_{вх кмоп}

Ток I_кн, найденный по формуле, должен быть мень­ше максимально допустимого тока I_кмакс выбранного тран­зистора VT, т. е.:

I_{к н} < I_{к макс}

Напряжение U_ВЫХ на выходе ПУ, равное потенциалу на коллекторе насыщенного транзистора VT U_Kэн не должно превышать уровня лог. 0 КМОП элемента U°_кмоп:

U_Bых= U_Kэн ≤ U°_кмоп