Двунаправленные логические элементы

В разд. 9.1 было указано, что логические связи могут быть реализованы с помощью ключей Эта возможность используется также в МОП-схемотехнике, так как ее реализация часто приводит к упрощению схем В отличие от обычных логических элементов базовый элемент этих схем позволяет непосредственно передавать напряжение сигнала с выхода на вход Его обозначение и схема замещения приведены на рис 9.20,а Функция этого элемента состоит в разъединении или соединении (через достаточно низкоомное сопротивление) выхода с входом При этом табл 9.12 вывода (вход и выход) равнозначны Следовательно, сигнал передается в обоих направлениях с очень малыми искажениями

В отличие от обычных логических элементов на выходе этих схем не формируются уровни напряжения. Поэтому помехоустойчивость таких схем тем хуже, чем большее число двунаправленных элементов включено последовательно. Следовательно, их нужно использовать только вместе с обычными логическими элементами.

Рис 9.20 а - двунаправленный логический элемент. Обозначение и схема замещения; б - элемент, выполненный по КМОП технологии

Схемотехническая реализация такого элемента, выполненная с помощью КМОП-технологии, представлена на рис 9.20,б. Коммутатор, о котором шла речь, составлен из двух комплементарных МОП-транзисторов T₁ и T₂ Управление ими осуществляется противофазными напряжениями затворов, формируемыми с помощью инверторов T₃ и T_4. Если U_St = 0, то V_Gn = 0, а V_Gp = V_DD. Поэтому оба транзистора закрыты, если предположить, что напряжения сигналов U₁ и U₂ находятся в пределах между 0 и V_DD.

Если U_St, = V_DD, то V_Gn = V_DD, a V_Gp= 0 В этом случае для указанной области изменения напряжения сигналов по крайней мере один из МОП-транзисторов (T₁ или T₂) всегда открыт.

Как мы еще увидим в разд 17.21, данная схема используется также в качестве аналогового ключа Его отличие от двунаправленного логического элемента состоит в том, что потенциалы затворов транзисторов T₁ и T₂ не просто логически инверсны друг другу, а имеют противоположные полярности При этом можно коммутировать сигналы как положительной, так и отрицательной полярности.

9.4.8. Обзор

В табл 9.12 приведены важнейшие параметры описанных выше логических элементов.

Таблица 9.12

Основные параметры логических элементов различного типа

Для сравнения представлены параметры элементов с двумя входами. Конечно, эти данные дают лишь приблизительную оценку и могут более или менее отклоняться от параметров интегральных схем, поступающих в продажу. Тем не менее можно получить представление о характере различия разных типов логических микросхем.

Рис 9.21 Передаточные характеристики логических элементов различного типа

Можно уменьшать время задержки распространения сигнала путем увеличения токопотребления схемы или снижения амплитуды выходного напряжения, так как в этом случае перезаряд емкостей происходит быстрее Поэтому для сравнения схем различного типа наряду с другими показателями применяется произведение среднего , времени задержки t_pd на среднюю потребляемую мощность Р. Значения этого произведения также приведены в табл 9.10

Технологии РТЛ и ДТЛ устарели Отдельные логические элементы для различных диапазонов требуемого быстродействия выпускаются только в виде схем КМОП, ТТЛ и ЭСЛ. Их передаточные характеристики представлены на рис 9.21. Кроме того, существуют также высокопороговые элементы ДТЛ. Однако эти относительно дорогие элементы в большинстве случаев заменяются на схемы КМОП, в которых для повышения запаса помехоустойчивости максимально увеличивают напряжение питания. В качестве дополнительной меры, позволяющей искусственно увеличить время срабатывания схемы, к ее выходу подключается конденсатор. Этим способом снижается восприимчивость элемента к коротким импульсным помехам.

Чувствительность МОП-транзисторов к наведенным электростатическим зарядам, упомянутая в разд. 5.3, в цифровой технике практически не проявляется, так как все доступные снаружи выводы микросхем шунтируются диодами.

Ниже приведен список важнейших фирм- изготовителей серий, представляющих отдельные типы логических схем.

Технологии n-МОП и Н²Л используются только в микросхемах с высоким уровнем интеграции.