14. Какими величинами оценивается быстродействие современных логических элементов?

Быстродействие логических элементов зависит как от физических процессов переключения электронных компонентов, входящих в состав элемента, так и от скорости перезарядки паразитных внешних емкостей.

Быстродействие логических элементов характеризуется средним временем задержки сигнала tср, смысл которого поясняется на рисунке для случая инвертора.

Рисунок 5 - Среднее время задержки сигнала tср

12

Естественно, что процессы переключения электронных элементов из одного состояния в другое сопровождаются потреблением мощности от источника питания Рп.

Чем больше затрачивается мощность, тем быстрее может происходить переход элемента из одного состояния в другое. Технологически же приемы, обеспечивающие снижение времени переноса зарядов в объеме полупроводника и уменьшение паразитных емкостей, позволяют уменьшить время задержки переключения и без потребления значительной мощности.

Поэтому показателем технологического совершенства логического элемента может служить энергия переключения Эп, рассчитываемая по формуле:

^{, где}

Эп - энергия переключения;

Рп - потребляемая мощность от источника питания; tср -

средним временем задержки сигнала.

15. Каковы уровни напряжений, соответствующих логическим уровням современных цифровых устройств?

Цепи логических затворов предназначены для ввода и вывода только двух типов сигналов: «высокий» (1) и «низкий» (0), как представлено переменным напряжением: полное напряжение питания для «высокого» состояния и нулевого напряжения для «низкое» состояние. В идеальном мире все сигналы логической схемы будут существовать при этих предельных значениях напряжения и никогда не отклоняться от них (т. Е. Меньше полного напряжения для «высокого» или более нулевого напряжения для «низкого»). Однако в действительности уровни напряжения логического сигнала редко достигают этих идеальных пределов из-за паразитных падений напряжения в схеме транзистора, и поэтому мы должны понимать

13

ограничения уровня сигнала в схемах затвора, поскольку они пытаются интерпретировать сигнальные напряжения, лежащие где-то между полным напряжением питания и нуль.

Затворы TTL работают от номинального напряжения питания 5 вольт, +/- 0, 25 вольт. В идеале, «высокий» сигнал TTL должен составлять 5, 00 вольт точно, а TTL «низкий» сигнал 0, 00 вольт точно. Тем не менее, реальные схемы затвора TTL не могут выводить такие идеальные уровни напряжения и предназначены для приема сигналов «высокого» и «низкого», существенно отличающихся от этих идеальных значений. «Приемлемые» напряжения входного сигнала варьируются от 0 до 0, 8 вольт для «низкого» логического состояния и от 2 вольт до 5 вольт для «высокого» логического состояния.

«Допустимые» напряжения выходного сигнала (уровни напряжения, гарантированные производителем затвора в заданном диапазоне условий нагрузки) находятся в диапазоне от 0 до 0, 5 В для «низкого» логического состояния и от 2, 7 до 5 вольт для «высокого» логического состояния.

16. Что такое нагрузочная способность логического элемента?

Нагрузочная способность – допустимое число подсоединяемых входов однотипных логических элементов – является параметром, приводимым в сведениях о логическом элементе.