Лекция 2. Характеристики логических элементов и элементы памяти

1. Два вида дискретности в цифровых схемах

Итак, в цифровых устройствах напряжения и токи могут принимать 2 значения: одному значению приписывается логический нуль, другому - логическая единица.

Второй вид дискретности в цифровых устройствах дискретность во времени. Считается, что все величины постоянны в течении такта и могут скачкообразно меняться на следующем такте.

Считается, что все значения в схемах меняются в начале тактового импульса.

Хотя в реальности изменение напряжения происходит с некоторой задержкой относительно переднего фронта тактового импульса. Кроме того некоторые устройства меняют свое состояние после окончания тактового импульса. Поэтому под значением потенциала (U₀ или U₁) на данном такте считается то значение, которое потенциал достигает в конце тактового периода.

Ранее мы рассмотрели различные способы построения логических элементов. Был сделан вывод: наиболее быстрые схемы на биполярных транзисторов. ТТЛ (Ш) и особенно ЭСЛ. Но наибольшую концентрацию удается достичь с помощью полевых транзисторов – КМДПТЛ.

Рассмотрим теперь характеристики этих устройств.

2. Характеристики логических элементов

- напряжение питания

- потенциал логического 0 и логической 1 (U₀, U₁),

- коэффициент объединения по входу ( количество входов – обычно 8).

- коэффициент разветвления по выходу (нагрузочная способность).

- передаточная хар-ка и помехоустойчивость:

На графике

зона неопределенности: V₀<Uвх<V_1,

(V₀-напряжение срабатывания, V₁-напряжение отпускания),

U_­­­⁺=|V₀+U₀|, U^-=|U₁-V₁| устойчивость к помехам положительной и отрицательной полярности. Помехоустойчивость = max(U⁺,U^-);

- переходная характеристика и время задержки:

время задержки переключения: t_зад=(t⁰¹+t¹⁰)/2

Узлы и ветви схем логических элементов можно разделить на три группы.

- информационные – передающие информацию (как раз те элементы, которые мы рассмотрели ранее),

- параметрические – обеспечивают режим работы информационной цепи (например, доводят высокое и низкое напряжение до точных значений U₁ и U₀),

- управляющие – разрешают/не разрешают какие либо действия (их можно получить наставив на входе элемент И на который подаются входящий сигнал и «разрешающий» сигнал).

Передача информации может быть асинхронная (с небольшой задержкой от элемента к элементу) и синхронизируемая (устройство срабатывает только после прихода синхроимпульса)

Кроме того передача информации бывает однофазной и парафазной (сигнал плюс инверсный сигнал).

Логических элементов И-НЕ, ИЛИ-НЕ достаточно для построения функциональных узлов комбинационного типа (выходной сигнал зависит от комбинации сигналов на входе). Но их не достаточно для построения узлов последовательстного типа (выходной сигнал зависит не только от комбинации входных сигналов только в настоящий момент, но и в предыдущее время, т.е. от последовательности комбинаций входных сигналов на предыдущих тактах). Для узлов последовательстного типа необходим еще и элемент памяти.

3. Элементы памяти – триггеры