книги из ГПНТБ / Скарлетт, Дж. Транзисторно-транзисторные логические интегральные схемы и их применение
.pdf106 |
|
|
Глава |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 9.2 |
|
Предельные паспортные значения |
входных и выходных токов для стандартных |
|||||||
|
|
вентилей и буферных |
ИС (магистральных усилителей) |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
Токи |
мА |
|
|
|
|
|
|
выходные |
входные |
||
|
|
|
|
|
логиче логиче логиче логиче |
|||
|
|
|
|
|
ский |
ская |
ский |
ская |
|
|
|
|
|
«0» |
«1» |
«0» |
«1» |
54L/74L |
|
|
2 |
0,1 |
0,18 |
0,01 |
||
54/74, |
Micronor 5 |
|
|
16 |
0,4 |
1,6 |
0,04 |
|
54Н/74Н |
|
|
20 |
0,5 |
2,0 |
0,05 |
||
SUHL1, RAY1, MTTL1 (гражд., ННС) |
|
10 |
0,6 |
1,66 |
0,10 |
|||
HLTTL1 (воен. и гражд., ННС), SUHL1, RAY1, |
10 |
0,7 |
1,33 |
0,10 |
||||
MTTL1 (воен., ННС) |
|
|
И |
0,75 |
2,2 |
0,15 |
||
HLTTL2 (воен. и гражд., ННС) |
|
|
||||||
SUHL2, RAY2, MTTL2 (воен., ННС) |
|
12 |
1 ,2 |
2,0 |
0,10 |
|||
SUHL2, RAY2, MTTL2 (гражд., ННС) |
|
12,5 |
1 ,0 |
2,5 |
0,10 |
|||
Серия |
10 |
|
|
13 |
0,8 |
1,6 |
0,1 |
|
Система 11 |
|
|
16 |
0,8 |
1,6 |
0,04 |
||
9000 |
(гражд.) |
|
|
16 |
1,2 |
1,6 |
0,06 |
|
9000 |
(воен.) |
|
|
17,6 |
1,32 |
1,6 |
0,06 |
|
54S/74S |
|
|
20 |
1 ,0 |
2,0 |
0,10 |
||
SUHL1, RAY1, MTTL1 (гражд., ВНС) |
|
20 |
1,2 |
1,66 |
0,10 |
|||
SUHL и RAY буферы (гражд., ННС) |
|
20 |
1,2 |
2,5 |
0,2 |
|||
HLTTL1 (воен. и гражд., ВНС), |
SUHL1, RAY1, |
20 |
1,5 |
1,33 |
0,10 |
|||
MTTL1 (воен., ВНС) |
|
|
20 |
1,5 |
2,0 |
0,2 |
||
SUHL и RAY буферы (воен., ННС) |
|
|||||||
54/74 |
буфер |
|
|
48 |
1,2 |
1,6 |
0,04 |
|
MTTL3 |
|
|
21 |
2,0 |
2,1 |
0,08 |
||
HLTTL2 (воен. и гражд., ВНС) |
|
|
22 |
1,5 |
2,2 |
0,15 |
||
SUHL2, RAY2, MTTL2 (воен., ВНС) |
|
22 |
2,2 |
2,0 |
0,10 |
|||
RAY3 |
(воен.) |
|
|
22 |
2,2 |
2,0 |
0,05 |
|
SUHL2, RAY2, MTTL2 (гражд., ВНС) |
|
22,5 |
1,8 |
2,5 |
0,10 |
|||
RAY3 |
(гражд.) |
|
|
22,5 |
1,8 |
2,5 |
0,05 |
|
HLTTL буфер (воен. и гражд., ВНС) |
|
32 |
2,4 |
2,5 |
0,2 |
|||
SUHL и RAY буфер (гражд., ВНС) |
|
40 |
2,4 |
2,5 |
0,2 |
|||
SUHL и RAY буфер (воен., ВНС) |
|
40 |
3,0 |
2,0 |
0,2 |
|||
HLTTL буфер (воен. и гражд., ВНС) |
|
48 |
3,6 |
2,5 |
0,2 |
|||
9000 буфер (гражд.) |
|
|
48 |
3,6 |
3,2 |
0,12 |
||
9000 буфер (воен.) |
|
|
48 |
3,96 |
3,2 |
0,12 |
||
|
Н Н С — низкая нагрузочная способность; |
ВНС —высокая нагрузочная способность. |
||||||
лей для наихудшего случая. Если ТТЛ-вентили предназначаются для управления не входными цепями обычных ТТЛ-вентилей, а другими нагрузками, то их нагрузочную способность можно опре делить с помощью приведенных в этой таблице данных.
Приведенные в табл. 9.2 данные можно также использовать в тех случаях, когда в качестве нагрузки используются вентили других
Основные параметры. ТТЛ-вентилей |
107 |
серий. Входные характеристики некоторых буферных ИС отличаются от входных характеристик обычных вентилей этой же серии. Неко торые триггеры и сложные функциональные элементы также имеют входные токи, превышающие входные токи обычных вентилей. Все это надо учитывать при оценке нагрузок вентилей. Во всех сом нительных случаях необходимо обращаться непосредственно к справочным данным изготовителей.
9.3.4. ТАБЛИЦА КОЭФФИЦИЕНТОВ НАГРУЗОЧНО Й СПОСОБНОСТИ
В табл. 9.3 приведены предельные значения коэффициентов на грузочной способности (для наихудшего случая) для всех возмож ных комбинаций ТТЛ-вентилей и буферных ИС. В каждой клетке таблицы верхнее число представляет собой нагрузочную способ ность при выходном уровне логической 1, нижнее — при выходном уровне логического 0. В некоторых случаях эти цифры совпадают, однако обычно допустимая нагрузочная способность ограничена величиной, полученной для уровня логического 0.
В таблице приведено также самое низкое значение нагрузоч ной способности для каждой из комбинаций. Если это значение соответствует выходному уровню логической 1, то можно использо вать коэффициент, соответствующий уровню логического 0 при воз можном снижении запаса помехоустойчивости по уровню логи ческой 1.
9.3.5. Н Е К О Т О РЫ Е ЭК СП Е РИ М Е Н ТА ЛЬН Ы Е ЗН А Ч Е Н И Я
Измерения, выполненные на вентилях разных изготовителей, показали, что при паспортных значениях токов (при Есс=5,0 В и комнатной температуре) все «медленные» ИС с запасом уклады ваются по напряжениям V0b и У0н в установленные для них гра ницы; максимальный измеренный уровень логического 0 для «мед ленных» вентилей составил 0,286 В, а минимальный уровень логи ческой 13,29 В. Типовые средние значения составили около 0,18 и 3,48 В соответственно. Некоторые «быстрые» вентили имели уров ни, более близкие к соответствующим предельным значениям, а также были обнаружены несколько ИС, параметры которых вышли за паспортные значения, однако типовые средние значения оказа лись достаточно далекими от предельных. Поэтому для типовых вентилей нормы по нагрузочной способности можно нарушать более чем в два раза по сравнению с паспортными значениями без риска снижения запасов помехоустойчивости, рассчитанных для наихуд шего случая. Это допустимо даже тогда, когда все входные токи рав ны соответствующим граничным значениям.
Наихудшие значения измеренных входных токов I !L оказались ближе к паспортным значениям, причем у некоторых ИС эти токи
108
Коэффициент раз-
У правляющий
54L/74L |
54/74 |
Н/74Н45 |
(1SUHLвоен., ННС) |
(SUHL1воен., ННС) HLTTL1(ННС) |
L2TTLH(ННС) |
(SUHL2воен., ННС) |
) |
10Серия |
Система11 |
гражд(9000.) |
воен(9000.) |
(SUHL2гражд., ННС |
|||||||||||
Управляемый |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вентиль
54L/74L |
|
10 |
40 |
50 |
60 |
|
|
11 |
88 |
ПО |
55 |
||
|
|
|||||
54/74 |
11 |
2 |
10 |
12 |
15 |
|
Система |
1 |
10 |
12 |
6 |
||
SUHL1 |
(гражд.) |
1 |
4 |
5 |
6 |
|
1 |
9 |
12 |
6 |
|||
|
|
|||||
SUHL1 |
(воен.) |
1 |
4 |
5 |
6 |
|
HLTTL1 |
|
1 |
12 |
15 |
7 |
|
HLTTL2 |
0 |
2 |
3 |
4 |
||
0 |
7 |
9 |
4 |
|||
|
|
|||||
SUHL2 (воен.) |
1 |
4 |
5 |
6 |
||
54S/74S |
|
1 |
8 |
10 |
5 |
|
SUHL2 (гражд.) |
1 |
4 |
5 |
6 |
||
0 |
6 |
8 |
4 |
|||
|
|
|||||
Серия 10 |
1 |
4 |
5 |
6 |
||
1 |
10 |
12 |
6 |
|||
|
|
|||||
9000 |
|
1 |
6 |
8 |
10 |
|
|
1 |
10 |
12 |
6 |
||
|
|
|||||
SUHL (МУ, гражд.) 0 |
2 |
2 |
3 |
|||
HLTTL |
(МУ) |
0 |
6 |
8 |
4 |
|
SUHL (МУ, воен.) |
0 |
2 |
2 |
3 |
||
1 |
8 |
10 |
5 |
|||
|
|
|||||
70 |
75 |
120 |
100 |
80 |
80 |
120 |
132 |
55 |
61 |
66 |
69 |
72 |
88 |
88 |
97 |
17 |
18 |
30 |
25 |
20 |
20 |
30 |
33 |
6 |
6 |
7 |
7 |
8 |
10 |
10 |
11 |
7 |
7 |
12 |
10 |
8 |
8 |
12 |
13 |
6 |
6 |
7 |
7 |
7 |
9 |
9 |
10 |
7 |
7 |
12 |
10 |
8 |
8 |
12 |
13 |
7 |
8 |
9 |
9 |
9 |
12 |
12 |
13 |
4 |
5 |
8 |
6 |
5 |
5 |
8 |
8 |
4 |
5 |
5 |
5 |
5 |
7 |
7 |
8 |
7 |
7 |
12 |
10 |
8 |
8 |
12 |
13 |
5 |
5 |
6 |
6 |
6 |
8 |
8 |
8 |
7 |
7 |
12 |
10 |
8 |
8 |
12 |
13 |
4 |
4 |
4 |
5 |
5 |
6 |
6 |
7 |
7 |
7 |
12 |
10 |
8 |
8 |
12 |
13 |
6 |
6 |
7 |
7 |
8 |
10 |
10 |
11 |
11 |
12 |
20 |
16 |
13 |
13 |
20 |
22 |
6 |
6 |
7 |
7 |
8 |
10 |
10 |
11 |
3 |
3 |
6 |
5 |
4 |
4 |
6 |
6 |
4 |
4 |
4 |
5 |
5 |
6 |
6 |
7 |
3 |
3 |
6 |
5 |
4 |
4 |
6 |
6 |
5 |
5 |
6 |
6 |
6 |
8 |
8 |
7 |
MTTL3 |
1 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
15 |
12 |
10 |
10 |
15 |
16 |
|
0 |
7 |
9 |
4 |
4 |
5 |
5 |
6 |
6 |
7 |
7 |
8 |
||
|
109
Таблица 9.3
ветвления
вентиль
54S/74S |
SUHL1 (гражд., ВНС) SUHL (МУ, гражд., ННС) |
SUHL1 (воен., ВНС) HLTTL1 (ВНС) SUHL (МУ, воен., ННС) |
54/74 (МУ) |
MTTL3 |
HLTTL2 (ВНС) |
SUHL2 (воен., ВНС) RAY3 (воен.) |
SUHL2 (гражд., ВНС) RAY3 (гражд.) |
HLTTL (МУ, ННС) |
SUHL (МУ, гражд., ВНС) |
SUHL (МУ, воен., ВНС) |
H L TT L (МУ, ВНС) 9000 (МУ, гражд.) |
9000 (МУ, воен.) |
100 |
120 |
150 |
120 |
200 |
150 |
220 |
180 |
240 |
240 |
300 |
360 |
396 |
п о |
ПО |
п о |
266 |
116 |
122 |
122 |
125 |
177 |
222 |
222 |
266 |
266 |
25 |
30 |
37 |
30 |
50 |
37 |
55 |
45 |
60 |
60 |
75 |
90 |
99 |
12 |
12 |
12 |
30 |
13 |
13 |
13 |
14 |
20 |
25 |
25 |
30 |
30 |
10 |
12 |
15 |
12 |
20 |
15 |
22 |
18 |
24 |
24 |
30 |
36 |
39 |
12 |
12 |
12 |
28 |
12 |
13 |
13 |
13 |
19 |
24 |
24 |
28 |
28 |
10 |
12 |
15 |
12 |
20 |
15 |
22 |
18 |
24 |
24 |
30 |
36 |
39 |
15 |
15 |
15 |
36 |
15 |
16 |
16 |
16 |
24 |
30 |
30 |
36 |
36 |
6 |
8 |
10 |
8 |
13 |
10 |
14 |
12 |
16 |
16 |
20 |
24 |
26 |
9 |
9 |
9 |
21 |
9 |
10 |
10 |
10 |
14 |
18 |
18 |
21 |
21 |
10 |
12 |
15 |
12 |
20 |
15 |
22 |
18 |
24 |
24 |
30 |
36 |
39 |
10 |
10 |
10 |
24 |
10 |
11 |
11 |
11 |
16 |
20 |
20 |
24 |
24 |
10 |
12 |
15 |
12 |
20 |
15 |
22 |
18 |
24 |
24 |
30 |
36 |
39 |
8 |
8 |
8 |
19 |
8 |
8 |
8 |
9 |
12 |
16 |
16 |
19 |
19 |
10 |
12 |
15 |
12 |
20 |
15 |
22 |
18 |
24 |
24 |
30 |
36 |
. 39 |
12 |
12 |
12 |
30 |
13 |
13 |
13 |
14 |
20 |
25 |
25 |
30 |
30 |
16 |
20 |
25 |
20 |
33 |
25 |
36 |
30 |
40 |
40 |
50 |
60 |
66 |
12 |
12 |
12 |
30 |
13 |
13 |
13 |
14 |
20 |
25 |
25 |
30 |
30 |
5 |
6 |
7 |
6 |
10 |
7 |
11 |
9 |
12 |
12 |
15 |
18 |
19 |
8 |
8 |
8 |
19 |
8 |
8 |
8 |
9 |
12 |
16 |
16 |
19 |
19 |
5 |
6 |
7 |
6 |
10 |
7 |
11 |
9 |
12 |
12 |
15 |
18 |
19 |
10 |
10 |
10 |
24 |
10 |
11 |
11 |
11 |
16 |
20 |
20 |
24 |
24 |
12 |
15 |
18 |
15 |
25 |
18 |
27 |
22 |
30 |
30 |
37 |
45 |
49 |
9 |
9 |
9 |
22 |
10 |
10 |
10 |
10 |
15 |
19 |
19 |
22 |
22 |
п о |
|
|
|
Глава 9 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
У п р а в л я ю щ и й |
|||
|
|
|
|
ННС) |
ННС) ) |
|
ННС) |
) |
|
|
|
|
|
Управляемый |
|
|
|
) |
,. ННС |
|
|
|
|
||||
вентиль |
|
|
|
SUHL1 (воен., |
SUHL1 (воен., HLTTL1 (ННС |
HLTTL2 (ННС |
SUHL2 (воен., |
SUHL2 (гражд |
|
|
9000 (гражд.) |
|
|
|
54L /74L |
54/74 |
5 4 Н /7 4 Н |
Серия 10 |
Система 11 |
9000 (воен.) |
|||||||
54Н/74Н |
2 |
8 |
10 |
12 |
12 |
15 |
24 |
20 |
16 |
16 |
24 |
26 |
|
RAY3 (воен.) |
1 |
8 |
10 |
5 |
5 |
5 |
6 |
6 |
6 |
8 |
8 |
8 |
|
RAY3 (гражд.) |
2 |
8 |
10 |
12 |
12 |
15 |
24 |
20 |
16 |
16 |
24 |
26 |
|
0 |
6 |
8 |
4 |
4 |
4 |
4 |
5 |
5 |
6 |
6 |
7 |
||
|
|||||||||||||
9000 (МУ) |
0 |
3 |
4 |
5 |
5 |
6 |
10 |
8 |
6 |
6 |
10 |
11 |
|
0 |
5 |
6 |
3 |
3 |
3 |
3 |
3 |
4 |
5 |
5 |
5 |
||
|
|||||||||||||
ННС — низкая |
нагрузочная |
способность; ВНС — высокая |
нагрузочная способность; |
||||||||||
даже вышли за паспортные пределы, однако типовое среднее значение этих токов составило около 1 мА. Значения I т обычно были значительно меньше паспортных (типовые значения этого тока со ставляли менее 10 мкА). В большинстве партий оказывались схемы, у которых один или два входа имели токи утечки от 20 до 50 мкА.
Эти данные показывают, что в типовых случаях параметры схем оказываются внутри паспортных границ и выполнение правил по нагрузочной способности схем обычно гарантирует значительные запасы, которые обеспечивают повышенные запасы помехоустой чивости и повышенную реальную помехоустойчивость ИС. Малые измеренные значения тока 11Н свидетельствуют о том, что присоеди нение незадействованных входов схемы к рабочим практически не вызовет ухудшения работы схем, хотя нормы нагрузок были нару шены.
На небольшом количестве вентилей было измерено значение вте кающего тока, при котором выходное напряжение достигает соот ветствующего граничного паспортного значения. Было обнаружено, что у вентилей серий SUHL1 и 2, 74 и 9000 напряжение V0l достигает 0,4 В (при 1/сс=5,0 В и комнатной температуре) при значениях вы текающего выходного тока выше 30 мА. Запас по выходным токам, соответствующим уровню логической 1, оказался еще более значи тельным. Ток, при котором выходное напряжение снижалось до
Основные параметры ТТЛ-вентилей
П р о д о л ж е н и е т а б л 9 . 3
вентиль
|
) |
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
54S/74S |
гражд(SUHL1., ВНС) ,МУ(SUHLгражд., ННС |
воен(SUHL1., ВНС) ВНС(HLTTL1) ,МУ(SUHLвоен., ННС) |
)МУ(54/74 |
MTTL3 |
ВНС(HLTTL2) |
воен(SUHL2., ВНС) воен(RAY3.) |
гражд(SUHL2., ВНС) гражд(RAY3.) |
МУ(HLTTL, ННС) |
X |
,МУ(SUHLвоен., ВНС) |
МУ(HLTTL, ВНС ,МУ(9000гражд.) |
воен,МУ(9000.) |
сл |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
п |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сз |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
>г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
X |
|
|
|
20 |
24 |
30 |
24 |
40 |
30 |
44 |
36 |
48 |
48 |
60 |
72 |
79 |
10 |
10 |
10 |
24 |
10 |
11 |
11 |
11 |
16 |
20 |
20 |
24 |
24 |
20 |
24 |
30 |
24 |
40 |
30 |
44 |
36 |
48 |
48 |
60 |
72 |
79 |
8 |
8 |
8 |
19 |
8 |
8 |
8 |
9 |
12 |
16 |
16 |
19 |
19 |
8 |
10 |
12 |
10 |
16 |
12 |
18 |
15 |
20 |
20 |
25 |
30 |
33 |
6 |
6 |
6 |
15 |
6 |
6 |
6 • |
7 |
10 |
12 |
12 |
15 |
15 |
М У — магистральный |
усилитель. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
3,0 В, составил 4мА. Было замечено, что вентили серии 9000 обладают очень высокой токовой нагрузочной способностью при логической 1 на выходе и для них средний измеренный ток (при напряжении V0H, равном 3 В) составил 16,5 мА. Так как измерения проводились всего на нескольких схемах из каждой серии, то полученные резуль таты нельзя рассматривать как надежную информацию для проекти рования. .
Результаты измерений токов при логической 1 на выходе пока зали, что в практически встречающихся случаях риска снижения помехоустойчивости при превышении номинального коэффициента ,. нагрузочной способности для уровня логической 1 не существует.
При сознательном нарушении норм по нагрузочной способности необходимо иметь в виду, что все приведенные выше данные полу чены при напряжении питания 5 В и комнатной температуре, а при граничных внешних условиях эти параметры ухудшаются.
9.4. Помехоустойчивость
9.4.1. ВВ ЕД ЕН И Е
Помехоустойчивость логического вентиля или серии вентилей есть мера способности логической схемы не реагировать на ложные сигналы, вызванные перекрестными наводками, отражениями в ли-
112 Глава 9
ниях передачи или помехами в шинах питания и земли. Помехоустой чивость схемы зависит от электромагнитной связности соседних сиг нальных линий, входных и выходных импедансов логических вентилей, их запасов помехоустойчивости и длительности любых ложных импульсов.
Связность между сигнальными линиями зависит от расстояния между ними и их геометрических размеров, фронтов сигналов, им педансов вентилей и уровней напряжения на этих линиях. Пере крестные помехи и отражения в соединительных линиях для ТТЛ ИС рассмотрены в гл. 14 и 15.
Запасы помехоустойчивости по напряжению можно определить из статических параметров логических ИС, так как эти запасы представляют собой разности между выходными уровнями вентилей и входными пороговыми уровнями, при которых происходит пере ключение схемы. Для наихудшего случая эти параметры можно определить из технических условий на схему, а для конкретной ИС — по ее низкочастотной передаточной характеристике (фиг. 4.7). Внутренние задержки в логических схемах с насыщением могут привести к тому, что динамический запас помехоустойчивости (для высокочастотных сигналов) вентиля будет выше или ниже низко частотного или статического. Одиночный узкий импульс очень ма лой длительности может иметь максимальную амплитуду, значитель но превышающую статический запас помехоустойчивости, но быть настолько коротким, что на выходе выходного каскада вентиля ни какой реакции на такой сигнал не будет. И наоборот, одиночный импульс, амплитуда которого меньше статического запаса помехо устойчивости, приходящий сразу после фронта переключающего импульса, может вызвать ложное переключение, так как накоплен ный заряд в базе транзистора в вентиле может не успеть полностью рассосаться в процессе переключения.
9.4.2.ПАСПОРТНЫЕ ЗАПАСЫ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ
9.4.2.1.Уровень логической 1. Минимальное паспортное зна чение выходного напряжения логической 1 для любой из серий
ТТЛ ИС равно 2,4 В. Однако это значение задано для напряжения питания Vcc, равного 4,75 В (или в некоторых случаях 4,5 В), и при таком напряжении на входе вентиля, когда транзистор Т 2 едва приоткрывается, т. е. уровень логической 1 задается в точке, лежащей на наклонном участке передаточной характеристики. Мак симальное паспортное значение порогового напряжения равно 2,0 В, так что для всех существующих ТТЛ ИС запас помехоустой чивости по уровню логической 1 в наихудшем случае равен 0,4 В. Необходимо отметить, что в тех сериях, для которых граничное значение V0H определено для пониженного напряжения питания Vcc, т. е. для военного варианта, Vcc составляет 4,5 В, а для граж
Основные параметры ТТЛ-вентилей |
113 |
данского при том же значении V0H напряжение Vcc равно 4,75 В. Если предполагается, что напряжение питания равно 5 В, то V0h увеличивается на 0,25 В относительно минимального паспортного значения, поэтому низкочастотное значение запаса помехоустой чивости по уровню логической 1 получается равным 0,65 В.
9.4.2.2. Уровень логического 0. Предельное паспортное значение напряжения V0l составляет 0,45 В (за исключением серии 54S/74S), а минимальное паспортное значение входного порога пере ключения равно 0,8 В, поэтому гарантируемый в наихудшем случае запас помехоустойчивости по уровню логического 0 равен 0,35 В. Приведенные выше значения параметров выдерживаются для все возможных наихудших сочетаний предельных температур и питаю щих напряжений, т. е. условий, которые невозможно практически реализовать в цепочке вентилей.
9.4.3. РЕА ЛЬН А Я ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТЬ
Если вышеприведенные запасы помехоустойчивости, рассчитан ные на «невозможный» наихудший случай, применить к цепочке ТТЛ-вентилей, то может показаться, что любая помеха величиной более 0,35 В, наведенная в узле с уровнем логического 0, появится в инвертированном виде в следующем узле с уровнем логической 1. Это может произойти только в том случае, если помеха поступает на все входы рассматриваемого вентиля, на которые подан уровень ло гического 0, так как вход, находящийся при минимальном уровне на пряжения, фиксирует напряжение на базе транзистора 7 \ и обес печивает отсечку всех остальных входов.
Емкость, подключенная к узлу с уровнем логической 1, влияет
на |
воспроизводство |
помехи, |
накладывающейся на уровень логи |
ческого 0 в предыдущем узле. |
На наклонном участке передаточ |
||
ной |
характеристики |
только |
верхний выходной транзистор Г 4 |
находится в активном режиме, поэтому любая имеющаяся на
выходе емкость |
будет стремиться удерживать постоянным уровень |
|
логической 1, |
способствуя тем самым запиранию |
транзистора |
Ti, если напряжение на его базе падает. Входная |
эмиттерная |
|
цепь транзистора Т х в управляемом вентиле уже заперта, поэтому емкость в выходном узле может разряжаться только токами утеч ки. Поэтому в типовом случае реакция выходного узла с напряже нием логической 1 на помеху, которая проходит через транзистор может появиться лишь через несколько микросекунд, когда выходное напряжение начнет падать. Только в тех случаях, когда помеха по уровню логического 0 будет достаточно большой и доста точно продолжительной для того, чтобы вызвать включение нижне го выходного транзистора Т ь, такая помеха действительно может появиться на выходе схемы, находящемся в состоянии логической 1,
114 |
Глава 9 |
Эффект распространения помехи через два каскада обычно на практике незаметен. Это объясняется также тем, что любая поло жительная помеха в узле с уровнем логической 1 вызывает повыше ние напряжения в узле и отсекает (закрывает) выходной змиттерный повторитель управляющего вентиля. Так как вход управляе мого вентиля уже находится в состоянии с высоким импедансом, то энергия, необходимая для заметного повышения напряжения на соединительной линии, весьма мала. Следовательно, типовая схема на базе ТТЛ ИС может иметь очень опасные на вид помехи на шинах с уровнем логической 1, однако эти положительные помехи не могут вызывать ложного срабатывания. Они могут, однако, оказать не большое влияние на быстродействие схемы, так как во включающей ся ИС сначала необходимо разрядить емкость, заряженную до не обычно высокого напряжения.
9.4.4. И ЗМ Е Р Е Н Н Ы Е НИЗКОЧАСТОТН Ы Е ПАРАМ ЕТРЫ
Как было указано в разд. 9.3.5, типовые входные токи ТТЛ ИС достаточно далеки от предельных паспортных значений; то же можно сказать и об их выходных напряжениях. Следовательно, при выпол нении упомянутых выше норм по нагрузочной способности можно ожидать повышения запаса помехоустойчивости по уровню логи ческого 0 на 0,25 В и по уровню логической 1 на 0,4 В. Эти цифры получены исходя из предельных паспортных значений пороговых на пряжений ТТЛ ИС. Входные пороговые напряжения определены на уровнях 0,8 и 2,0 В, но на практике реальная зона переключения схемы обычно имеет ширину не более 0,1 В, в результате чего с каж дой ее стороны остается еще по 0,55 В, которые можно добавить к типовым запасам помехоустойчивости.
Поэтому на практике цепочка ИС может иметь запас помехо устойчивости по уровню логического 0, равный 1,15 В (VILmax—
—Vol= 1,35—0,2 В), и по уровню логической 1, равный 1,25 В (V0H— —1,55 В), причем помехоустойчивость по уровню логической 1 в переходных режимах дополнительно повышается вследствие эффектов, которые частично или полностью исключают наклонный участок в верхней части передаточной характеристики.
9.4.5. ВЫСОКОЧАСТОТНЫЕ П Е РЕ Д А Т О Ч Н Ы Е ХАРАКТЕРИСТИКИ
До сих пор помехоустойчивость рассматривалась для случаев постоянного входного сигнала или импульса большой длительности (за исключением подразд. 9.4.3). На практике большинство помех, которые могут вызывать ложные срабатывания, представляют собой короткие выбросы, для которых передаточные характеристики и за пасы помехоустойчивости существенно отличаются от статических.
Основные параметры ТТЛ-вентилей |
115 |
На фиг. 9.1 показана реакция типового «медленного» вентиля на треугольные входные импульсы шириной 12 нс с опорными уров нями, равными стандартным логическим уровням; для положитель ных импульсов этот опорный уровень равен 0,4 В, для отрицатель ных— примерно3,5 В. Как для положительных, так и для отрица тельных импульсов выходная реакция схемы отсутствует до тех
У/ых/В
Фи г . 9.1. Типовая высокочастотная передаточная характеристика «медленного» вентиля.
пор, пока их пиковые амплитуды не превысят обычных статических пороговых напряжений (статическая передаточная характеристика показана пунктиром) примерно на 0,5 В.
Полное переключение происходит при пиковой амплитуде поло жительного импульса около 4 В, однако отрицательный импульс (с опорным уровнем 3,5 В), достигающий нулевого уровня, вызывает изменение выходного напряжения лишь до статического порога пе реключения следующей схемы в цепочке.
Выходной импульс представляет собой задержанный и инвер тированный входной импульс, а показанные высокочастотные харак теристики строятся по их пиковым значениям. На фиг. 9.2 показаны соответствующие характеристики для «быстрого» (серии 2) вентиля, для которого запасы помехоустойчивости по переменному току при мерно вдвое меньше, чем у «медленного».
Амплитуда выходного импульса зависит от амплитуды входного (как показано на фиг. 9.1), от его ширины, а также от опорного ста тического уровня, на который этот импульс накладывается.
116 Глава 9
На фиг. 9.3 показана зависимость пикового напряжения, полу чаемого на выходе, от ширины входного импульса, измеряемой на типовом статическом пороговом уровне, равном 1,4 В при постоян ной амплитуде.
Первое, что необходимо отметить,— это значительно лучшее подавление отрицательных импульсов по сравнению с положитель ными. Причина заключается в том, что отрицательный импульс
^вЫХ'В
Ф и г . 9.2. Типовая высокочастотная передаточная характеристика «быстрого» вентиля.
сначала выключает ИС, а затем включает ее вновь, а так как задержка tPLH больше задержки tPHL, то происходит фактическое «укора чивание» импульса, тогда как положительный импульс вследствие разницы задержек при включении и выключении фактически «уд линяется».
Изгиб на графике, соответствующем отрицательным импульсам, при напряжении около 2 В связан с активным (тянущим) действием верхнего транзистора Т 4. При коротких входных импульсах (шири на которых на уровне статического порога составляет до 10 нс) из менение выходного напряжения связано только с выключением транзистора Т ъ и изменением его коллекторного напряжения под действием входного тока внешнего нагрузочного вентиля. При по вышении напряжения влияние тока нагрузки прекращается и ши рина входного импульса может увеличиваться без существенных из-
Основные параметры ТТЛ-вентилей |
117 |
Ширина
Ширина
Шоеой положительный импульс
Фи г . 9.3. Зависимость выходного напряжения типового «медленного» вентиля (а) от ширины входного импульса с постоянной амплитудой (б). Ширина импульса измеряется на пороговом уровне 1,4 В.
J — положительные импульсы с опорным уровнем 0,5 В и пиковым напряжением 2,2 В; 2 — отрицательные импульсы с опорным уровнем 3 В и пиковым напряжением 0,6 В.
менении результирующего выходного уровня до тех пор, пока она не превысит задержку в транзисторе Т 2, диоде Ds и транзисторе Т 4. После этого пиковое значение выходного сигнала вновь начнет воз растать с ростом ширины входного импульса.
Зависимость амплитуды выходного импульса от опорного ста тического уровня входного импульса при постоянной его ширине и амплитуде показана на фиг. 9.4 для «медленного» вентиля, а на фиг. 9.5 для «быстрого». Эти зависимости связаны с уменьшением