книги из ГПНТБ / Скарлетт, Дж. Транзисторно-транзисторные логические интегральные схемы и их применение

148 Глава И

во входных вентилях (транзисторы Т 2 и Т ъ). Они также соединены с коллекторами транзисторов Т 7 я Т в триггера.

Когда на вход синхронизации подан логический 0, входные вен­ тили заблокированы и базовые выводы транзисторов Т3 и Т 3 через

Фи г . 11.5. У-К-триггер со связями по переменному току (с накоплением за­ ряда).

резисторы R 3, R 4, R b и R s подключены к земляной шине. Когда на­ пряжение на входе синхроимпульсов нарастает (при наличии на установочных входах дополняющих логических сигналов), проис­

на базе транзистора Т , устанавливается низкое напряжение. Через транзисторы Т3и Т вток при этом не протекает, так как на их эмитте­ ры подается высокий уровень с линии синхронизации.

Если ложный сигнал на входе транзистора Г 4 откроет транзи­ сторы Г 4 и Т 6, то ток транзистора Т ъ потечет на земляную шину через транзистор Т 8 и состояние триггера не изменится.

Когда уровень на шине синхронизации падает, ток через тран­ зистор Т г (или Т ъ) прекращается. Состояние триггера Т 7, 7% под­ держивается благодаря заряду, накопленному в обедненной области

вает выходную триггерную схему в состояние, существовавшее на входах ИС во время тактового импульса. После установки выход­ ной триггерной схемы накопленный заряд рассасывается.

Накопленный в диоде заряд защитит триггер от ложного сраба­ тывания, если во время тактового импульса на входной вентиль попадет короткий импульс помехи.

Рассмотренные триггеры с накоплением заряда обладают высо­ ким быстродействием и их срабатывание происходит на двух фрон­ тах: на переднем фронте импульса синхронизации происходит уста­ новка входной триггерной схемы, на заднем — выходной триггерной схемы. Во все другие интервалы времени триггер имеет абсолют­ ную помехоустойчивость независимо от состояния входа синхрони­ зации.

Сброс входного триггера при наличии сигнала синхронизации может быть осуществлен, если сохранить на входах J и К уровень логического 0 до тех пор, пока накопленный заряд не рассосется через резисторы R 3 иТ?4 или R 6 и R^. Если на этот триггер подается полный тактовый импульс при уровнях логического 0 на входах J

иК, то его выходное состояние останется неизменным.

11.3.Применение триггеров

11.3.1.Н А ГРУ ЗК И ПО ВХОДАМ

Во всех случаях применения триггерных ИС необходимо вни­ мательно изучить их паспортные данные. Их информационные вхо­ ды представляют собой стандартные ТТЛ-вентили, однако парамет­ ры входа синхронизации и входов непосредственной установки и сброса могут отличаться от параметров входов обычных вентилей. Эти входные цепи могут быть эквивалентны двум типовым эмиттерным ТТЛ-входам или могут содержать другие нестандартные схемы, так что количество входов синхронизации и входов непосредствен­ ной установки и сброса, которыми может управлять стандартный вентиль, окажется меньше обычного коэффициента разветвления вентиля.

При использовании ИС, содержащих по два триггера в одном корпусе, могут быть случаи, когда половина ИС остается незадействованной. Такой незадействованный триггер должен быть «зафик­ сирован» в состоянии с минимальной рассеиваемой мощностью (см. соответствующие паспортные данные изготовителей).

11.3.3. Д Л И Т Е Л Ь Н О С Т И Ф Р О Н Т О В И М П У Л Ь С О В С И Н Х Р О Н И З А Ц И И

Эксперименты, проведенные автором, показали, что все ТТЛтриггеры способны срабатывать при фронтах тактовых импульсов, которые «по ТТЛ-стандартам» являются очень длинными (лежат в микросекундном диапазоне). Однако необходимо иметь в виду, что фронты сигналов стандартных ТТЛ ИС очень короткие, и при разработке триггеров предполагается, что их управление будет происходить от сигналов ТТЛ ИС. Попытки использовать тактовые импульсы с очень пологими фронтами, например сигналы понижен­ ного сетевого напряжения частотой 50 Гц, как правило, приводят к неправильной работе триггеров. Обычно тактовые импульсы с длительностями фронтов менее 100 нс применять не следует. Хотя сбоев может не наблюдаться даже при более продолжительных фронтах, но незначительные разбросы пороговых уровней схем по входам синхронизации могут в таких случаях приводить в регистрах или счетчиках к неприемлемым рассогласованиям синхросигналов.

12

ТТЛ ИС средней степени интеграции (ТТЛ СИС)

12.1. Что такое СИС?

Схемы средней степени интеграции (СИС) представляют собой большие и сложные логические функциональные схемы, которые изготавливаются так же, как и ТТЛ-вентили, и обычно монтируются в более крупный вариант 14-выводного корпуса, используемого для стандартных вентилей (или непосредственно в стандартные корпуса с 14 выводами) (фиг. 12.1—12.5).

Трудно определить точный предел, после которого схему следует относить к СИС, а не к ИС. В одном из вариантов классификации предлагается считать, что в состав СИС должно входить от 25 до 100 вентилей. Некоторые фирмы считают схему «счетверенное исклю­ ченное ИЛИ» обычной интегральной схемой; другие рассматривают

еекак СИС.

Обычно СИС — не простая совокупность отдельных ТТЛ-вен-

тилей, соединенных друг с другом с помощью металлизации. Вы­ ходные каскады в СИС выполняются только там, где они необхо­ димы — около внешних выводов схемы или на участках с высокой внутренней нагрузочной способностью; эмиттеры фазоразделитель­ ных каскадов ИЛИ для обеспечения требуемого порогового уровня подключаются к земляной шине через диоды, а триггерные схемы могут быть выполнены всего на двух многоэмиттерных транзисто­ рах. Во многих СИС управление установкой всех триггерных схем может осуществляться с помощью подключения эмиттеров транзи­ сторов вентильных схем к внутренней шине синхронизации, в ре­ зультате чего на все эти вентили может подаваться либо запрет, либо разрешение так же, как на транзисторы связи в некоторых типах двухступенчатых триггеров (подразд. 11.2.1.2).

12.2. Преимущества и недостатки СИС

Преимущества СИС аналогичны общим преимуществам ИС — меньшее количество корпусов и, следовательно, меньшие первона­ чальные затраты; меньшее количество межсоединений и обуслов­ ленная этим повышенная надежность; более короткие межсоедине-

компоновки. Если такой расчет дает не соответствующие требованиям результаты, то может оказаться, что надежность оборудования, вы­ полненного на СИС, будет ниже, чем у более крупногабаритного оборудования, выполненного на стандартных ИС.

Следует также тщательно проверять входные нагрузочные пара­ метры СИС. Один вход синхронизации или шина сброса может управ­ лять целым набором схем, выполненных на кристалле СИС, поэтому входные токи таких шин могут в несколько раз превышать входной ток обычного ТТЛ-вентиля.

12.3. Серии СИС

Во время написания этой книги ТТЛ СИС выпускались в составе как серии 54/74, так и серии 9000. В серии 54/74 цифровые обозна­ чения СИС представляют собой просто продолжение нумерации вен­ тилей и триггерных ИС и фактически идут вперемежку, так что по номеру невозможно определить, представляет ли данная схема со­ бой СИС или обычную ИС (например, схемы 7474 и 7476 представ­ ляют собой триггеры, тогда как 7475 и 7477 — СИС регистров-фик­ саторов). Выпускаемые в составе серии 9000 СИС имеют нумерацию, начинающуюся с 9300.

Среди схем серии 54/74 имеются несколько СИС 54Н/74Н и ряд схем 54L/74L, а также схемы со стандартным быстродействием. Во время написания книги фирма Fairchild выпустила серию 9200, схемы которой обладают меньшей по сравнению со схемами серии 9300 рассеиваемой мощностью (и быстродействием).

Насколько автору известно, входные и выходные цепи всех СИС серии 54/74 не отличаются от соответствующих цепей стандарт­ ных ИС (за исключением специальных выходных формирователей с разомкнутым коллектором).

СИС серии 9300 отличаются по конструкции входных и выходных цепей от ИС серии 9000. В паспортах ряда этих СИС приводится схема выходного каскада, которая характерна для ИС серии 54/74 (т. е. с диодом, включенным в эмиттерную цепь одиночного верхнего тянущего транзистора), тогда как у некоторых других СИС эта цепь содержит два последовательно включенных транзистора, как в ИС серии 9000. В паспортах остальных СИС не содержится никакой ин­ формации об использованном типе выходного каскада. Хотя пара­ метры всех СИС (предположительно) удовлетворяют одинаковым техническим требованиям, различие их выходных каскадов может приводить к различным временам выключения при работе на ли­ нии критической длины (гл. 14). Так как в паспортах этих СИС не приводятся длительности фронтов переключения, то определить критическую длину линии оказывается затруднительно.

Во время написания данной книги большинство (если не все) изготовителей СИС серии 9300 выпускали также и СИС серии 54/74.

Однако не все изготовители СИС серии 54/74 выпускали также и СИС серии 9300. Номенклатура СИС серии 54/74 значительно шире, чем номенклатура серии 9300, и вполне возможно, что СИС серии 9300 могут быть в будущем вытеснены схемами серии 54/74 в про­ цессе расширения последней.

12.4. Типы ТТЛ СИС

Будущее двух основных серий ТТЛ СИС пока что является не­ определенным. Неопределенно также будущее и некоторых схем, входящих в состав этих серий. Эти СИС к настоящему моменту раз­ работаны и разрекламированы, но до сих пор не запущены в мас­ совое производство и нет уверенности, что все СИС, перечисляемые в каталогах различных фирм, «удержатся» в них в ближайшие пятьшесть лет. С другой стороны, весьма вероятно, что будут разрабо­ таны новые типы СИС, которые сразу найдут сбыт и будут постав­ ляться со складов готовой продукции по конкурентоспособным ценам.

В связи с такой неопределенностью можно говорить лишь о современных тенденциях в области СИС. Любой перечень функцио­ нальных СИС, выпускаемых в настоящее время, к моменту выхода книги почти наверняка устареет.

тические блоки, мультиплексоры, компараторы и элементы запо­ минающих устройств.

12.4.1. С Д В И Г О В Ы Е Р Е Г И С Т Р Ы

Одной из наиболее распространенных схем средней степени ин­ теграции является схема восьмиразрядного двоичного сдвигового регистра с последовательным вводом и выводом информации, пред­ ставляющая собой просто цепочку из восьми двухступенчатых триг­ геров с общей тактовой шиной и входным вентилем. Каждый триг­ гер этого регистра при поступлении тактового импульса переклю­ чается в состояние, хранимое в предыдущем каскаде, а информация в прямом и инверсном коде снимается только с выходов восьмого триггера.

Другим распространенным регистром является четырехразряд­ ный сдвиговой регистр с параллельным вводом и выводом информа­ ции и сдвигом влево. Его входы, предназначенные для параллель­ ного ввода информации, могут быть внешним образом скоммутированы с его выходами так, что регистр может работать в режиме с последовательным вводом, параллельным выводом и сдвигом в лю­ бом направлении; при использовании соответствующих внешних

вентилей может быть обеспечен режим работы с полностью па­ раллельным вводом и сдвигом в обоих направлениях. Подобные ре­ гистры можно использовать в качестве регистров сдвига, хранения информации и преобразователей информации из последовательной формы в параллельную и наоборот.

12.4.2.Р Е Г И С Т Р Ы - З А Щ Е Л К И

Выпускаемые четырех-, шести- и восьмиразрядные регистрызащелки представляют собой просто группы триггеров (обычно имеющих общую шину синхронизации или установочную шину), каждый из которых имеет один информационный вход.

12.4.3. Ш И Ф Р А Т О Р Ы , Д Е Ш И Ф Р А Т О Р Ы И М У Л Ь Т И П Л Е К С О Р Ы

Наиболее распространенной СИС дешифратора является четы­ рехвходовый двоично-десятичный дешифратор-формирователь, на каждом из десяти выходов которого установлен обычный однотран­ зисторный выходной каскад. Следующей по степени распространен­ ности является, вероятно, СИС дешифратора, преобразующего двоично-десятичный код в семисегментный код, используемый для управления «двухквадратными» семисегментными полупроводни­ ковыми индикаторными устройствами.

Для преобразования входных сигналов, задаваемых в других кодах, например в коде Грея, используются другие типы дешифра­ торов.

Мультиплексоры осуществляют выборку информации с одной из двух, четырех, восьми или шестнадцати входных шин с помощью двоичных управляющих сигналов, поступающих по одному-четырем

гие общие управляющие функциональные схемы.

12.4.4. с ч е т ч и к и

В число выпускаемых СИС счетчиков входят двоичные четырех­ разрядные реверсивные счетчики, шестнадцатеричные и десятичные счетчики и счетчики с пересчетом на 12. Все они представляют собой группы каскадно включенных /-/(-триггеров (которые не являют­ ся полными аналогами описанных в гл. 11 триггеров) с обратными связями, обеспечивающими необходимый коэффициент пересчета. В некоторых счетчиках серии 9300 предусмотрено управление пере­ носом, что позволяет включать их каскадно для построения быстро­ действующих многоразрядных счетчиков.