4.4. Принципы построения логических элементов

Логическими элементами называют такие узлы цифровых ИС, которые в ответ на появление входных сигналов вырабатывают выходные сигналы по определённому алгоритму. В ЦИС такие сигналы характеризуются или логическим значением (0 или 1) или электрическим значением (низкое или высокое значение напряжения или тока).

Простейшими логическими элементами являются элементы И, ИЛИ, НЕ. Эти элементы образуют так называемую функционально полную систему логических элементов. На основе функционально полной системы можно реализовать сколь угодно сложную логическую функцию. Для изготовления ИС более удобными могут оказаться другие функционально полные системы, например, система из элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ.

На рис. 22,а и 22,б представлены условное обозначение и таблица истинности двухвходового элемента И. В элементе И используется последовательное соединение транзисторных ключей, рис. 22,в. Ключей может быть сколь угодно много, но не менее двух. Протекание тока здесь возможно только тогда, когда замкнут И первый, И второй, И все другие ключи схемы.

Рис. 22,а,б,в

На рис. 23,а и 23,б представлены условное обозначение и таблица истинности двухвходового элемента ИЛИ. В элементе ИЛИ используется параллельное соединение транзисторных ключей, рис. 23,в. Протекание тока здесь возможно при замыкании ИЛИ первого, ИЛИ второго, ИЛИ любого другого ключа схемы.

Рис. 23,а,б,в

На рис. 24а, б представлены условное обозначение и таблица истинности элемента НЕ. Эту функцию выполняют почти все виды транзисторных ключей, в том числе МДП- и КМДП- ключи (рис. 18, 20). Такие ключи выполняют инверсию 0 в 1, а 1 в 0, поэтому их часто называют инверторами.

Рис. 24,а,б

На рис. 25а,б приведены условное обозначение и таблица истинности повторителя. Он используется, если цифровой сигнал нужно, не изменяя логического значения, усилить для увеличения нагрузочной способности.

X	Y
0	1
1	0

Рис. 25,а Рис. 25,б

Кроме того, как в любом другом ключе, в повторителе возникает некоторая задержка на время t = (t₀₁ + t₁₀) / 2, которая может понадобиться для компенсации задержки распространения сигнала на входах логических элементов. Так, в схеме на рис. 26,а сигнал поступает на вход x₁ быстрее, чем на вход x₂ из-за разной длины соединительных проводников.

Рис. 26, а Рис. 26, б

Поэтому две единицы могут появиться на входах в разное время, и элемент «не сработает». Решением является введение в схему повторителя с задержкой t = τ₂ - τ₁, (рис. 26,б) . Здесь τ₂ и τ₁ – задержки распространения в проводниках к первому и второму входам элемента И.