цифровые устройства / лекции / 06_ЦУ_ЛЭ_Часть 2_2025
.pdf
Основные параметры ИМС ТТЛ
Задержка распространения сигнала
Передаточная характеристика ТТЛ
Среднее время задержки распространения сигнала
tзр ср 0.5 tзр01 tзр10
11
Правила работы с ТТЛ микросхемами
1.Все серии ТТЛ микросхем имеют одинаковые уровни напряжений логических 0 и 1, поэтому согласования по
уровню микросхем не требуется.
2.Если все входы ЛЭ не используются, то их следует подключить к «земле» (подать лог. 0) или подать на них лог. 1.
3.Если какие-то из входов ЛЭ не используются, то их рекомендуется объединить с каким-либо из рабочих входов (осторожно!).
4.Запрещается соединять выходы ТТЛ-микросхем, кроме специальных случаев (монтажное «И», тристабильный буфер)!
5.Для подачи на вход лог. 0 следует соединить этот вход с «землей» схемы.
6.Для подачи на вход лог. 1:
а) подключить вход источнику питания (+5В) через резистор (1 2)кОм (можно подключать до 20 входов);
б) подключить к отдельному источнику +2,4В +3,6В (уровень лог. 1);
в) оставить вход свободным, в этом случае на нем наводится лог. 1 (снижается помехоустойчивость).
7.Для ослабления импульсных помех рекомендуется по цепям питания подключать керамические (с низкой индуктивностью) конденсаторы 0,1 мкФ на каждые 3 корпуса ИМС.
Недостатком их является кратковременное увеличение мощности, потребляемой в переходных режимах, что вызывает появление в цепи питания импульсов помех. Соответственно при увеличении рабочей частоты наблюдается повышение потребляемой мощности. При большом количестве одновременно переключаемых логических элементов броски тока в цепи питания достигают единиц-десятков ампер. Поэтому по цепи питания около отдельных групп корпусов приходится устанавливать конденсаторы большой емкости, которые компенсируют кратковременные импульсы тока и обеспечивают уменьшение взаимосвязей ЛЭ через цепь питания.
12
Задания для самопроверки
1.Нарисовать схемы логических элементов НЕ, И-НЕ, НЕ с открытым коллектором, НЕ с Z-состоянием. Пояснить принцип действия каждой схемы.
2.Нарисуйте УГО триггера Шмитта с инверсией. Приведите передаточные характеристики инвертора и триггера Шмитта с инверсией. Поясните принцип работы триггера Шмитта с инверсией.
3.С помощью диаграмм поясните как триггер Шмитта реагирует на сигнал с пологими фронтами и шумами.
4.Как с помощью триггера Шмитта преобразовать аналоговый сигнал в прямоугольный? Приведите рисунок.
5.Приведите схему формирователя начального сброса по питанию на базе триггера Шмитта. С помощью диаграмм поясните принцип работы схемы.
6.Приведите схему устранения дребезга контактов на базе триггера Шмитта. С помощью диаграмм поясните принцип работы схемы.
7.Перечислите все способы подачи логической единицы в микросхемах ТТЛ.
8.В каких случаях допускается соединение выходов ТТЛ-микросхем? Почему?
9.Приведите наименование не менее 4-х серий микросхем ТТЛ.
Все задания выполнять без обращения к конспекту лекций и другим источникам!
13
КМОП-логика
Схемы логических элементов построены на комплементарных полевых МОП-транзисторах.
По сравнению с ТТЛ КМОП-микросхемы имеют ряд преимуществ:
малый входной ток;
простота технологического процесса изготовления;
малая потребляемая мощность от источника питания.
Наиболее распространены серии микросхем: К176, К561, 564, 765, КР1564 и др.
КМОП микросхемы работают при напряжениях питания +3В…+15В (+18В).
Ориентировочные значения Uвых 1=0,9Uпит; Uвых 0=0,1Uпит.
С точки зрения выполнения логических функций КМОП ЛЭ идентичны ТТЛ элементам.
14
Схемотехника базовых элементов КМОП-логики
Инвертор
р-канал
Наибольшее распространение получили МДП (МОП)-транзисторы с индуцированным каналом.
Транзисторы работают в противофазе.
F A
Инвертор с Z-состоянием
Y
|
A |
F |
|
n-канал |
|
|
|
0 |
1 |
||
|
|||
|
|
|
|
|
1 |
0 |
|
|
|
|
Принцип действия
а) при A=0 (вход A закорочен на «землю») транзистор VT1 открыт (на истоке +Uпит, на затворе
- 0), а VT2 закрыт (т.к. UA =Uзи2 = 0), => Uвых = UF = Uпит (F=1).
б) при A=1 (UA = Uпит) транзистор VT1 закрыт (на
истоке и затворе +Uпит), а VT2 открыт (т.к. UA =Uзи2 =
Uпит), => Uвых = UF = 0В (F=0).
А |
Y |
E0 |
F |
|
|
|
|
0 |
1 |
0 |
1 |
|
|
|
|
1 |
0 |
0 |
0 |
|
|
|
|
x |
x |
1 |
Z |
|
|
|
|
Принцип действия
а) при Е0=1 транзисторы VT3 и VT4 закрыты. Выход
подвешен (оторван) относительно «земли» и шины
питания. Схема находится в Z-состоянии.
б) при Е0=0 транзисторы VT3 |
и VT4 будут открыты, тогда |
F=Y. |
15 |
Схемотехника базовых элементов КМОП-логики
Логический элемент И-НЕ
р-канал
n-канал
F A B
A |
B |
F |
|
|
|
0 |
0 |
1 |
|
|
|
0 |
1 |
1 |
|
|
|
1 |
0 |
1 |
|
|
|
1 |
1 |
0 |
|
|
|
Транзисторы VT1 и VT2 работают в противофазе.
Транзисторы VT3 и VT4 работают в противофазе.
Принцип действия |
|
|
|
а) при A=0 и B=0 транзисторы VT1 |
и VT3 открыты, а VT2 |
и VT4 закрыты, => Uвых = UF = Uпит (F=1). |
|
б) при A=0 и B=1 транзисторы VT1 |
и VT4 открыты, а VT2 |
и VT3 закрыты, => Uвых = UF = Uпит (F=1). |
|
в) при A=1 и B=0 транзисторы VT2 |
и VT3 открыты, а VT1 |
и VT4 закрыты, => Uвых = UF = Uпит (F=1) |
|
г) при A=1 B=1 транзисторы VT1 и VT3 закрыты, а VT2 и VT4 открыты, => Uвых = UF = 0В (F=0). |
16 |
||
Схемотехника базовых элементов КМОП-логики
|
|
|||||
Логический элемент ИЛИ-НЕ |
F |
A B |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
B |
F |
|
|
|
|
|
|
|
|
р-канал |
|
0 |
0 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
0 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
1 |
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Транзисторы VT1 и VT4 работают в противофазе.
n-канал
Транзисторы VT2 и VT3 работают в противофазе.
Принцип действия |
|
|
|
а) при A=0 и B=0 транзисторы VT1 |
и VT2 открыты, а VT3 |
и VT4 закрыты, => Uвых = UF = Uп (F=1). |
|
б) при A=0 и B=1 транзисторы VT1 |
и VT3 открыты, а VT2 |
и VT4 закрыты, => Uвых = UF = 0В (F=0). |
|
в) при A=1 и B=0 транзисторы VT2 |
и VT4 открыты, а VT1 |
и VT3 закрыты, => Uвых = UF = 0В (F=0) |
|
г) при A=1 B=1 транзисторы VT1 и VT2 закрыты, а VT3 и VT4 открыты, => Uвых = UF = 0В (F=0). |
17 |
||
Схемотехника базовых элементов КМОП-логики
Элемент с открытым стоком (open drain)
F x
И
Транзисторы VT1 и VT2 работают в противофазе.
С
Принцип действия
а) при х = 0 транзисторы VT1 и VT3 открыты, а VT2 закрыт,
=> Uвых = UF = 0В (F=0).
б) при х = 1 транзисторы VT1 и VT3 закрыты, а VT2 открыт,
=> Uвых = UF = Uпит2 (F=1, выход F подтянут к +Uпит2 через резистор Rc в стоковой цепи.
18
Параметры логических элементов КМОП
Передаточная характеристика подобна характеристике ТТЛ с учетом большего диапазона напряжения питания.
Правила работы с КМОП-микросхемами
1.Неиспользованные входы свободными оставлять нельзя: либо подать лог. 0 либо лог. 1.
2.Для подачи лог. 0 вход следует подключить к «земле».
3.Для подачи лог. 1 вход - подключить к источнику питания (без резистора).
4.Паять заземленным паяльником (защита от статического электричества).
19
Согласование ТТЛ и КМОП
1.Питать ЛЭ КМОП тем же напряжением питания, что питается ТТЛ (+5В).
2.Использовать ЛЭ с открытым коллектором (см. рисунок)
Rк =(1-2) кОм
20