1. Основные параметры и характеристики логических элементов

Логические элементы характеризуются следующей системой параметров:

– потенциалы, соответствующие 0 и 1;

– , ;

– порог переключения ;

– число входов (коэффициент объединения по входу);

– входные токи приипри;

– коэффициент разветвления по выходу (нагрузочная способность);

– устойчивость к помехам положительной и отрицательной полярности ,;

– мощность или ток, потребляемые от источника питания;

– задержки переключения из состояния 0 на выходе в состояние 1 ииз состояния 1 в состояние 0. Параметры определяются по статическим и переходным характеристикам.

Основной статической характеристикой логических элементов является передаточная характеристика – зависимость потенциала на выходе от потенциала на одном из входов при постоянных значениях потенциала (или) на остальных входах. По типу передаточной характеристики элементы делятся на инвертирующие, на выходе которых образуется инверсия входных сигналов (элементы НЕ, И–НЕ, ИЛИ–НЕ и др.), и неинвертирующие, сигналы на выходе которых не инвертируются (элементы И, ИЛИ и др.). Типичная передаточная характеристика инвертирующего элемента показана на рис. 1.1,а, неинвертирующего – на рис. 1.1,б.

а) б)

Рис. 1.1. Передаточные характеристики инвертирующего (а) и неинвертирующего (б) логических элементов

Так как в цифровом устройстве должно быть обеспечено четкое разделение (квантование) уровней логических 0 и 1, то передаточная характеристика имеет три явно выраженных участка: I – соответствующий состоянию ,II – состоянию ,III – промежуточному состоянию. Значения потенциала , соответствующие границам участков, называютсяпорогами переключения и, область между порогами –зоной неопределенности.

Из других статических характеристик ЛЭ можно отметить входную характеристику (служит для определения входных токов, вытекающего из схемы при,и втекающего в схему при) ивыходные характеристики ,.

Коэффициент объединения по входу определяет число входов элемента, предназначенных для подачи логических переменных. Элемент с большим коэффициентом объединения по входу имеет более широкие функциональные возможности.

Нагрузочная способность (или коэффициент разветвления по выходу) определяет число входов аналогичных элементов, которое может быть подключено к выходу данного элемента. Чем выше нагрузочная способность элементов, тем меньшее число элементов может потребоваться при построении цифрового устройства.

Быстродействие логического элемента оценивается задержкой распространения сигнала от входа к выходу элемента. На рис. 1.2 показаны переходные характеристики инвертирующего и неинвертирующего логических элементов. Средняя задержка распространения сигнала . Этот параметр используется при расчете задержки распространения сигналов в сложных логических схемах.

Помехоустойчивость оценивается наибольшим напряжением помехи, действующей на входе, которое не вызывает ложного переключения элемента из 1 в 0 или наоборот. Помехоустойчивость логического элемента можно оценить по передаточной характеристике.

, ; (1.1)

, (1.2)

где – логический перепад;– ширина зоны неопределенности.

Рис. 1.2. Переходная характеристика логического элемента