5.2.4.4 Быстродействие

Микросхемы К564 характеризуются сравнительно невысоким по сравнению с ТТЛ ИС быстродействием. Динамические параметры КМОП ИС зависят от сложности схемы, напряжения питания, емкости нагрузки и температуры. На рис. 5.23 приведены зависимости времени задержки распространения входного сигнала ИС К564ЛЕ5, К564ЛА7 от емкости нагрузки и напряжения питания при нормальной температуре. Время задержки распространения сигнала, а также времена фронта и среза линейно возрастают с увеличением емкости нагрузки и температуры.

Изменение напряжения питания от 5 до 10 В увеличивает быстродействие микросхем почти в 2 раза из-за уменьшения сопротивления каналов проводимости.

В табл. 5.9 приведены значения максимального времени задержки распространения сигнала t_PLH, t_РHL для простых ЛЭ при напряжении питания 10 В, С_L=50 пФ и нормальной и повышенной температурах.

Рис. 5.23 - Типовые зависимости времени задержки распространения входного сигнала ИС К564ЛА7 (а, б), К564ЛЕ5(в, г)от емкости нагрузки и напряжения питания при нормальной температуре

Типовое значение температурного коэффициента, используемого для оценки быстродействия микросхемы при температуре выше 25 °С, составляет 0,3 %/°О.

Таблица 5.9 - Максимальные времена задержки распространения сигнала при нормальной и повышенной температурах

5.2.4.5 Напряжение питания

Микросхемы К564 работоспособны в диапазоне напряжений питания 3...15 В. Допустимое отклонение от номинального значения напряжения питания ±10 %. Однако с целью повышения надежности аппаратуры микросхемы следует применять в диапазоне 5...10 В.

5.2.4.6 Входные характеристики

МДП-транзисторы имеют высокое входное сопротивление, поэтому входные токи ИС К564 малы (≤1 мкА). Зависимость входного тока ИС К564ЛЕ5 от напряжения питания при нормальной температуре изображена на рис. 5.24.

Рис. 5.24 - Типовая зависимость входного тока низкого и высокого уровней ИС К564ЛЕ5 от напряжения питания при нормальной температуре

Для защиты транзисторов от повреждения высоким напряжением (пробоя подзатворного диэлектрика статическим электричеством и от тиристорной защелки) каждый вход КМОП ИС снабжают диодно-резисторной охранной цепочкой.

Электростатический разряд возникает, если электростатический заряд с высоким потенциалом относительно земли попадает на выводы ИС. Такой разряд уменьшает надежность микросхем. Первый рязряд часто не вызывает катастрофического пробоя оксидной пленки в микросхеме, однако, он оставляет слабые точки на пленке. Со временем (при повторных разрядах) эти точки продолжают ослаблять пленку, пока пленка не пробивается. Кроме того, еще до полного пробоя пленки электростатические разряды увеличивают токи утечки микросхем. КМОП ИС, хотя бы однажды подвергнутая электростатическому разряду, становится менее надежной.

Уровень безопасного электростатического потенциала ИС К564, обеспечиваемого схемой защиты, составляет 100 В.

Тиристорная защелка является весьма опасным видом отказов ИС К564, она приводит к перегоранию микросхем, расплавлению металлизации. Защелка формируется двумя паразитными биполярными транзисторами, образующими четырехслойную структуру — тиристор На время защелки образуется соединение между U_cc и заземлением, имеющее малый импеданс. Большой импульсный ток переводит тиристор в положение «Включено». Если тиристор пробудет во включенном состоянии достаточно долго (до сотых долей миллисекунды), т. е. если защелка зафиксируется, то ток включенного тиристора может разрушить микросхему. Тиристор срабатывает при кратковременном коротком замыкании на Ucc или заземление, либо при прохождении импульса фототока, создающего прямое смещение на переходе.

Причиной для возникновения тиристорного эффекта может быть наличие входных сигналов, когда питание Ucc находится в стадии выключения, превышение напряжения питания над предельным значением Ucc>15 В, большая скорость нарастания фронта входного импульса (чем она больше, тем легче условия для включения тиристора). Наблюдается зависимость напряжения включения тиристора от логического состояния на входе. При работе КМОП ИС на индуктивную нагрузку или длинную линию связи во время выключения нагрузочной цепи возникают импульсы напряжения, которые воздействуют на выход микросхемы и приводят при определенном сочетании длительности и амплитуды импульса к тиристорному эффекту.

Степень защищенности КМОП ИС от возникновения защелки может быть охарактеризована предельным значением тока, который еще может пройти через тиристорную структуру без образования защелки. Для КМОП ИС К564 ток, фиксирующий защелку, меньше 10...15 мА.

Защитная цепочка на входах микросхем (рис. 5.8,в) состоит из защитного сопротивления R1 и охранных диодов VDl, VD2, VD3, которые замыкают повышенные входные напряжения либо на источник питания U_сс, либо на общую шину. В нормальных условиях работы микросхемы, когда амплитуда входного напряжения не выходит за пределы —0,5≤U_I≤U_cc+0.5 В, отпирания входных диодов не происходит. Значение защитного сопротивления R1 (0,2...2,0 кОм), когда постоянная времени входной цепи не превышает 10 нc, обеспечивает требуемое быстродействие микросхемы.

Предельно допустимый ток входных диодов 10 мА, однако для обеспечения достаточной надежности его следует ограничить до 5 мА.

Источник не должен иметь разнополярных выбросов напряжения питания, превышающих предельные для микросхемы значения напряжения питания: —0,5 и 15 В. При выборосах U_cc <—0,5 В возникает перегрузка диодов защиты прямым током, а приU_cc>15 В возможен пробой оксида или включение тиристорной защелки.

Недопустима подача на вход микросхемы постоянного напряжения U_I> U_cc. При включении аппаратуры на ИС К564 напряжение питанияU_cc должно подаваться раньше входного сигнала, а выключение наоборот.

Для избежания логических ошибок или паразитных колебательных процессов необходимо, чтобы время нарастания и время спада входного сигнала не превышали 10 мкс при U_cc=5 В; 5 мкс приU_cc=10 В; 1 мкс приU_cc=15 В.