3. Основные параметры и характеристики ЦИС
По способу представления двоичной информации ЦИС делятся на потенциальные и импульсные.
В потенциальных ЦИС значения 0 и 1 представляются двумя существенно различными уровнями электрического потенциала: высоким и низким.
Положительная логика: низкий потенциал - 0 - U0, высокий потенциал - 1 - U1.
Отрицательная логика: низкий потенциал - 1 - U1, высокий потенциал - 0 - U0.
По закону дуальности переход от положительной логики к отрицательной (инверсия логических переменных и результирующей функции) соответствует замене операции И на ИЛИ, и наоборот:
A× B = A + B;
A + B = A× B.
Чаще в схемотехнике используется положительная логика.
В импульсных ЦИС одно из значений логического сигнала (0 или 1) определяется наличием на выходе схемы импульсов определенной длительности и амплитуды, а другое значение - их отсутствием, т.е. сохранением какого-либо постоянного потенциала. При положительной логике отсутствие импульсов - 0, наличие импульсов - 1.
Сложные функции реализуются с помощью разветвленного соединения логических элементов. При этом выход одного элемента соединяют со входом другого. Поэтому ЦИС удовлетворяют условию самосогласования, т.е. совпадения логических уровней входного и выходного напряжений в рабочих точках (рис.3.1):
UВХ0 = UВЫХ0 ; UВХ1 = UВЫХ1 .
Отличительные признаки потенциальных ЦИС:
·наличие связи по постоянному току между входными и выходными элементами схемы;
35
Вход 1 |
Выход 1 Вход 2 Выход 2 Вход 3 |
Выход 3 |
ЦИС1 
ЦИС2 
ЦИС3 
Рис.3.1. Схема согласования ЦИС
∙возможность управления другими элементами с помощью сигналов ограниченной (импульсов) и неограниченной (уровней) длительностей.
3.1. Основные параметры ЦИС
Параметры, характеризующие цифровые элементы или ЦИС, можно разделить на несколько групп.
1. Функциональные параметры определяют эксплуатационные возможности схемы (предполагается, что логические элементы ЦИС изготовлены по одной элементной базе и их логические функции реализуются одинаково).
Для выбранной (заштрихованной) ЦИС (рис.3.2): Xi - входная логическая переменная, гдеi =1÷ n ;
Fj - логическая функция по каждому j-му выходу, где j =1÷ m ;
n- число входов ЦИС, причем n = n0 + n1 , где n0 - число входов
всостоянии логического 0, а n1 - число входов в состоянии логической 1;
m- число выходов ЦИС;
L- коэффициент объединения по входам;
M- коэффициент объединения по выходам;
N- коэффициент разветвления по выходу (предельное значение
Nназывается нагрузочной способностью схемы).
Параметры L , M , N имеют предельные значения, при которых схема еще работоспособна и выполняет заданную логическую
функцию по каждому выходу Fj .
36
|
|
|
ЦИС |
Выход |
|
|
|
|
|
|
М |
|
|
Входы |
|
Выход |
|
|||
|
|
|
||||
Выход |
X |
i |
|
F |
|
|
ЦИС |
|
ЦИС |
i |
|
ЦИС |
|
n |
|
m |
Вход |
|||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЦИС |
|
Вход |
ЦИС |
|
|
|
|
|
||
|
Вход |
|
|
|
|
|
Рис.3.2. Обобщенная схема возможных соединений в цифровых устройствах
- рассеиваемая мощность в j-м состоянии при статическом режиме;
PРАССР
P = å2т PРАС j . РАССР j=1 2т
2. Измеряемые параметры - это физические величины, измеряемые по характеристикам, с помощью которых определяются функциональные параметры.
а) статические измеряемые параметры определяются по статическим характеристикам:
U 0,U1 (UВХ0 |
= UВЫХ0 |
,UВХ1 |
= UВЫХ1 |
) - напряжения логических |
||
уровней 0 и 1; |
|
|
|
|
|
|
ì |
|
1 |
0 |
|
|
|
ïDU |
ЛВХ =UВХ -UВХ |
|
|
|||
í |
|
=U1 |
-U |
0 |
|
|
ïDU |
ЛВЫХ |
- логический перепад - вели- |
||||
DUЛ = î |
|
ВЫХ |
|
ВЫХ |
||
чина размаха логического сигнала на входе и выходе;
37
I 0 , I1(IВХ0 при UВХ0 , IВХ1 при UВХ1 , IВЫХ0 при UВЫХ0 , IВЫХ1 при
U1ВЫХ) - входные и выходные токи в логических состояниях 0 и 1;
UП - точка переключения передаточной характеристики (пороговая точка PП), т.е. точка пересечения передаточной характери-
стики с |
прямой |
UВЫХ = UВХ. В этой точке соответственно |
||
UВЫХ |
РП |
= UВХ |
. |
Также PП называют точкой неустойчивого рав- |
|
|
РП |
||
новесия, поскольку из этого состояния элемент равновероятно может перейти в состояние 1 или 0;
UПЗ0 ,U1ПЗ - помехозащищенность по уровню 0 и 1, определяется как минимально допустимое постоянное напряжение помехи, которое приводит к изменению логического состояния,
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UПЗ0 = |
|
UП − U 0 |
; |
|||||
U 0 |
|
,U1 |
|
|
|
|
UПЗ1 = |
|
U1 − UП |
|
; |
||||||
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
- входное напряжение в точках единичного усиле- |
|||||||||||||||
ВХD |
|
|
ВХD |
||||||||||||||
ния, в которых выполняется условие |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∂UВЫХ |
|
|
=1; |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
UDD = |
|
UВХ1 |
− UВХ0 |
|
|
∂UВХ |
|
D0 , D1 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
- ширина активной области передаточной |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
D |
D |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
характеристики (области переключения); |
|
|
|
|
|||||||||||||
UПУ0 |
,UПУ1 |
- помехоустойчивость по уровню 0 и 1, определяется |
|||||||||||||||
как максимально допустимое постоянное напряжение помехи, которое не приводит к изменению логического состояния,
U 0 |
= |
|
U 0 |
− U 0 |
; |
||
ПУ |
|
|
ВХD |
|
|
|
|
U1 |
= |
|
U1 − U1 |
|
|
; |
|
|
|
||||||
ПУ |
|
|
|
ВХD |
|
|
|
38
IИП0 , IИП1 - токи, потребляемые схемой от источника питания в состояниях логических 0 и 1;
PСР. ПОТР - средняя мощность потребления,
P |
= P0 + P1 |
= UИП (IИП0 + IИП1 ) |
|
||
СР.ПОТР |
|
2 |
|
2 |
. |
|
|||||
б) динамические измеряемые параметры определяются по динамическим характеристикам:
tC - длительность среза выходного сигнала UВЫХ ; tФ - длительность фронта выходного сигнала UВЫХ ;
tЗД01 - время задержки распространения выходного сигнала UВЫХ , изменяющегося из 0 в 1, относительно входного сигнала UВХ ;
t10ЗД - время задержки распространения выходного сигнала UВЫХ , изменяющегося из 1 в 0, относительно входного сигнала UВХ ;
tЗДСР - среднее время задержки распространения выходного сигнала.
3. Режимные параметры определяют условия проведения измерений и эксплуатации ЦИС:
UИП - номинальное напряжение источника питания;
UИП - допустимое отклонение напряжения источника питания от номинального значения;
IН0 , IН1 - токи нагрузки, при которых определяются величины ло-
гических уровней напряжений UВЫХ0 , UВЫХ1 .
Условия спецвоздействий (радиация, климатические, давление, влажность) также относятся к режимным параметрам.
4. Технико-экономические параметры позволяют сравнивать ЦИС по производственным затратам:
39