3)Паразитные связи цифровых элементов по цепям питания.
Одной из важнейших задач при просктиронании и эксплуатации ЦУ является борьба со сбоями из-за помех. Типовой проблемой здесь является, в частности, наличие токовых импульсов в цепях питания И С.
При переключениях элементов в цепях питании создаются кратковременные импульсные токи, благодаря чему сами элементы становятся источниками помех для соседних элементов. Токовые импульсы и цепях питания создаются упомянутыми в предыдущем параграфе сквозными токами выходных каскадов типов ТТЛ(Ш) и КМОП, а также токами перезаряда емкостей, что свойственно и всем другим типам элементов. Импульс сквозного тока переключающегося элемента 1 (рис. 1.8, а) протекает через транзисторы выходного каскада, условно изображенные замкнутыми ключами, от источника питания U^ на общую точку схемы GND через линии, имеющие полные сопротивления ZfC, и ZCND. Главную часть сопротивлений составляют индуктивности линий, на которых выделяются напряжения Ul = L di/dt. Протекание сквозного тока создает на линии питания отрицательный импульс, а на линии общей точки ("земли") - положительный. Эти импульсы воздействуют на подключенный вблизи элемента. Для борьбы с этими опасными помехами нужны "хорошая земля" и фильтрация напряжений питания.
"Качество земли" улучшается конструктивными мерами, снижающими со противление ZGND: шины "земли" делаются утолщенными. Для фильтрации напряжений питания между линиями Ucc и "землей" вклю чают конденсаторы. Высокая эффективность этого метода борьбы с паразит ными связями.
4)Вспомогательные элементы цифровых узлов и устройств.
К числу вспомогательных отнесем элементы, не выполняющие логические операции иди запоминание данных, но необходимые для построений ЦУ, элементы задержки, формирования и генерации импульсных сигналов, а также их визуальной индикации. Задержки цифровых сигналов требуются прежде всего для временного согласования распространения сигналов по различным путям в ЦУ с целью борьбы с критическими временными состязаниями, нарушающими работоспособность автоматов с памятью. На практике применяют различные варианты реализации задержек: отрезки обычных или специальных коаксиальных ка белей, цепочки логических элементов, искусственные электромагнитные линии задержки. RC-иепочки, одновибраторы, схемы деления частоты тактовых сигналов. Задержку на большее время можно получить с помощью RC-цепочки. включаемой в цепь передачи сигнала, где она формирует экспо нетшиальные процессы перезаряда емкости через резистор R с постоянной времени RC. В схемах ЦУ задержки на RС-цепочках могут составлять величины до еди ниц миллисекунд. Цепочки RC используются не только непосредственно, но и в форме время- задающих цепей одновибраторов, которые также являются элементами, пригодными для использования в качестве задержек цифровых сигналов (фронтов). Одновибраторы имеют одно устойчивое состояние, которое является исходным. Входной сигнал переводит олновибратор в квазиустойчивое состояние, в котором он находится в течение времени, определяемого параметрами схемы опновибратора Затем одиовнбратор возвращается в свое устойчивое состояние. При этом формируется фронт, который служит выходным сигналом. Значит, длительность квазиустойчивого состояния одновибpaтopa, т е. длительность формируемого им одиночного импульса, и есть время задержки сигнала. На элементах задержки и логических элементах строятся генераторы импульсных последовательностей, Простейший вариант показан на рис.
При нулевом значении сигнала управления Угтр на выходе элемента И-НЕ имеется логическая единица, которая через обратную связь с задержкой на Td перелается на верхний вход элемента. Таким образом, в исходном состоянии верхний вход элемента И НЕ находится в состоянии логической единицы. На логических элементах и элементах задержки строят генераторы, к которым не предъявляются жесткие требования но стабильности частоты (допустимы отклонения порядка процента). Генераторами прямоугольных импульсов служат также; типовые микросхемы мультивибраторов, стабильность частоты которых имеет тот же порядок. Для общения с оператором ЦУ moiyi снабжаться средствами визуальной индикации символьных данных Среди них имеются и сложные устройства, такие как экранные дисплеи, и простые, такие как светодиодные ипдпкаго ры или матрицы. Здесь же рассмотрим только простейшие индикаторы сим иолов, которые могут встретиться проектировщику как объект самостоятельного изготовления.
Преобразование электрических сигналов в видимое изображение может быть основано на разных физических явлениях: светоизлучении полупроводниковых структур, оптических явлениях в жидких кристаллах, электролюминесценции, процессах в газовом разряде и др
Светодиоды изготовляются на основе полупроводниковых материалов (арсенида галлия, фосфида галлия, арсенид фосфида галлия и др.), пропускание тока через которые вызывает их свечение. Яркость свечения евсто диода непосредственно зависит от величины тока. Из нескольких диодов составляютс я индикаторы и матрицы, отображающие буквы и цифры. Широко применяются ссмисегментные индикаторы, в которых семь сегментов-диодов расположены так, что при зажигании определенной их комбинации высвечивается тот или иной символ.
