1.2 Логічни ел-ти з трьома станами виходу. Принцип дії. Впорядкування роботи декількох ел-тів на одну спільну лінію інтерфейсу (магістральні інтерфейси)

Часто возникает необходимость подключения выходов нескольких цифровых микросхем к одной нагрузке. Одним из способов объединения выходов является использование в выходных каскадах микросхем транзисторов, один из выводов которых (коллектор, эмиттер, сток, исток) нику­да не подключен. Такой вывод называют открытым.

П окажем схематически (рис. 3.25), как объединяются выходы микросхем с открытым коллектором. Такую схему называют «монтажным (проводным) ИЛИ».

Если открытым является коллектор транзистора п-р-п-типа, эмиттер транзистора р-п-р-типа, сток транзи­стора с каналом n-типа, исток транзистора с каналом р-типа, то вывод обозначают символом . Если открытым является коллектор транзистора p-n-р-типа, эмиттер транзистора n-р-n-типа, сток транзистора с каналом р-типа, исток транзистора с каналом n-типа, вывод обозна­чают символом .

Выходные каскады некоторых микросхем могут рабо­тать в таком режиме, когда микросх оказывается фактически отключенной от нагрузки. Это так называемое третье состояние микросхемы. Использование третьего состояния является еще одним способом объединения выходов микросхем, который широ­ко используется в вычислительной технике, при подключении к общей шине многих устройств. Приведем фрагмент схемы, поясняющей возникновение третьего состояния (рис. 3.26). Если оба транз закрыты, то микросх и нагрузка фактически являются разъединенными. Наличие третьего состояния обозначают символом

При использовании в едином цифровом устр-ве микросхем различных серий, и в особенности различных логик, может возникнуть проблема согласования уровней вх и вых напряжений. Для указанных целей производятся специальные микросхемы, которые называют преобразователями уровня сигналов.

1.3 Логічн ел-ти моп/кмоп: базовий лог ел-т. Аналіз амплітудно-передаточної (амплітудної або статичної) хар-ки. Статичні та динамічні параметри.

В микросх n-МОП и р-МОП исп-ся ключи на МОП-транз с n-каналом и динамич нагрузкой и на МОП-транз с p-каналом.

Б азовый эл-т логики п-МОП, реализ ф-цию ИЛИ-НЕ (рис. 3.31). Он состоит из нагрузочного транз Т₃ и двух управляю­щих транз Т₁ и Т₂. Если оба транз T₁ и Т₂ закрыты, то на вых устанавливается высокий уровень напряж. Если одно или оба напряж и₁ и и₂ име­ют высокий ур-нь, то открыв-ся один или оба тран­з Т₁ и Т₂ и на входе устанавливается низкий уро­вень напряж, т. е. реализ ф-ция

Для исключения потребления мощности лог эл-том в статич состоянии исп-ся комплементарные МДП — логич эл-ты (КМДП или КМОП-логика). В микросх КМОП исп-ся комплементарные ключи на МОП-транзисторах. Они от­личаются высокой помехоустойчивостью. Рассмотренный ранее комплементарный ключ фактически явл. эл-том НЕ (инвертором).

К МОП — лог эл-т, реализую­щий ф-цию ИЛИ-НЕ (рис. 3.32), Если входные напря­ж имеют низкие уровни (и₁ и и₂ меньше порогового напряжения «-МОП-транзистора U_{зи порогn}), то транз Т₁ и Т₂ закрыты, транз Т₃ и Т₄ открыты и вы­х напряж имеет высокий уровень. Если одно или оба вх напряж и₁ и и₂ имеют высокий уро­вень, превышающий U_{зи порогn} , то открывается один или оба транз Т_х и Т₂, а между истоком и затвором одного или обоих транз Т₃ и Т₄ устанавливается низкое напряж, что приводит к запиранию одного или обо­их транз Т₃ и Т₄, а следов-но, на вых уста­навл-ся низкое напряж. Т.образом, этот эл-т реализует ф-цию и потребляет мощность от ист питания лишь в короткие проме­жутки времени, когда происх его переключ.

При нулевом вх напряж (Uвх = 0) канал имеет очень большое сопротивл и на вых ключа подается напряж питания через резистор R. Вых напряж лог 1 (U1вых) равно напряж питания +Е. При увелич вх напряж выше U' сопротивл канала постепенно уменьш и на вых подается часть напряж ист питания с делителя, образованного сопротивл канала и резистором R (участок А-В на рис. слева). Сопротивл канала не может уменьш до 0. При вх напряж выше U" сопротивл канала достигает миним величины и дальнейшее увелич вх напряж не влияет на сопротивл канала.

При вх напряж выше U" вых напряж лог 0 (U0вых) определ-ся: U0вых = Е * R_{к мин} / (R + R_{к мин}). Где : Rк – миним сопротивл канала.

На участке А-В, т.е. при входном напряжении от U' до U" электронный ключ работает как аналоговый усилитель с коэф усиления Ku = Uвых / Uвх .Точка пересеч передаточной хар-ки с биссектрисой 1го квадранта (точка С на рис. слева) определяет пороговое напряж U_пор электр ключа.

Переходная хар-ка КМОП ключа приведена на рис. справа. При нулевом вх напряж транз с n-каналом VT1 закрыт, а транз с р-каналом VT2 открыт (сопротивл канала – R_{к мин} ), т.к. к его затвору относит истока приложено напряж ист питания.

Поэтому на вых ключа напряж лог 1: U1вых = +Е. При увелич вх напряж выше U' (точка А на рис. справа) начинает уменьш сопротивл канала транз VT1, а сопротивл канала VT2 - увелич. Вых напряж постепенно уменьш и в конце участка А-В практически доходит до 0 (U0вых = 0) при полном закрыв транз VT2 и уменьш сопротивл канала транз VT1 до величины Rк мин На участке А-В оба транз работают в активном режиме усиления аналог сигнала с коэф усиления по напряж: Ku = Uвых / Uвх .

При этом оба канала имеют конечное сопротивл и через два транз течет сквозной ток от ист питания. С увелич вх напряж выше U" канал транз VT2 закрыв и ток через КМОП ключ от ист питания не потребл. Т. образом, при вх напряж ниже U' а также выше U" ток через КМОП ключ от ист питания практически не течет. Статич потребляемая мощность близка к 0. Пороговое напряж Uпор определ как точка пересеч передаточной хар-ки с биссектр 1го квадранта (точка С). Порогов напряж почти равно половине напряж ист питания. Участок с напряж U'- U" примерно равен 10..20% от напряж ист питания, но имеет технологический разброс относит-но середины напряж ист питания. Поэтому вх напряж низкого лог уровня U0вх должно быть менее 1/3 напряжения ист питания, а вх напряж высокого лог уровня U1вх должно быть более 2/3 напряж питания. Абсол знач напряж ист питания +Е может изменяться в широких пределах от 3 до 15 Вольт. Это позволяет питать КМОП лог схемы от нестабилизированного ист питания, что значительно упрощает и удешевляет ист питания.

Характеристики рассмотренных элементов логики:

Диапазон напряжений питания, В	3..15
Диапазон рабочих температур	-40..+85
Входное напряжение (U1вх/ U0вх)	>3,15/ < 0,9
Выходное напряжение (U1вых/ U0вых)	Eп / 0,1
Входной ток, мкА (I1вх/I0вх)	< 0,3/< 0,3
Выходной ток, мА (I1вых/I0вых)	0,5/0,5
Максимальн.частота переключения, МГц	до 150 МГц