6. Разновидности Выходов кмоп микросхем и

особенности их подключения

В КМОП, как и в ТТЛ, есть схемы с открытым стоком и Z–состоянием. Выходы логического элемента КМОП не рекомендуется соединять непосредственно между собой, как в ТТЛ. Особенно важно это для элементов с повышенным выходным током. Если требуется увеличить выходной ток, то допускается параллельное соединение входов и выходов логических элементов, но они должны быть из одного корпуса микросхемы. Нельзя применять емкости нагрузки C > 500 пФ для обычных логических элементов и C > 5000 пФ для буферных и высоковольтных оконечных элементов, поскольку такой конденсатор равноценен короткому замыканию для импульса тока; если же последовательно с выходом логического элемента включить гасящий резистор для ограничения импульса тока, то емкость нагрузки может быть любой.

При соединении выходов логического элемента с шиной питания или с корпусной шиной через один из выходных транзисторов протекает ток, ограничиваемый только сопротивлением открытого канала. Этот ток вызывает нагрев транзистора и всего логического элемента и может вызвать тепловой пробой, если рассеиваемая мощность превышает допустимую: 100 мВт для одного транзистора и 500 мВт для корпуса микросхемы. Благодаря отрицательному температурному коэффициенту тока канала МОП транзисторов они обладают внутренней кратковременной защитой от нагрева. Ориентировочные значения токов короткого замыкания и рассеиваемой мощности даны в таблице 1, приведенной в [2].

Таблица 8.1

Токи короткого замыкания и рассеиваемая мощность МОП транзисторов в зависимости от напряжения питания при 25 ⁰ С

	р–каналь	ный	n–каналь	ный
Uпит, В	I, мА	Р, мВт	I, мА	Р, мВт
5	5.1	0,13	4.4	0,097
10	26.5	7,0	25	6,25
15	53	42,1	52.4	41,3

В некоторых КМОП микросхемах выходные каскады имеют повышенную нагрузочную способность, такие микросхемы называют буферными или драйверами. По сравнению с обычными микросхемами они имеют меньшее сопротивление открытого канала, как это можно видеть по таблице 2.

Таблица 8.2

Сопротивление открытого канала выходных транзисторов обычных и буферных микросхем в зависимости от напряжения питания

Напряжение питания, В	5	15
Сопротивление открытого канала, кОм
– при буферном выходном каскаде	1,5	0,5
– при обычном выходном каскаде	2,5	0,75

8.7. Подключение Входов кмоп микросхем

Входы КМОП микросхем никогда не должны оставаться ни к чему неподключенными – это одно из обязательных правил.

Входное сопротивление КМОП микросхем почти на десять порядков больше, чем ТТЛ микросхем, и соответственно, примерно во столько же раз сильнее влияют помехи на “висящий”, ни к чему не подключенный, вход КМОП микросхемы, чем на такой же вход ТТЛ микросхемы.

Из практики работы с микросхемами ТТЛ серий известно, что на свободном, ни к чему не подключенном входе ТТЛ микросхемы самопроизвольно устанавливается так называемая "висячая единица", т.е. напряжение, примерно равное полтора вольта. Это можно показать, анализируя входную статическую характеристику логического элемента ТТЛ, представленную на рис. 2.4.6.1, на которой при входном токе, равном нулю, напряжение примерно равно полутора вольтам.

Практика работы с КМОП микросхемами показывает, что часто при обрыве дорожки платы, идущей к какому–либо входу КМОП микросхемы, на выходе этой микросхемы появляется переменное напряжение с частотой питающей сети.

Иногда при обрыве соединения на входе КМОП микросхемы напряжение на этом входе медленно дрейфует, плавает. При этом возможны так называемые "мерцающие" отказы в работе устройства, когда устройство нормально работает некоторое время, а затем без какой–либо причины оно выходит из строя, а затем, через какое–то время устройство вновь начинает нормально работать.

Из–за тиристорного эффекта, присущего КМОП микросхемам (особенно их первым сериям), устройства с этими микросхемами не разрешается вставлять в разъемы, на которых уже могут присутствовать напряжения питания и входные сигналы. В таких случаях возможны ситуации, когда напряжение на вход КМОП микросхемы поступает раньше, чем напряжение питания. При этом полупроводниковые структуры КМОП инвертора могут открыться аналогично тиристору, включенному анодом к плюсу питания, а катодом, – к земле.

Такой тиристор перегружает источник питания, а главное, перегревается сам, и вполне может через некоторое время (через секунду – другую) сгореть от теплового пробоя. По этой же причине устройства с КМОП микросхемами не разрешается вытаскивать из разъемов на которых присутствуют напряжения питания и входные сигналы.

Без потери работоспособности неиспользуемые И входы КМОП микросхем могут быть подключены непосредственно к плюсу питания, а ИЛИ входы, – к корпусной шине; при этом пороги переключения соседних входов немного смещаются. Можно неиспользованные входы КМОП микросхем подключать параллельно соседним используемым, но при этом эти входы дополнительно нагружают выход предыдущей микросхемы пропорционально числу подключенных входов.

Очень большое входное сопротивление КМОП микросхем позволяет при расчете разветвления сигналов с одного выхода на несколько входов пренебрегать активной, резистивной составляющей их входного сопротивления. Число входов, которые допустимо подключать к одному выходу КМОП микросхемы, определяется эквивалентной входной емкостью одного входа и предельной емкостью нагрузки, при которой характеристики микросхем (в основном динамические) не выходят из заданных пределов.

Входная емкость большинства КМОП микросхем составляет 5 ... 15 пф, а максимальная емкость нагрузки, при которой характеристики микросхем не выходят из заданных пределов, обычно равна 500 пф, поэтому обычно коэффициент разветвления Кразв. = 30 ... 100.

Статическая помехоустойчивость КМОП микросхем зависит от напряжения питания и увеличивается с его ростом. Допустимое напряжение помех можно выразить как долю напряжения питания таким образом:

U⁰_пом  U¹_пом  U_пит / 3.

Особенностью КМОП микросхем является очень большой разброс и нестабильность напряжения переключения, – область входных напряжений, в которой может находиться порог переключения КМОП микросхем, составляет примерно треть напряжения питания (тогда как для ТТЛ микросхем эта область на один … два порядка меньше).