18.3 Параметры логических элементов
К основным параметрам логических элементов (логических микросхем) относятся:
– функциональные возможности элемента;
– быстродействие;
– потребляемая мощность;
– помехоустойчивость.
Функциональные возможности логического элемента определяются коэффициентом разветвления п по выходу и коэффициентом объединения т по входу. Под коэффициентом разветвления n логического элемента понимают количество входов аналогичных элементов, которое может быть подключено к его выходу, а под коэффициентом объединения m – число выходов других элементов, которое можно подключить ко входу данного элемента. (Ограничение для коэффициента объединения определяется максимальным входным током элемента, который увеличивается с ростом числа подключаемых выходов других элементов).
Коэффициент n характеризует нагрузочную способность микросхем. Чем больше коэффициенты n и m, тем меньшее количество микросхем потребуется для создания конкретного устройства.
Нагрузочная способность активного логического элемента существенно зависит от типа используемого в нем выходного транзисторного каскада. Для большинства типов интегральных микросхем коэффициент n не превышает 4–10. Для увеличения нагрузочной способности к выходу элемента в случае необходимости подключают буферный усилитель, позволяющим получить n = 20–50.
В существующих сериях интегральных микросхем основные логические элементы (ИЛИ-НЕ, И-НЕ) выполняются, как правило, с небольшим числом входов (m = 2-8). С целью увеличения коэффициента m применяют схему логического расширителя, подключение которой к основным элементам ИЛИ-НЕ, И-НЕ позволяет увеличить коэффициент m до 10 и более.
Быстродействие характеризует время реакции логического элемента на изменение сигналов на входах. Показателем быстродействия логических микросхем является среднее время задержки прохождения сигнала через элемент:
tзс = (tз+ + tз–)/2 , ()
где tз+ – задержка переключения из состояния «0» в состояние «1»;
tз– – задержка переключения из состояния «1» в состояние «0».
Существенным параметром логических элементов является потребляемая мощность от источника питания. В зависимости от типа и серии, мощность, потребляемая логической микросхемой, составляет 1,5 Вт – 1 мкВт. Ее обычно определяют по средней мощности, потребляемой элементом в состояниях «0» и «1». Потребляемая мощность связана с быстродействием микросхем. Микросхемы, потребляющие большую мощность, отличаются, как правило, и высоким быстродействием.
Помехоустойчивость характеризует меру невосприимчивости логических элементов к изменению своих состояний под воздействием напряжения помех. Помехи, действующие на входе логической микросхемы, подразделяются на статические и импульсные (статическая и импульсная помехоустойчивость). Статическими называют помехи, напряжение которых остается постоянным в течение времени, значительно превышающего длительность переходных процессов в схеме. Причиной их появления являются падения напряжения в проводниках, соединяющих микросхемы в устройстве. Статическая помехоустойчивость характеризуется максимальным напряжением помехи Uп, которое может быть подано на вход логического элемента, не вызывая при этом его ложного срабатывания.
Импульсные помехи обусловливаются различными наводками от соседних работающих установок. Импульсная помехоустойчивость характеризуется напряжением импульса Uпи, величина которого зависит от формы и длительности импульса.
К действию помех наиболее чувствительны микросхемы, имеющие малый перепад логических уровней. На помехоустойчивость оказывают влияние вид схемы, режим работы транзисторов, напряжение источников питания и т. д. Для уменьшения влияния помех необходимо рационально компоновать корпусы микросхем на печатных платах, осуществлять соответствующие развязки по цепям напряжений питания, а в некоторых случаях экранировать цепи связи между элементами или отдельные блоки.
1 Резисторы, конденсаторы, трансформаторы, дроссели, коммутационные устройства РЭА: Справ. / Н.Н. Акимов, Е.П. Ващуков, В.А. Прохоренко, Ю.П. Ходоренко. – Мн.: Беларусь, 1994. – 591 с.
2 Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника: Учеб. пособие для приборостроит. спец. вузоы. – М.: Высш. шк., 1991 – 622 с.
3 Кликушин Ю.Н., Михайлов А.В. Электроника в приборостроении. Тексты лекций. - Омск: ОмГТУ, 2000.
4 Кончаловский В.Ю. Цифровые измерительные устройства. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 304 с.
5 Орнатский П.П. Автоматические измерения и приборы. – Киев: Вища школа, 1986. – 560 с.
6 Пароль Н.В., Кайдалов С.А. Знакосинтезирующие индикаторы и их применение. – М.: Радио и связь, 1988. – 128 с.
7 Сергеев В.М. Электроника. Ч.1: Элементная база, аналоговые функциональные устройства: Учеб. пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2000. – 128 с.
8 Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – Л.: Энергоатомиздат, 1988. – 304 с.
9 ИС для вторичных источников питания [Электронный ресурс]: содержатся основные сведения об интегральн. схемах стабилизаторов и конвертеров напряжения: ноябрь 2004. – Режим доступа: http://www.radiotexnika.ru/spravochnik/adv/advh48.php. – Загл. с экрана.
10 DC-DC конвертер 1156ЕУ5 [Электронный ресурс]: содержатся сведения о характеристиках и схемах включения в составе стабилизаторов и конвертеров напряжения: октябрь 2001: научно-технический центр схемотехники и интегральных технологий: Россия, Брянск. – Режим доступа: http://www.promelec.ru/pdf/1156eu5.pdf. – Загл. с экрана.
11 Забродин Ю.С. Промышленная электроника: Учеб. для вузов. – М.: Высш. школа, 1982. – 496 с.
12 Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. – М.: Мир, 1982. – 512 с.
13 Достал И. Операционные усилители: Пер. с англ. – М.: Мир, 1982. – 512 с.
14 Цапенко М.П. Измерительные информационные системы. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 439 с.
15 Алексенко А.Г. и др. Применение прецизионных аналоговых микросхем / А.Г. Алексенко, Е.А. Коломбет, Г.И. Стародуб. – М.: Радио и связь, 1985. – 256 с.
16 Коломбет Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов. – М.: Радио и связь, 1991. – 376 с.
17 Аналоговые и цифровые интегральные микросхемы / Под ред. С.В. Якубовского. – М.: Радио и связь, 1985. – 432 с.
18 Игловский И.Г., Владимиров Г.В. Справочник по слаботочным электрическим реле. – Л.: Энергоатомиздат, 1990. – 560 с.
19 Ханзел Г.Е. Справочник по расчёту фильтров: США, 1969 / Пер. под ред. А.Е. Знаменского. – М.: Сов. радио, 1974. – 288 с.
20 Вольтметр импульсного напряжения стробоскопический вычислительный В4-24 // Проспект по применению. – ЦООНТИ «ЭКОС». – 1990. – 21 с.
21 Суэтинов В.И., Тимошенков В.П., Гайдис Р.А. Интегральная схема стробсмесителя на арсениде галлия // Техн. ср-в связи. Сер. РИТ. – 1987. – Вып. 4. – С. 80–87.
22 Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Пер. с англ. – М.: Мир, 1983. – Т. 2. – 590 с.
23 Чередов А.И. Измерительные преобразователи параметров ёмкостных датчиков: Учебн. пособие. – Омск, ОмПИ, 1988. – 80 с.
24 Кликушин Ю.Н., Кривой Г.С., Ярошевский М.Б. Расчёт измерительных цепей на операционных усилителях. – Учеб. пособие. – Омск: ОмПИ, 1981. – 79 с.
25 Сифоров В.И. Радиоприёмные устройства. – М.: Сов. радио, 1974. – 560 с.
26