16()Логические элементы цифровых устройств. Типы и характеристики логических элементов.

Электрические характеристики ЛЭ делят на статические (входные, выходные, проходные) и динамические. Характеристики ЛЭ экспериментально получают при его работе в составе цепочки идентичных логических элементов.

Статическая проходная (передаточная) характеристика ЛЭ (рис.5.3,б) представляет собой зависимость выходного напряжения от входного U_вых(U_вх) при медленном изменении напряжения на одном входе (на остальных входах должны быть установлены рабочие режимы). На характеристике, обеспечивающей разделение (квантование) логических уровней U⁰ и U¹ выделяют три области, соответствующие следующим состояниям ЛЭ: I – U_вых = U⁰ ; II – U_вых = U¹ ; III – промежуточному (зоне неопределенности). Значения напряжения U_вх , соответствующие границам участков называют порогами переключения V_п⁰ и V_п¹.

Рис. Схема экспериментального определения (а), проходная статическая (б) и динамическая (в) характеристики ЛЭ

В качестве основных параметров элемента приняты логический перепад ΔU =U¹ – U⁰ и ширина зоны неопределенности ΔV_п = V_п⁰ – V_п¹, с которыми связана статическая помехоустойчивость, определяемая как максимальное значение помехи, при которой не происходят ложные срабатывания. Очевидно, что ЛЭ останется в состоянии U_вых = U¹, если положительное напряжение помехи U_п⁺ < V_п⁰ – U⁰ и останется в состоянии U_вых = U⁰ при U_п < U¹ – V_п¹ .

Для оценки степени симметрии характеристики используют понятие напряжения переключения U_п, к которому стремятся пороги переключения в длинной цепочке элементов.

Входная и выходная характеристики описывают соотношения токов и напряжений: I_вх(U_вх), U_вых(I_вых), причем значения втекающего и вытекающего токов зависят от числа элементов на его входе и выходе. В качестве параметра ЛЭ, определяющего его нагрузочную способность вводят коэффициент разветвления по выходу К_раз , как число однотипных элементов , включенных на выходе и задающих такое значение тока, которое не приводит к нарушению нормальной работы. Аналогично вводят коэффициент объединения по входу К_об как число однотипных ЛЭ, которое можно присоединить к входу без нарушения функционирования.

Динамическая характеристика потенциального ЛЭ (рис.5.3,в) определяет быстродействие элемента и снимается при задании сигнала с помощью идентичного элемента. При этом реальные зависимости, описываемые сложными временными функциями, для наглядности аппроксимируют отрезками прямых линий, в результате чего получаются трапецеидальные импульсы.

С динамической характеристикой ЛЭ связан ряд параметров:

• среднее время задержки распространения сигнала: t_{зр ср} = (t_зр ⁰¹ + t_зр ¹⁰) ⁄ 2,

• средняя мощность, потребляемая элементом в статическом режиме: , где V – напряжение электропитания, – потребляемые токи в разных состояниях.

(17)Комбинационные цифровые узлы. Синтез КЦУ.

КЦУ- устр-ва, у которых состоянием на выходе явл-ся состояние, которое на входе.

Комбинационные устр-ва (узлы) реализуют логические ф-ции

y₁ = f₁ (x₁ , x₂ , ...... x_r),

···································

y_q = f_q (x₁ , x₂ , ...... x_r),

причем выходные переменные в такте nТ полностью определяются комбинацией входных переменных в том же такте.

Рис. . Комбинационное устр-во (а) и структура суммирующего узла (б)

Синтез комбинационных узлов содержит этапы:

1. логический, т.е. переход от содержательного к формализованному описанию в виде таблицы истинности, логической формулы и минимизация полученного выражения;

2. структурный, состоящий в реализации логической функции в виде набора типовых элементов, т.е. построение структурной схемы на заданном элементном базисе;

3. схемотехнический, включающий составление принципиальной электрической схемы в соответствии со структурой.

Процесс синтеза (логического, структурного и схемотехнического) включает последовательность типичных операций:

• выбор способа реализации и вида элементной базы, которая определяется с учетом требований к электрическим параметрам (уровни напряжений, помехоустойчивость, потребление и т.д.);

• получение логической функции и ее минимизация;

• преобразование к выбранному базису и способу реализации (на начальном этапе схема проектируется в полном базисе И, ИЛИ, НЕ и затем преобразуется к заданному);

• синтез электрической схемы;

• оптимизация электрической схемы.

Основная процедура логического синтеза состоит в получении булевой функции по таблице истинности и реализации устройства в заданном логическом базисе

Синтез КЦУ(по лекциям): процесс логического синтеза комбинационных устр-в предполагает переход от словесного описания функционированного устр-ва к таблице истинности, затем ее матем. представления к формуле и приведение ее к заданному элементному базису и схемной реализации.