цифровых устройств, необходимо, чтобы все входящие в его состав элементы обладали целым рядом свойств, к которым относятся:

-совместимость уровней входных и выходных сигналов;

-нагрузочная способность;

-формирующее свойство;

-помехоустойчивость.

Совместимость уровней входных и выходных сигналов означает, что входные и выходные уровни сигналов 0 и 1 должны лежать в заданных пределах, при которых не нарушается работоспособность цифрового устройства. Обычно:

Нагрузочная способность логического элемента характеризует его способность получать сигнал от нескольких источников информации и одновременно быть источником информации для ряда других элементов. Нагрузочная способность характеризуется: коэффициентом объединения по входу Коб, который численно равен максимальному числу выходов однотипных ЛЭ, которые могут быть подключены ко входу данного ЛЭ и коэффициентом разделения по выходу, который равен максимальному числу входов однотипных ЛЭ, которые могут быть подключены к выходу данного ЛЭ.

Формирующее свойство ЛЭ определяется видом его амплитудно-передаточной характеристики, под которой понимают зависимость его выходного напряжения от входного. Цвых=ц(ивх)

Помехоустойчивость ЛЭ определяется способностью логического элемента нормально работать при наличии различных помех. Помехи в цифровых устройствах носят, как правило, характер кратковременных импульсов. Различают внешние и внутренние помехи. Внешние помехи связаны с работой городского транспорта, электродвигателей, сваркой и т.д. Уменьшение влияния этих помех осуществляется экранированием аппаратуры.

Ко вторым относятся помехи, амплитуда и длительность которых зависит от работы самой схемы (помехи по цепям питания, наводки в шинах печатных плат, кабелях и т.д.). Допустимая амплитуда помехи зависит от ее длительности. Эта зависимость называется характеристикой импульсной помехоустойчивости.

UHOM. /ч

Изграфика

(рис.146) видно, что при малых длительностях помехи ЛЭ перестает быть чувствительным к сигналу помехи.

---- *--Классификация и

,"iобласть применения ос-

Рис.146. Характеристика импульсной помехоустойчивости.новных типов Г>ЛЭ\ В на-

стоящее время при разра-

ботке ИС наибольшее распространение получили следующие базовые логические элементы (БЛЭ):

-транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ);

-эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ);

-интегрально-инжекторная логика (ИЛ);

-логика на однотипных полевых транзисторах;

-логика на комплементарных полевых транзисторах (КМОП).

В первых трех типах используются биполярные транзисторы, в последних - полевые транзисторы.

Наиболее распространенными на сегодняшний день являются ИС, реализующие ТТЛ и ее разновидности (ТТЛШ). Интегральные схемы данного типа обладают средним быстродействием (Гмак=2050 МГц)и средней потребляемой мощностью.

Интегральные схемы, реализующие ЭСЛ, являются наиболее быстродействующими, однако, они потребляют большую мощность и имеют нестандартные уровни входных и выходных сигналов.

Базовые элементы ИЛ разработаны для БИС. Их отличает высокая степень интеграции, низкое напряжение питания, возможность регулировать в широких пределах быстродействие и потребляемую мощность.

Особенностью ИС, выполненных на полевых транзисторах, является малая потребляемая мощность и возможность работы в широких интервалах питающих напряжений. Микросхемы обладают высокой помехоустойчивостью и технологичностью изготовления.

Базовый элемент транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). Большинство ИС, входящих в состав серий ТТЛ, выполнено на основе двух базовых схем: элемента И-НЕ и расширителя по ИЛИ.

1

Ril

VTi

Xo

VDoZi Z

VDn

+ип

-r\

R5

KVTs

Y

Xo

Rv

VTi MM

а)б)

Рис. 147. Логический элемент И-НЕ (а) и расширитель по ИЛИ (б).

+ип

-о

-4

. VT2

б

4

Элемент И-НЕ состоит из трех каскадов: входного многоэмиттерного транзистора VT1, выполняющего функции логической операции И, фозорасще-пителя VT2 и двухтактного выходного усилителя мощности VT4, VT5.

Если хотя бы на один эмиттер транзистора VT1 подано напряжение логического "О" (Xi - 0), то он будет находиться в режиме насыщения и напряжение на базе VT2 будет также близко к нулю. Транзистор VT2 будет закрыт. При этом VT5 закрыт, VT4 открыт и напряжение на выходе Y-U . Если на все эмиттеры транзистора VT1 подать сигналы логической "1" (высокий уровень напряжения), то все эмиттерные переходы VTi будут заперты и ток от источника питания Un через переход база-коллектор транзистора VT1 поступает в базу транзистора VT2 , переводя его в режим насыщения. При этом VT4 закрывается, а VT5 выходит в режим насыщения. Напряжение на выходе Y-Uu-O.

Нелинейная цепь коррекции R3, R4 VT3 позволяет повысить быстродействие элемента и приблизить его АПХ к прямоугольной. Сопротивление этой цепочки зависит от состояния транзистора VT5 . Если VT5 закрыт, сопротивление цепи максимально(Рц - R3), если открыт, то - минимально (Рц - R4) R3 "R4 .

Построение выходного каскада по двухтактной схеме позволяет повысить быстродействие ЛЭ и снизить потребляемый ток. Резистор R5 ограничивает величину сквозного тока через транзисторы VT4, VT5 .