Сравнительная оценка базовых логических элементов

Интег­ральные микросхемы семейства транзисторно-транзисторной логики ТТЛ характеризуются сравнительно высоким быстродей­ствием при относительно большой потребляемой мощности, высокой помехоустойчивостью и большой нагрузочной способ­ностью. Промышленность выпускает несколько разновидностей ТТЛ интегральных микросхем (ИМС), в том числе ИМС с дио­дами Шоттки (ТТЛШ) повышенного быстродействия (но боль­шей мощности потребления) и маломощные (но с меньшим бы­стродействием).

Микросхемы ЭСЛ-типа являются наиболее быстродействую­щими. Это обусловлено, в частности, тем, что транзисторы эле­мента работают в активном режиме, что исключает время выхода из насыщения; перезарядка нагружающих вывод емкостей про­исходит достаточно быстро через малое выходное сопротивле­ние эмиттерных повторителей. Наряду с высоким быстродействи­ем и большой нагрузочной способностью ЭСЛ-элемент отлича­ется меньшей, чем ТТЛ-элемент, помехоустойчивостью (ввиду того, что для его переключения достаточен небольшой перепад входного напряжения), а также относительно большим потреб­лением энергии (за счет работы транзисторов в активном режи­ме и малых сопротивлений резисторов, дополнительно обеспе­чивающих быстродействие), что повышает требования к источ­никам питания и системе охлаждения.

Микросхемы КМОП-типа отличаются исключительно малым потреблением энергии, за счет чего температура кристалла не превышает допустимой при весьма большом количестве компо­нентов на нем. Это позволяет изготовлять большие интеграль­ные схемы (БИС) КМОП-типа с наивысшей в настоящее время степенью интеграции. Малая потребляемая мощность позволяет использовать аппаратуру на КМОП ИМС при ограниченных воз­можностях источников питания. Вместе с этим КМОП ИМС отличают высокая помехозащищенность, а большое входное со­противление КМОП-элемента, нагружающего данный, обеспе­чивает его высокую нагрузочную способность (большой коэф­фициент разветвления по выходу). Наряду с этим КМОП-эле-мент имеет ограниченный коэффициент объединения по входу. Это связано с тем, что число входов равно числу нагрузочных транзисторов; за счет значительного падения напряжения на боль­шом количестве отпертых нагрузочных транзисторов напряже­ние U¹,лог. 1 на выходе может существенно снизиться. По быс­тродействию микросхемы КМДП-типа принципиально уступа­ют микросхемам ЭСЛ- и ТТЛ-типов.

В табл. 1.3.4.1. сведены усредненные параметры элементов рас­смотренных типов. Конкретные параметры микросхем разных серий приведены в справочниках.

Таблица 1.3.4.1.

Заметим, что в ряде случаев цифровое устройство приходит­ся выполнять на микросхемах разных типов (например, ТТЛ и ЭСЛ). При этом для согласования уровней лог. 1, а также лог. 0 применяют преобразователи уровней.