Основные характеристики логических элементов

Интегральные микросхемы малой и средней степени интеграции изготавливают на основе всех рассмотренных технологий. Основными техническими параметрами логических элементов являются быстродействие, потребляемая мощность, помехоустойчивость, нагрузочная способность, уровни напряжения, соответствующие логическому 0 или логической 1.

Познакомимся с ними, анализируя характеристики инвертора (элемента НЕ, рис. 4.9, а).

В справочниках приводится диапазон напряжений, соответствующих уровню логического нуля (U _вх⁰, U _вых⁰) и единицы (U _вх¹, U _вых¹). На рис. 4.8, б показана передаточная характеристика инвертора. При определенном входном напряжении происходит переключение ЛЭ. Обозначены отрезки, характеризующие допустимую величину помехи на входе при низком (U _пом⁰) и высоком (U _пом¹) уровне U _вх. Наименьшая из них приводится в справочниках, характеризуя статическую помехоустойчивость ЛЭ.

При подаче на вход инвертора импульса U _вх выходной сигнал оказывается задержанным на время задержки (рис. 4.9, в). Задержка обусловлена инерционными свойствами транзисторов и перезарядом паразитных емкостей (в основном емкостью нагрузки С _н).

Потребляемая мощность Р _ср определяется как среднее арифметическое значение мощностей, потребляемых ЛЭ в состояниях логического 0 и логической 1 на выходе. Она существенно зависит от частоты входного сигнала. Зависимость Р _ср = F (f) можно снять, подавая с генератора на вход инвертора прямоугольные импульсы со скважностью, равной двум (рис. 4.9, г). Р _ср определяется как сумма статической (Р _ст) и динамической (Р _дин) составляющих. Р _дин = СU ² f возрастает пропорционально частоте, где U — величина логического перепада (U = U _вых¹ – U _вых⁰).

Нагрузочная способность n характеризует число входов аналогичных ЛЭ, которое можно подключить к выходу данного без нарушения его нормального функционирования.

Проводя сравнительный анализ различных типов ИМС, можно отметить, что элементы ТТЛ характеризуются средним быстродействием. Им на смену пришли элементы ТТЛШ повышенного быстродействия и более экономичные. Самыми экономичными являются элементы КМОП. Самыми быстродействующими являются элементы ЭСЛ, но они потребляют большую мощность от источника питания и работают от источника с отрицательной полярностью напряжения питания, хотя и в формате положительной логики.

Основные параметры микросхем серий К155 (ТТЛ), К555 (маломощная ТТЛШ), КР1533 (усовершенствованная маломощная ТТЛШ), КР531 (быстродействующая ТТЛШ) приведены в табл. 4.1.

Таблица 4.1 — Основные параметры серий ТТЛ и ТТЛШ

Основные характеристики микросхем КМОП (серии 564, К1564):

Напряжение питания Е, В…….……………………………….…........3–15

Мощность, потребляемая в статическом режиме, мкВт/ корпус …..0,1

при F = 1 МГц, Е = 10 В, С _НАГР = 50 пФ.…………………………....…20

Помехоустойчивость по входам, В ………………………. не менее 0,3 Е

Средняя задержка распространения сигнала на один

логический элемент при С _НАГР = 15 пФ, Е = 5 В, нс………………..…60