Микросхемы с диодами Шоттки (ТТЛШ)

Недостатком обычных транзисторных ключей является наличие режима насыщения в открытом состоянии. При этом увеличивается время перехода транзистора из проводящего состояние в закрытое вследствие необходимости рассасывания избыточных носителей из периферийных областей транзистора. Чтобы транзистор не входил в насыщение, между коллектором и базой включают диод. На рис. 6, а изображено подключение диода Шоттки VD_ш к транзистору VT, на рис. 6, б — символ транзистора Шоттки

Рис.6.

Диод Шоттки имеет пороговое напряжение открывания порядка (0,2÷0,4 В) в отличии от порогового напряжения кремниевого р-п-перехода 0,7 В и значительно меньшее время жизни неосновных носителей в полупроводнике.

Транзистор удерживается от перехода в насыщение диодом Шоттки с низким порогом открывания (0,2÷0,4В), поэтому предотвращается вхождение транзистора в режим

Семейства ТТЛ микросхем

Стандартные ТТЛ микросхемы - это микросхемы, питающиеся от источника напряжения +5В. Зарубежные ТТЛ микросхемы представлены серией SN74. Конкретные микросхемы этой серии обозначаются цифровым номером микросхемы, следующим за названием серии. Например, в микросхеме SN74S00 содержится четыре логических элемента "2И-НЕ". Аналогичные микросхемы с расширенным температурным диапазоном получили название SN54 (отечественный вариант - серия микросхем К133).

Отечественные микросхемы, совместимые с SN74 выпускались в составе серий К134 (низкое быстродействие низкое потребление - SN74L), К155 (среднее быстродействие среднее потребление - SN74) и К131 (высокое быстродействие и большое потребление). Затем были выпущены микросхемы повышенного быстродействия с диодами Шоттки. В названии зарубежных микросхем в обозначении серии появилась буква S. Отечественные серии микросхем сменили цифру 1 на цифру 5. Выпускаются микросхемы серий К555 (низкое быстродействие низкое потребление - SN74LS) и К531 (высокое быстродействие и большое потребление - SN74S).

В настоящее время отечественная промышленность производит микросхемы серий К1533 (низкое быстродействие низкое потребление - SN74ALS) и К1531 (высокое быстродействие и большое потребление - SN74F).

За рубежом производится трехвольтовый вариант ТТЛ микросхем - SN74ALB

Логика на комплементарных МОП транзисторах (КМОП)

Микросхемы на комплементарных транзисторах строятся на основе МОП транзисторов с n- и p-каналами. Один и тот же потенциал открывает транзистор с n-каналом и закрывает транзистор с p-каналом. При формировании логической единицы открыт верхний транзистор, а нижний закрыт. В результате ток через микросхему не протекает. При формировании логического нуля открыт нижний транзистор, а верхний закрыт. И в этом случае ток через микросхему не протекает. Простейший логический элемент - это инвертор. Его схема приведена на рис. 6.

Рис. 6.

Особенностью микросхем на комплементарных МОП транзисторах является то, что в этих микросхемах в статическом режиме ток практически не потребляется. Потребление тока происходит только в момент переключения микросхемы из единичного состояния в нулевое и наоборот. Этим током производится перезаряд паразитной ёмкости нагрузки.

Схема логического элемента "И-НЕ" на КМОП микросхемах приведена на рис. 7.

Рис. 7.

Транзисторы V1, V2 образуют активную нагрузку. Если на выходе требуется сформировать высокий потенциал, то транзисторы открываются, а если низкий - то закрываются. В этой схеме, так же как и в схеме на рис.6, если транзисторы верхнего плеча будут открыты, то транзисторы нижнего плеча будут закрыты, поэтому в статическом состоянии ток микросхемой от источника питания потребляться не будет.

Табл.1. Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию "2И-НЕ"

x1	x2	Y	Состояния транзисторов
			VT1, VT2- открыты; VT3,VT4 - закрыты
			VT1, VT3- открыты; VT2,VT4 - закрыты
			VT2, VT4- открыты; VT1,VT3 - закрыты
			VT3, VT4- открыты; VT1,VT2 - закрыты

В настоящее время именно КМОП микросхемы получили наибольшее развитие.

В рассмотренных схемах для упрощения не показывались защитные диоды. Полная схема КМОП инвертора приведена на рис. 8.

Рис.8..

Диоды VD1 и VD2 были введены для защиты входного каскада от пробоя статическим электричеством.

Логические уровни КМОП микросхем

Логические уровни КМОП микросхем при пятивольтовом питании показаны на рис.9.

Рис.9.

Границы уровней логического нуля и единицы для КМОП микросхем при пятивольтовом питании приведена на рис. 10.

Рис. 10. Уровни логических сигналов на входе цифровых КМОП микросхем.

Из рисунка 10 видно, что запас по уровням срабатывания для обеспечения помехоустойчивости у КМОП более 1,1 В. Это почти втрое больше чем у ТТЛ.

При уменьшении напряжения питания границы логического нуля и логической единицы смещаются пропорционально изменению напряжения питания.

Семейства КМОП микросхем

Первые КМОП микросхемы не имели защитных диодов на входе, поэтому их монтаж представлял значительные трудности. Это семейство микросхем серии К172. Следующее улучшенное семейство микросхем серии К176 получило эти защитные диоды. Оно достаточно распространено и в настоящее время. Серия К1561 (иностранный аналог этих микросхем - C4000В.) завершает развитие первого поколения КМОП микросхем. В этом семействе было достигнуто быстродействие на уровне 90нс и диапазон изменения напряжения питания 3..15В.

Дальнейшим развитием КМОП микросхем стала серия SN74HC. Эти микросхемы отечественного аналога не имеют. Они обладают быстродействием 27нс и могут работать в диапазоне напряжений 2..6В. Они совпадают по цоколёвке и функциональному ряду с ТТЛ микросхемами, но не совместимы с ними по логическим уровням, поэтому одновременно были разработаны микросхемы серии SN74HCT (отечественный аналог - К1564), совместимые с ТТЛ микросхемами и по логическим уровням.

В это время наметился переход на трёхвольтовое питание. Для него были разработаны микросхемы SN74ALVC с временем задержки сигнала 5,5нс и диапазоном питания 1,65..3,6В. Эти же микросхемы способны работать и при 2,5 вольтовом питании. Время задержки сигнала при этом увеличивается до 9нс.

Наиболее перспективным семейством КМОП микросхем считается семейство SN74AUC с временем задержки сигнала 1,9нс и диапазоном питания 0,8..2,7В.