Функциональная полнота системы. Понятие базиса и базисного элемента

Функционально полной системой логических элементов называю такой набор элементов, используя который можно реализовать любую сколь угодно сложную логическую функцию.

Такой набор представляют три элемента ИЛИ, И, НЕ или один из двух универсальных элементов Шеффера и Пирса. Последние считаются базисными, т.к. комбинируя любую из них можно получить устройство для реализации любой логической функции.

Рис 4. Функциональная полнота «логики» реализованная с помощью элемента ИЛИ-НЕ
. И-НЕ	. И	. ИЛИ	. НЕ
а)	б)	в)	г)

Аналогично любой логический элемент можно реализовать на элементах ИЛИ – НЕ и И-НЕ

Этот факт позволяет считать элементы Шеффера и Пирса базисными

Основные характеристики ЛогическихИнтегральныхСхем Для оценки качества ЛИС используются их основные параметры и характеристики, представленные в виде графических зависимостей. Примерный вид этих характеристик представлении на рисунках 5 и 6
Рис 5.Входная	или зависимость величины входного тока от входного напряжения.	Рис6. Передаточная	или зависимость между величиной выходного напряжения и напряжением на одном из входов ИМС при определенных напряжениях на остальных её входах

Входная характеристика позволяет рассчитать условия согласования при подключении к входу какого – либо источника сигнала; передаточная – определяет порог срабатывания (значение напряжений, соответствующих логическим «1 и 0», и помехоустойчивость при работе друг на друга

К основным параметрам ЛИС относятся:

1. Быстродействие – время реакции на изменение сигнала на входе.

2. Коэффициент объединения по входу К_ОБ – число входов, с помощью которых реализуется логическая функция. ().

3. Коэффициент разветвления по выходу – Характеризует нагрузочную способность и показывает

максимальное число аналогичных элементов, которые можно подключить к выходу данного элемента без нарушения его работы ().

4. Помехоустойчивость - максимальное значение помехи на входе, при которой сохраняется нормальная

работа ЛИС.

5. Потребляемая мощность – мощность, потребляемая в состоянии «1» и «0».

Типы логик по виду схемотехнической реализации

Элемент И	Элемент ИЛИ	Диодные логические схемы (практически не применяются, т.к. технически трудно реализовать некоторые логические функции и неизбежно ослабление полезного сигнала при передаче его от одного элемента другому.)
Пример устаревшей диодно транзисторной логики
	Устаревшая, но применяемая еще диодно – транзисторная логика. Недостатком её малое быстродействие, высокая потребляемая мощность и др.

Транзисторно – резисторная логика

И-НЕ - базовый элемент транзисторно транзисторной логики (ТТЛ) с многоэмиттерным транзистором.
Базовый элемент –ИЛИ – НЕ интегрально инжекционой логики (И2Л)
	Обладает довольно высоким быстродействием, которое обеспечивается за счет быстрого роста базового тока на входе за счет ижеккции (впрыскивания) зарядов с коллекторов транзисторов Т1 и Т2. Серия не получила широкого применения

Логические схемы на МДП – элементах получают наибольшее распространение в последнее время из-за высокой технологичности, дешевизны и быстродействии.

Эмиттерно связанной логики (ЭСЛ).

Серия обладает высоким быстродействием, т.к. транзисторы в схеме работают в ненасыщенном режиме..

малое выходное сопротивление обеспечивает согласование выходных и входных уровней логических элементов при их совместной работе и возможность непосредственно подавать сигнал в кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Однако плохо стыкуется с элементами серии ТТЛ. Широкого применения не нашла

по ряду причин

Схема базового логического элемента на дифференциальном усилителе и его передаточная функция
Сигналы на вых1 и вых2 по отношению к друг другу находятся в противофазе, т. к.выходы связаны с разными плечами дифференциального усилителя Т1 – Т4.
Сравнение серий цифровых микросхем
Параметр	ЭСЛ	ТТЛ	КМДП
Быстродействие, нс	1….10	5…50	Более 100
Потребляемая мощность, мВт/эл	20….80	2….40	0,001…0,1
Помехоустойчивость, В	0,1….0,3	0,4….1,1	2….3
Выбор микросхем производится по их параметрам, оценивая их быстродействие, энергопотребление, помехоустойчивость и нагрузочную способность. Однако при этом необходимо учитывать функциональный состав серии, конструктивное оформление и надежность.

Цифровые схемы выполненные на активных элементах не критичны к абсолютному уровню напряжений и отличаются регулярностью структуры.

В настоящий момент наиболее широкое применение приобрели микросхемы ТТЛ с диодами Шотки

(ТТЛШ) и микросхемы на МДП структурах.. последние делятся на одноканальные, в которых и МДП транзистор и МДП резистор имеют канал одного «р» или «n» типа, и комплементарные, в которых используется пара МДП транзисторов с каналами разного типа. Последние предпочтительнее, так как их отличает высокая технологичность, малая потребляемая мощность и высокая степень интеграции

Технология производства транзисторов с р- n переходом и транзисторов МДП структуры похожи, на

число операций при изготовлении транзисторов с МДП структурой меньше. Это сказывается на стоимости

микросхем КМДП серии в лучшую сторону.