Основные характеристики и параметры цифровых ИС

Термины, обозначения и определения параметров, характеризующие цифровые ИС, регламентируются ГОСТ 19480 – 89, который соответствует публикациям МЭК 748 – 1, МЭК 748 – 2, МЭК 748 – 3.

Параметры ИС делятся на статические и динамические. К первичным статическим параметрам относятся токи, текущие по выводам ИС и соответствующие напряжения. Причём, токи, вытекающие в ИС, принято считать положительными, а вытекающие – отрицательными.

На основании первичных статических параметров могут быть получены производные параметры, к которым относятся потребляемая мощность, сопротивления, коэффициент разветвления по выходу и помехоустойчивость.

3.1 Параметры и свойства передаточной характеристики ЛЭ U_вых=f(U_вх).

Рассмотрим основные требования к этой характеристике. Так как цифровая схема должна обеспечить чёткое разделение (квантование) уровней логических 0 и 1, то передаточная характеристика должна иметь три точки пересечения с её обращённой передаточной характеристикой (рисунок 4.1).

U_вых

U_вых= U_вх

a

с обращённая хар-ка

b

б) в)

45° U_вх

а)

Рис. 4.1 – Передаточная характеристика цифровой ИС инвертора

На рисунке 4.1,а изображена приемлемая форма передаточной характеристики. Она имеет три точки пересечения со своей обращённой характеристикой.

Точка а и b, в которых К_U= минус 1, соответствуют порогам переключения ЛЭ. Точка с – среднему порогу характеристики.

На рисунках 4.1,б,в приведены примеры неприемлемых передаточных характеристик.

Рассмотрим по передаточной характеристике основные статические параметры ЛЭ (рисунок 4.2).

U_вых

ΔU_п межпороговая зона

U¹

U¹_п

U_л – логический переход.

U_л ΔU_п – величина

межпороговой зоны

U⁰_пом U¹_пом

U⁰_п

U⁰

U⁰ U_п⁰ U_п U_п¹ U¹ U_вх

Рисунок 4.2 – Параметры передаточной характеристики инвертора

Максимально допустимая величина потенциальной помехи, не вызывающая сбоя в цифровой схеме, называется помехоустойчивостью. Статическая помехоустойчивость характеризуется величинами:

U_пом⁰= U_п⁰ – U⁰;

U_пом¹= U¹ – U_п¹;

U_пом⁰ + U_пом¹= U_л – ΔU_п,

где U_л = U¹ – U⁰ – логический перепад;

ΔU_п = U_п¹ – U_п⁰ – ширина межпороговой зоны.

Из анализа этих выражений следует вывод: Для повышения помехоустойчивости надо увеличить логический перепад U_л и уменьшить ΔU_п. Чтобы увеличить U_л необходимо увеличивать напряжение питания U_cc, однако при этом возрастает потребляемая мощность, так как P ~ U_cc². Уменьшить величину ΔU_п можно, если сделать передаточную характеристику в межпороговой зоне более крутой. Чтобы одновременно получить достаточно высокие значения U_пом⁰ и U_пом¹, необходимо использовать такие схемы, у которых U_п располагается посередине между U⁰ и U¹.

Передаточные характеристики реальных цифровых схем имеют определённый разброс, обусловленный влиянием температуры, технологическими разбросами параметров элементов ИС и другими факторами. Поэтому параметры U⁰, U¹, U_п⁰ и U_п¹ также имеют разбросы своих значений (Рисунок 3.3).

Помехоустойчивость определяется для наихудшего сочетания факторов следующим образом:

U_вых

а

а¹ U_пом⁰ = U_п⁰_min – U⁰_max

U_пом¹ = U¹_min – U_п⁰ _max

U_пом⁰ U_пом¹

b

b¹

U⁰ U¹

U_вх

_{min max} U_п⁰_min U_п¹_{maxmin max}

Рисунок 4.3

Кроме статической, различают импульсную динамическую помехоустойчивость – это временная зависимость допустимой амплитуды импульсной помехи от её длительности (Рисунок 3.4).

U_{п и}

допустимые параметры

импульсной помехи

рис.4.4 - Зависимость допустимой

U_п амплитуды импульсной помехи

(стат.) U_{п и} от её длительности t_{п и}

t_{п и}

Импульсные помехи в устройствах имеют большую амплитуду, чем статические, поэтому они могут быть более опасными. В ТУ и справочниках зависимость U_{п и}=f (t_{п и}) не приводится из – за отсутствия надёжных критериев её оценки.