В цифровой аппаратуре в пределах одного узла отдельные микросхемы могут работать с разными частотами. С целью оптимизации схемных решений и снижения стоимости аппаратуры нередко используют микросхемы разных логик и серий. Так как в номенклатуре каждой серии имеются микросхемы со специфическими функциональными свойствами, смешанное включение позволяет наиболее полно реализовать возможности. Возможны следующие варианты:
¾ Соединение однотипных логик (ТТЛ с ТТЛ, или КМОП с КМОП), но разных серий между собой, когда напряжение питания и логические уровни одинаковы. Особых мер для сопряжения не требуется, кроме учета коэффициента нагрузки. Одно из исключений – соединение выходов ТТЛ ИС с входами КМОП серии КР1554 (74АС). При таком соединении необходимо подключать резистор номиналом 560 Ом между линиями сигнала и напряжения питания;
¾ Соединение разнотипных логик (ТТЛ с КМОП и обратно, или ТТЛ с ЭСЛ и обратно), когда не совпадают напряжения питания, логические уровни, токи входов и выходов. Некоторые виды согласования производятся с помощью специализированных микросхем.
Сопряжение КМОП логик с разным напряжением питания.
Входная защитная цепочка КМОП позволяет подавать на входы ЛЭ с напряжением питания +5В повышенное напряжение до 15 В без специального согласования. При обратном соединении КМОП логики с повышенным напряжением питания с логикой с Еп=+5 В требуется использовать преобразователи уровня (например К564ПУ7 с инверсией или К564ПУ8 без инверсии).
Сопряжение КМОП и ТТЛ (ТТЛШ) с одинаковым напряжением питания осуществляется непосредственным соединением выходов ТТЛ с входом КМОП. Важно только, чтобы выход ТТЛ не нагружался одновременно выходами других ИС ТТЛ: в состоянии высокого уровня ИС ТТЛ выходной ток 400 мкА снижает напряжение на выходе предшествующей ТТЛ примерно до 2,4 В, что ниже порогового значения КМОП-логики.
При сопряжении ТТЛ (ТТЛШ) и ЭСЛ проблемы возникают из-за не только различного напряжения логических уровней, но и полярности питания. Соединение разнородных ИС осуществляется с помощью преобразователей уровня, имеющихся в составе серий ЭСЛ (например; ПУ500ЛП128 –ЭСЛ-ТТЛ, ПУ500ЛП129 –ТТЛ-ЭСЛ).
При совместной работе ИС различных серий в пределах одной платы возникают проблемы с помехозащищенностью. ТТЛ (ТТЛШ) микросхемы повышенного быстродействия имеют малое входное и выходное сопротивления и в моменты переключения создают кратковременные выбросы тока в цепях питания, которые могут быть причинами помех. Крутизна фронтов импульсов очень велика и следует считаться с возможностью высокочастотных наводок по сигнальным цепям, особенно при открытых входах, которые действуют подобно антеннам. Особенно чувствительны к воздействию помех ЭСЛ элементы.
Устойчивую работу можно обеспечить применением очень коротких сигнальных концов, продуманным расположением шин питания и заземления, а также использованием групповых емкостных фильтров в цепях питания.
Рекомендуется:
¾ на каждой плате между шиной питания и общей шиной устанавливать 1-2 электролитических конденсатора емкостью 4.7- 10 мкф, а также керамические конденсаторы емкостью 0.047-0.47 мкф на каждые 5-10 корпусов;
¾ для разных групп ИС использовать раздельное питание и заземление;
¾ входные сигнальные линии маломощных серий должны быть разделены с выходными линиями быстродействующих.
Для нормального функционирования устройства на ИС очень важно обеспечить питание микросхем в соответствии с требованиями.
Питание ТТЛ осуществляется напряжением 5 В±5% (ИС общего применения) и 5 В±10% (ИС специального назначения). Микросхемы ТТЛ боятся электрических перегрузок: даже небольшое избыточное напряжение вызывает необратимый пробой. В аппаратуре с сетевым питанием после выпрямителя обычно ставят стабилизатор напряжения. Коэффициент стабилизации может быть невысок, учитывая допуск по питанию.
Питание аппаратуры на ИС КМОП не представляет особых хлопот. Широкий диапазон питающих напряжений, малое потребление, высокая помехоустойчивость обеспечивают работу как от маломощных химических источников тока (батарей и аккумуляторов), простых выпрямителей переменного тока.
Обычные напряжения питания:
+5 В - при самостоятельном использовании,
+10 (9) - В при совместном использовании микросхем серий К164 (К176) с другими сериями КМОП,
+15 В – при работе КМОП с аналоговыми ИС.
Микросхемы КМОП малочувствительные к пульсациям выпрямленного напряжения, пульсации (2-3)% от Еп не отражается на их работоспособности. Поэтому в качестве фильтра достаточно использовать просто конденсатор соответствующей емкости.
ЭСЛ элементы также не требовательны к источнику питания. Напряжение питания для серии К1500 отрицательное и может лежать в пределах -5,7 В £-Еп£-4,2 В, при этом логические уровни не изменяются. Статическая потребляемая мощность довольно велика и составляет около 40 мВт на ЛЭ. Предельный ток эмиттерного повторителя может достигать 55 мА, при сопротивлении нагрузки 50 Ом. Для снижения рассеиваемой мощности предусмотрена возможность подключения нагрузки к дополнительному источнику питания -2 В.
Свободные входы задействованных ИС либо соединяют с работающими либо к ним подводят постоянные напряжения, соответствующие уровням логического 0 или 1 – в зависимости от условий.
На практике с неиспользуемыми входами поступают следующим образом:
¾ объединяют с используемыми входами с учетом выполняемых функций. Для ТТЛ (ТТЛШ) объединение входов не приводит к увеличению суммарного входного тока;
¾ в тех случаях, когда на неиспользуемом входе должен быть уровень логического 0, указанный вход просто соединяют с общей шиной питания;
¾ логическую 1 на входах ТТЛ обеспечивают следующим образом;
o подключают к выходу свободного ЛЭ с инверсией (чаще всего И-НЕ), входы которого соединены с общей шиной. Максимальное число входов, подключаемых к ЛЭ, определяется его нагрузочной способностью;
o Неиспользуемые входы подсоединяют к источнику питания +Еп через ограничивающий резистор сопротивлением 1-2 кОм. К этому резистору допускается присоединять до 20 входов серии К155. Непосредственное подключение входов к проводу питания +Еп недопустимо из-за большого входного тока .
¾ неиспользуемые входы ТТЛ, на которых должна быть логическая 1, в крайнем случае, можно оставлять свободными, но следует помнить, что при этом ухудшается быстродействие и помехоустойчивость, особенно при большой частоте переключения, так как свободные входы подвержены действию наводок;
¾ для КМОП свободные входы также можно объединять с задействованными, но лучше подавать на свободные входы логические 0 или 1, в зависимости от функции работы ЛЭ. При объединении входов несколько изменяется пороговое напряжение ЛЭ, что приводит ухудшению помехоустойчивости.
¾ для КМОП;
o допустимо подключать свободные входы к шинам питания,
o недопустимо оставлять входы свободными. Если какой-нибудь вход останется неподсоединенным, на нем могут возникнуть непредсказуемые напряжения за счет наводок и связей через паразитные емкости.
.