Согласование цифровых микросхем между собой

При проектировании цифровых схем, как правило, используют микросхемы одной серии. Однако это не всегда удаётся. Применять микросхемы других серий приходится:

1. когда требуются микросхемы, отсутствующие в данной серии микросхем;

2. когда отдельные узлы схемы должны работать на повышенной частоте;

3. при работе на внешние устройства могут потребоваться микросхемы с повышенной нагрузочной способностью.

Первый пункт не требует комментариев. Обычно малым набором микросхем характеризуются серии с повышенным быстродействием или с повышенной нагрузочной способностью. Серии микросхем с малым набором микросхем также обычно характеризуются высокой стоимостью. Так что первый пункт жёстко связан с оставшимися двумя пунктами.

Что касается второго пункта, то выбор микросхем из различных серий может быть обусловлен двумя причинами.

Первая причина – это стоимость цифрового устройства в целом. Микросхемы с повышенным быстродействием стоят дороже микросхем со средним быстродействием. Микросхемы в одном и том же цифровом устройстве обычно работают на разных частотах. При этом на повышенной частоте работает не более одного процента от общего количества микросхем. В результате применение микросхем с различным быстродействием может существенно снизить стоимость всего цифрового устройства.

Вторая причина – это ток потребления микросхем. В ТТЛ, p-МОП и n-МОП сериях микросхем ток их потребления определяется быстродействием. Чем ниже быстродействие микросхемы (в пределах одной технологии), тем меньше её ток потребления.

Это не относится к КМОП сериям микросхем. В микросхемах, выполненных по КМОП технологии, ток потребления зависит от частоты, на которой работает в данный момент микросхема. Чем выше частота переключения логических элементов КМОП микросхемы, тем выше ток потребления этой микросхемы. То есть ток потребления в этих микросхемах регулируется автоматически, и причиной выбора конкретной серии микросхем остается только их стоимость.

Микросхемы с повышенной нагрузочной способностью обычно входят в состав любой серии микросхем, однако иногда требуются ещё большие токи. В этом случае можно использовать микросхемы из серий с повышенным быстродействием, например К1531. При необходимости формирования на выходе микросхемы потенциалов, превышающих напряжение питания цифровой микросхемы, можно применить микросхемы с открытым коллектором. В крайнем случае, для согласования микросхемы по току или напряжению можно применить транзисторный ключ.