Цифровых интегральных схем

Для успешного синтеза цифровых узлов следует знать функционирование типовых комбинационных схем, выпускаемых промышленностью в виде интегральных микросхем, и которые синтезированы, как правило, в логических базисах И, ИЛИ, НЕ, или ИЛИ-НЕ, а также И-НЕ.

В качестве активных элементов логической микросхемы применяются транзисторы биполярные и полевые. Вид транзисторов используемых в схеме, способ их соединения и другие особенности (например, напряжение питания) определяют уровни логического "0" и логической "1" на входах и выходах. Из всего многообразия схем наибольшее распространение получили следующие типовые схемы логических элементов: ТТЛ (TTL) – транзисторно-транзисторная логика; ТТЛШ (STTL) – ТТЛ с диодами Шотки; ЭСЛ (ECL) – эмиттерно-связанная логика; ИИЛ (I²L) – интегрально-инжекционная логика; МОП-логика – на полевых транзисторах: p-МОП – дырочная проводимость каналов, n-МОП – электронная проводимость каналов, КМОП – комлементарная логика.

Однофункциональный логический базовый элемент – это элемент, реализующий одну булеву функцию. Элементы обрабатывающие информационные сигналы с целью преобразования формы, амплитуды длительности называются вспомогательными.

Интегральные микросхемы (ИМС), выполняющие простейшие операции (И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ и др.), обычно содержат в одном корпусе несколько независимых логических элементов (ЛЭ), связанных только одним питанием. При составлении схемы дискретного устройства часто получается, что отдельные ЛЭ остаются свободными. Рекомендуется такие элементы включать так, чтобы их выходы имели высокий потенциал, для чего входы логических элементов И-НЕ и ИЛИ-НЕ соединяют с общей (земляной) шиной. В этом случае рассеиваемая мощность минимальна, а сами элементы можно использовать для создания логической единицы на входах других приборов.

У ЛЭ, включенных в схему, могут оставаться свободными один или несколько входов. Эти входы следует либо соединять с работающими, либо к ним надо подводить постоянные напряжения U, соответствие уровню логического "0" или "1" – в зависимости от условий.

На практике с неиспользуемыми входами поступать следующим образом:

1. Объединяют с используемым с учетом выполняемых данным входом функций, если это не ведет к превышению нагрузочной способности предыдущего каскада;

2. Соединить с общей шиной (с "0");

3. Для создания уровня логической "1" напряжение на входе должно находиться в пределах 2,4~3,6 В. Непосредственное подключение входов ТТЛ к проводу питания Uп. Недопустимо из-за большого входного тока I_вх.

Логическую "1" на входе ТТЛ обеспечивают одним из следующих способов:

1) подключают к выходу свободного элемента, чаще всего И-НЕ, входы которого соединяют с общей шиной (генератор константы 1); максимальное число входов, подключаемых к элементу, определяется его нагруженной способностью;

2) на неиспользованные входы подают напряжение 2,4~3,6 В от отдельных источников питания;

3) неиспользуемые входы подсоединяют к своему источнику питания (Uп.) Через ограничивающий резистор R=1~2 ком. К этому резистору допускается присоединять до 20 входов МС ТТЛ серий 155 и 133;

4) неиспользуемые входы ТТЛ, на которых постоянно должна быть логическая "1", в крайнем случае, можно оставлять свободными: за счет токов утечки на них устанавливается нужное напряжение, но надо иметь в виду, что этот способ ведет к уменьшению быстро действия и помехоустойчивости, особенно при большой частоте переключений, так как свободные входы подвержены действию наводок.

Если у ЛЭ И-ИЛИ-НЕ в секции И остаются лишние входы, их следует соединить с используемыми входами той же секции.

Если вся секция И не применяется на всех ее входах должен быть "0". Неиспользуемые входы для подключения расширителей по ИЛИ оставляют свободными.