Классификация и основные параметры

Рассмотрим наиболее широко используемую исторически сложившуюся классификацию. Она построена и с учетом того, какие электронные приборы являются основными в соответствующих интегральных схемах, и с учетом особенностей использованных схемотехнических решений

Выделяются следующие классы логических элементов (так называемые логики):

•резисторно-транзисторная логика (PТЛ);

•диодно-транзисторная логика (ДТЛ);

•транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ);

•эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ);

•транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки (ТТЛШ);

•логика на основе МОП-транзисторов с каналами типа р (р-МДП);

•логика на основе МОП-транзисторов с каналами типа n (n-МДП);

•логика на основе комплементарных ключей на МДП-транзисторах (КМДП, КМОП),

•интегральная инжекционная логика И²Л;

•логика на основе полупроводника из арсенала гал­лия GaAs.

В настоящее время наиболее широко используются следующие логики: ТТЛ, ТТЛШ, КМОП, ЭСЛ. Устарела и практически не используется PTJI. Для разрабатываемых в настоящее время устройств можно рекомендовать ис­пользовать КМОП-логику, а также логику на основе GaAs.

Логические элементы и другие цифровые электронные устройства выпускаются в составе серий микросхем. Се­рия микросхем — это совокупность микросхем, характе­ризуемых общими технологическими и схематическими решениями, а также уровнями электрических сигналов и напряжения питания.

Приведенная классификация охватывает не только соб­ственно логические элементы, но и другие цифровые ус­тройства, в том числе микропроцессорные. Однако здесь следует учитывать, что при производстве сложных цифро­вых устройств некоторые логики не использовались и не используются.

Приведем примеры серии микросхем: ТТЛ — К155, КМ 155, К133, KM133; ТТЛШ — 530, KP53I, KM53I, KPI53I, 533, К555, КМ555, 1533, KPJ533; ЭСЛ - 100, К500, К1500; КМОП - 564, K56I, 1564, KPI554; GaAs — К6500;

Каждая серия микросхем, несмотря на то, что она обычно содержит самые разнообразные цифровые устрой­ства, характеризуется некоторым набором параметров, дающих достаточно подробное представление об этой се­рии. При определении этих параметров ориентируются именно на логические элементы — простейшие устройства серии микросхем. В соответствии с этим говорят о параметрах не серии микросхем, а о параметрах логических элементов данной серии.

Рассмотрим наиболее важные из параметров.

Быстродействие характеризуют временем задержки распространения сигнала t_ЗР и максимальной рабочей ча­стотой F_МАКC. Обратимся к идеализированным временным диаграммам, соответствующим элементу НЕ (инвертору) (Рис. 22). Через U_ВХ1 и U_ВЫХ1 обозначены уровни входно­го и выходного напряжений, соответствующие логической единице, а через U_ВХ0 и U_ВЫХ0 — соответствующие логичес­кому нулю. Различают время задержки t_ЗР10 распростране­ния при переключении из состояния I в состояние 0 и при переключении из состояния 0 в состояние I — t_ЗР01 а так­же среднее время задержки распространения t_ЗР, причем t_ЗР= 0,5(t_ЗР10+t_ЗР01).Время задержки принято определять по перепадам уровней 0,5∆U_ВХ и 0,5∆U_ВЫХ. Максимальная ра­бочая частота(F_МАКС) — это частота, при которой сохраня­ется работоспособность схемы.

Рис. 22

Нагрузочная способность характеризуется коэффици­ентом объединения по входу К_ОБ и коэффициентом раз­ветвления по выходу К_раз (иногда используют термин «коэффициент объединения по выходу»). Величина К_ОБ — это число логических входов, величина К_раз — максималь­ное число однотипных логических элементов, которые могут быть подключены к выходу данного логического элемента. Типичные значения их таковы: К_ОБ = 2...8, К_раз =4…10. Для элементов с повышенной нагрузочной способностью К_раз ⁼ 20...30.

Помехоустойчивость в статическом режиме характери­зуют напряжением U_пот которое называют статической по­мехоустойчивостью. Это такое максимально допустимое напряжение статической помехи на входе, при котором еще не происходит изменение выходных уровней логичес­кого элемента.

Важным параметром является мощность, потребляемая микросхемой от источника питания. Если эта мощность раз­лична для двух логических состояний, то часто указывают среднюю потребляемую мощность для этих состояний.

Важными являются также следующие параметры:

•напряжение питания;

•входные пороговые напряжения высокого и низко­го уровня

U_{Вх.I Порог} и U_{Вх.0 Порог} соответствующие из­менению состояния логического элемента;

•выходные напряжения высокого и низкого уровней

U_{ВЫХ I} и U_{ВЫХ 0} .

Используют и другие параметры.