Parametrii de bază ai elementelor logice
Principalii parametri ai elementelor logice includ tensiunea sursei de alimentare, nivelurile de tensiune ale 0 logic și 1 logic, capacitatea de sarcină, imunitatea la zgomot și viteza, consumul de energie.
niveluri de jurnal. 0 și log. 1 la intrarea și la ieșirea microcircuitelor diferă, de regulă, până la 30% din tensiunea sursei de alimentare. În plus, nivelurile logice ale microcircuitelor CMOS diferă semnificativ de nivelurile logice ale microcircuitelor TTL (vezi Fig. 3.8). Deci, în absența curentului de sarcină, tensiunea la ieșirea microcircuitului CMOS coincide cu tensiunea de alimentare (nivel log. 1) sau cu potențialul firului comun (nivel log. 0). Cu o creștere a curentului de sarcină, jurnalul de tensiune. 1 poate fi redus la 90%, iar jurnalul de tensiune. 0 - crește până la 10% din tensiunea de alimentare. La intrarea microcircuitului CMOS, nivelul minim admisibil de log. 1 este 70% și log. 0 - 30% din tensiunea de alimentare.
Capacitatea de încărcare - capacitatea unui element de a lucra pe un anumit număr de intrări ale altor elemente fără dispozitive suplimentare de potrivire este caracterizată de așa-numitul factor de ramificare și este estimată prin numărul de sarcini unitare care pot fi conectate simultan la ieșirea microcircuitul. Factorul de ieșire pentru majoritatea elementelor logice din seria TTL este 10, iar pentru cipurile din seria CMOS este de până la 100.
Trebuie remarcat faptul că, odată cu creșterea capacității de încărcare, alți parametri ai microcircuitelor se deteriorează: viteza și imunitatea la zgomot scad, iar consumul de energie crește.
Imunitatea la zgomot a elementelor logice de bază este evaluată înmoduri statice și dinamice. În acest caz, imunitatea la zgomot static este determinată de nivelul de tensiune aplicat la intrarea elementului în raport cu nivelurile logice 0 și 1, la care starea la ieșirea circuitului nu se schimbă. Pentru elementele TTL, imunitatea la zgomot static este de cel puțin 0,4 V, iar pentru microcircuite din seria CMOS - cel puțin 30% din tensiunea de alimentare.
Imunitatea dinamică la zgomot depinde de forma și amplitudinea semnalului de zgomot, precum și de viteza de comutare a elementului logic și de imunitatea sa la zgomot static. Parametrii dinamici ai elementelor de bază sunt evaluați, în primul rând, prin viteza lor. Cantitativ, viteza poate fi caracterizată prin frecvența limită de operare, adică frecvența maximă de comutare. Frecvența maximă de funcționare a microcircuitelor TTL moderne este de peste 10 MHz, iar microcircuitele bazate pe structuri CMOS sunt de doar 1 MHz.
Frecvența limită este limitată de timpul mediu de întârziere a propagării semnalului (vezi Fig. 3.9)
. (3.1)
Puterea consumată de microcircuit în modul static se dovedește a fi diferită la niveluri de log. 0 (Рlog.0) și log. 1 (Рlog.1) la ieșire. În acest sens, măsurați consumul mediu de energie
. (3,2)
Consumul de energie static mediu al elementelor TTL de bază este de câteva zeci de miliwați, în timp ce pentru elementele CMOS este de peste o mie de ori mai mic.
Trebuie remarcat faptul că atunci când funcționează în modul dinamic, puterea consumată de elementele logice crește. Prin urmare, pe lângă consumul de energie în modul staticPCP, microcircuitele se caracterizează și prin consumul de energie în modul dinamicRDIN, măsurat la maximfrecventa de comutare.
Controlați întrebările și sarcinile
1. Ce tehnologii pentru construirea elementelor logice cunoașteți?
2. Desenați și explicați principiul de funcționare a elementului de bază al logicii diodă-tranzistor. Subliniați dezavantajele din cauza cărora logica diodă-tranzistor nu este utilizată pe scară largă.
3. Desenați și explicați principiul de funcționare al elementului de bază al logicii tranzistor-tranzistor NAND.
4. Desenați și explicați principiul de funcționare al elementului de bază al logicii tranzistorului cuplat cu emițător OR-NOT. Care sunt avantajele ESL față de TTL?
5. Desenați diagrame logice și explicați funcționarea elementelor NAND și NOR implementate pe structurile CMOS.
6. Ce caracteristici ale aplicației cipurilor CMOS cunoașteți?
7. Enumeraţi principalii parametri ai elementelor logice şi explicaţi-i.