рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Основные параметры цифровых логических микросхем.

Основные параметры цифровых логических микросхем. - раздел Высокие технологии, Стандартные серии цифровых интегральных микросхем Различают Электрические (Статические, Динамические), Схемотехнические, Констр...

Различают электрические (статические, динамические), схемотехнические, конструктивные, интегральные и другие параметры цифровых интегральных микросхем.

К основным статическим параметрам относятся:

· входные напряжения низкого UIL и высокого UIH уровня. (UIL- Low-level input voltage; UIH -High-level input voltage);

· выходные напряжения низкого UОL и высокого UOL уровня. (UОL - Low-level output voltage; UOH- High-level output voltage);

· входные токи при низком IIL и высоком IIH уровнях входных сигналов. (IIL- Low-level input current; IIH- High-level input current);

· выходные токи при низком IОL и высоком IОH уровнях выходных сигналов (IOL -Low-level output current; IOH -High-level output current);

· входные и выходные пороговые напряжения логических «0» (низкого уровня) и «1» (высокого уровня);

· токи потребления при низком ICCL и высоком ICCH уровнях выходных сигналов;

· нагрузочная способность;

· помехоустойчивость;

· потребляемая мощность.

В микросхемах, выполненных по технологии ТТЛ, ТТЛШ, в качестве стандартных приняты следующие значения входных/выходных напряжений:

 

UIH ≥ 2,0 В; UIL ≤ 0,8 В; UOH ≥ 2,4 В UОL ≤ 0,4 В.

 

Значения токов высокого и низкого уровней на входе и выходе логического элемента зависят от типа элемента и технологии его изготовления (стандартная TTL, LS, AS, ALS, F и др.). Токи IОH и IОL, IIH и IIL протекают в противоположных направлениях. Причем IОL >> IОH. втекающие токи (IOL , IIH) имеют положительный знак, а вытекающие (IОH , IIL) – отрицательный. Однако на практике для удобства чаще пользуются их модулями.

Ток, потребляемый от источника питания, зависит от технологии изготовления и типа логического элемента. Например, для логического элемента, выполненного по ЭСЛ технологии, без учета нагрузки он почти постоянный и не зависит от состояния. Для логического элемента, выполненного по TTL технологии, ток потребления имеет разные значения для состояний «0» и «1». Кроме того ток потребления существенно увеличивается во время переходных процессов при переключении логического элемента (амплитуда и продолжительность выбросов тока потребления зависят от характера и величины нагрузки, длины линии связи и других факторов).

Отношения nL=IOL/IIL и nH=IOH/IIH характеризуют нагрузочную способность логических элементов. Иногда этот параметр называют коэффициентом разветвления. Его значение n = min(nL , nH ) определяет максимальное число входов, логического элемента, которое допустимо подключать к выходу логического элемента этой же серии. Например, для базового элемента серии SN74

n = nL= nH= 10,

а для базового элемента серии SN74ALS

n=nH= 20.

Помехоустойчивость оценивается наибольшим напряжением помехи на входе, которое не вызывает ложного переключения элемента из состояния логического «0» в состояние логической «1» и наоборот. Граничное (наихудшее) значение величины помехоустойчивости логического элемента можно определить из выражений:

 

Δ UH= UOH min – UIH min =2,4 -2,0 = 0,4 В;

Δ UH= UIL max – UOL max =0,8 -0,4 = 0,4 В.

 

Таким образом, помехи с уровнем напряжения менее 0,4 В не могут привести к сбою работы логического элемента TTL.

Мощность, потребляемая логическим элементом в статическом режиме от источника питания, определяется по известной формуле

 

Рпот = ,

 

где Ui – напряжение i-го источника питания, Ii – ток потребления в соответствующей цепи питания, i = 1,2…n. В силу различных значений тока потребления для состояний «0» и «1» потребляемые мощности Р1пот и Р0пот будут разными. Поэтому как основной параметр используют среднюю потребляемую мощность

Рпот. ср.= (Р1пот + Р0пот)/2

Для логических элементов, потребляемых значительную мощность в режиме переключения, существует также понятие средней динамической потребляемой мощности, которая зависит от частоты прохождения импульсов Рпот. ср.д.= f(Fимп).

Типовые значения рассмотренных параметров для микросхем серии SN74 фирмы TI сведены в таблицу 4:

Таблица 4

Некоторые параметры микросхем серии SN74

Серия ИМС IIH, мкА IIL, мА IOH, мА IOL, мА P, мВт/вент. n Fmax, МГц
-1,6 -0,4
74L -0,18 -0,2 3,6
74H -2 -0,5
74S -2 -1,0
74LS -0,4 -0,4
74ALS -0,1 -0,4
74AS -0,5 -2,0
74F -0,6 -1,0

 

К основным динамическим параметрам относятся: время задержки при переходе (переключении) выходного сигнала с высокого уровня на низкий tPHL (t 1.0зад.пер ), время задержки при переходе (переключении) выходного сигнала с низкого уровня на высокий tPLH (t 0.1зад.пер ) и среднее время задержки переключения сигнала. Реже используются динамические параметры: время t0.1 перехода из состояния «1» в состояние «0», время t1.0 перехода из состояния «0» в состояние «1», время задержки включения t1.0зад и время задержки выключения t0.1зад. В паспортных данных на микросхемы могут указываться и другие динамические параметры, например, tPZL – задержка переключения при переходе выходного сигнала из третьего состояния в высокое, tPZL - задержка переключения при переходе выходного сигнала из третьего состояния в низкое, tPHZ - задержка переключения при переходе выходного сигнала из высокого состояния в третье и др. На рисунке 1 представлена временная диаграмма, поясняющая содержательный смысл некоторых из рассмотренных динамических параметров.

 

Рис. 1. Основные динамические параметры цифровых интегральных микросхем

 

Задержки при переключении выходного сигнала tPHL (t1.0зад.пер ) и tPLH (t0.1зад.пер ) представляют собой временной интервал между входными и выходными сигналами на уровне 0,5 логического перепада входного и выходного сигналов. Среднее время задержки tPD переключения выходного сигнала определяется из выражения:

tPD = (tPHL + tPLH)/2.

Типовые значения средней задержки tPD переключения выходного сигнала для микросхем серий SN74 приведены в таблице:

Таблица 5

Серии ИМС 74AL 74H 74S 74LS 74ALS 74AS 74F
tPD, нс 9,5 1,5

 

Время t1.0 перехода из состояния «1» в состояние «0», измеряется на уровнях 0,9 и 0,1, а время t0.1 перехода из состояния «0» в состояние «1» - на уровнях 0,1 и 0,9 логического перепада входного (выходного) сигналов.

Интервал времени между входным и выходным сигналами при переключении выходного напряжения из «1» в «0», измеренный на уровне 0,1 логического перепада входного сигнала и на уровне 0,9 логического перепада выходного сигнала, представляет собой время задержки включения t1.0зад логического элемента.

Аналогично, интервал времени между входным и выходным сигналами при переключении выходного напряжения из «0» в «1», измеренный на уровне 0,9 входного сигнала и на уровне 0,1 выходного сигнала, представляет собой время задержки выключения t0.1зад логического элемента.

Остальные динамические параметры на временной диаграмме не отражены.

К схемотехническим и конструктивным параметрам интегральных микросхем можно отнести тип корпуса, его габариты, количество выводов, количество источников питания, допуски на номиналы источников питания.

Надежностьинтегральных микросхем характеризуется интенсивностью отказов λ, вероятностью Р безотказной работы (Р=еt) и временем Т0 наработки на отказ (Т0=1/λ). Значение λ вычисляется по формуле:

λ=m/MT, где

m – количество вышедших из стоя микросхем;

M - общее количество микросхем;

Т – время испытаний;

- суммарное значение для всех микросхем устройства).

Для отечественных микросхем λ≈10-6-10-10

Интегральные параметры отражают уровень развития технологии, качество интегральных микросхем. Наиболее часто используемыми интегральными параметрами являются степень интеграции N и энергия (работа) переключения Рпер. .Степень интеграции определяется числом простейших двухвходовых вентилей (эквивалентных логических элементов) на кристалле или числом элементов (транзисторов, диодов, резисторов) без учета части площади кристалла, которую приходится расходовать на организацию связей для построения логических элементов или более сложных схем. Практические значения этого параметра могут находиться в диапазоне от нескольких десятков (интегральные микросхемы малой степени интеграции) до нескольких сотен тысяч (интегральные микросхемы большой и сверхбольшой степени интеграции) вентилей на кристалл.

Энергия (работа) переключения Рпер. рассчитывается по формуле:

Рпер. = Рпот. ср. tPD

Если средняя потребляемая мощность Рпот. ср. измеряется в милливаттах, а средняя задержка распространения tPD – наносекундах, то энергия переключения будет измеряться в пикоджоулях (пДж). По мере развития технологии энергия переключения непрерывно снижается. Параметр очень удобен для сравнения различных серий микросхем, уровня развития технологии их изготовления. Типовые значения этого параметра для микросхем серий SN74 приведены в таблице.

Таблица 6

Серии ИМС 74AL 74H 74S 74LS 74ALS 74AS 74F
Рпер. = Рпот. ср. tPD

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Стандартные серии цифровых интегральных микросхем

Комплексная цель первого модуля.. Познакомиться с основными понятиями в области схемотехнического.. Основные типы выходных каскадов цифровых интегральных микросхем..

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Основные параметры цифровых логических микросхем.

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Стандартные серии цифровых интегральных микросхем.
Выпускаемые интегральные микросхемы в зависимости от технологии изготовления и их разновидностей подразделяются на серии, отличающиеся статическими и динамическими параметрами, функциональным разно

Выходной каскад с открытым коллектором.
    На схеме в качестве примера условно показан выходной каскад на транзисторе VT с диодом Шоттки. (Транзистор с диодом Шоттки, обеспечивает более высокую скорость рассе

Некоторые интегральные микросхемы логических элементов.
  Ориентируясь на серию КР 1553 – аналог серии SN 74ALS, рассмотрим некоторые из наиболее часто используемых интегральных микросхем логических элементов. Приведем примеры условных гра

Система маркировки интегральных микросхем.
Маркировка интегральных микросхем – это символическое обозначение, наносимое на корпус. Оно несет в себе информацию о назначении микросхемы и некоторых ее свойствах (параметрах), например, конструк

Триггеры.
  Триггером называется цифровое устройство, которое может находиться в одном из двух устойчивых состояний. Состояние триггера определяется уровнем напряжения на его выходах. Если напр

Асинхронный RS-триггер
Функциональная схема и УГО RS триггера имеют вид:     Триггер функционирует в соответствии со следующей таблицей переходов:   Таблица пер

Асинхронный - триггер.
Данный тип триггера в отличие от предыдущего реализуется на элементах И-НЕ. Ниже приведена его функциональная схема, УГО, таблица переходов и пример временной диаграммы работы.  

Синхронный одноступенчатый RS – триггер со статическим управлением записью
Функциональная схема, УГО, таблица переходов и пример временной диаграммы работы одноступенчатого синхронного RS – триггера со статическим управлением записью приведены ниже.  

D-триггер со статическим управлением записью
  Этот тип триггера строится на основе синхронных одноступенчатых и двухступенчатых RS-триггеров Функциональная схема и УГО триггера имеют следующий вид:   &nbs

JK – триггер со статическим управлением записью
  Таблица переходов JK – триггера со статическим управлением по ходу «С» может быть представлена следующим образом:   Таблица переходов JK – триггера

Асинхронный и синхронный Т-триггеры
  Триггер со счетным входом (иначе Т-триггер) каждый раз с приходом очередного счетного импульса перебрасывается в противоположное состояние. Асинхронный Т- триггер может быть реализо

Триггеры с динамическим управлением записью
Триггеры с динамическим управлением записью отличаются тем, что изменение выходного состояния происходит в течение короткого времени в момент прохождения переднего или заднего фронтов сигнала на си

Синхронный -триггер с динамическим управлением записью
Среди триггеров с динамическим управлением широкое распространение получила так называемая трех триггерная схема. Схема строится на основе синхронного RS-триггера (элементы 2, 3, 5, 6) со статическ

D-триггер с динамическим управлением записью
Требуемую структуру D-триггера можно получить на основе RS-триггера с динамическим управлением записью:       Роль входа D выполняет вход R исходн

JK-триггер с динамическим управлением записью
В интегральном исполнении выпускаются JK-триггеры, срабатывающие как по переднему так и по заднему фронту синхронизирующего сигнала «С». В основе JK-триггера, срабатывающего по переднему фронту, мо

Последовательные (сдвигающие) регистры
Последовательные регистры выполняют сдвиг информации, хранившейся в i разряде, в (i+1) разряд (сдвиг вправо) или в (i-1) разряд (сдвиг влево). Для построения могут использоваться только триггеры с

Параллельно-последовательные и последовательно-параллельные регистры
  Параллельно-последовательные и последовательно-параллельные регистры могут быть построены на триггерах с динамическим управлением записью или двухступенчатых синхронных триггерах со

Двоичные дешифраторы.
  Двоичный дешифратор – это комбинационная схема, преобразующая двоичный код на адресных входах в сигнал на одном из выходов. Десятичный номер этого выхода соответствует двоичному код

Мультиплексоры
Мультиплексор – это многовходовая комбинационная схема с одним выходом. Входы мультиплексора подразделяются на информационные D0D1…Dn-1 и управляющие V

Демультиплексоры.
  Демультиплексор – это комбинационная схема, выполняющая функцию, обратную функции мультиплексора, то есть она имеет один информационный, k управляющих входов и n информационных выхо

Шифраторы
Шифратор – это комбинационная схема, преобразующая унитарный код на входе в один из позиционных кодов на выходе. Если позиционный код на выходе двоичный, то шифратор называется двоичным. Одно из ос

Полный одноразрядный комбинационный сумматор.
Схема полного комбинационного сумматора складывает i-ые разряды слагаемых ai и bi и перенос из предыдущего разряда Pi-1. Для ее реализации потребуется дв

Накапливающие двоичные сумматоры
Схемы накапливающих двоичных сумматоров строятся на основе комбинационных сумматоров с добавлением регистров для запоминания суммы. Схема последовательного накапливающего сумматора имеет вид:

Схемы сравнения.
Схемой сравнения называют комбинационную схему, реализующую следующие системы уравнений: 0, А ¹ В 0, А £ В 0, А ³ В А=В = А>В = А<В = 1, А = В 1, А

Схемы контроля четности
Схемы контроля четности используются для контроля приема/передачи информации для формирования контрольного разряда или проверки контрольной суммы. В случаях контроля на четность или нечетн

Счётчики
  Счётчик – это операционный узел ЭВМ, который подсчитывает количество входных импульсов и запоминает код, соответствующий этому количеству. Если запоминаемый код – двоичный, то счётч

Асинхронные двоичные счётчики с последовательным переносом.
  Асинхронные двоичные счётчики с последовательным переносом строятся на основе цепочки последовательно включённых Т-триггеров, каждый из которых делит входную последовательность на д

Асинхронные двоичные счётчики со сквозным и параллельным переносами.
  Для ускорения срабатывания схем асинхронных счётчиков необходимо чтобы триггеры счетчика меняли своё состояние не последовательно во времени, а непосредственно вслед за приходом оче

Реверсивные двоичные счетчики
  Реверсивные двоичные счетчики могут считать в прямом или обратном направлениях в зависимости от управляющих сигналов или зависимости от того, на какой вход подаются счетные импульсы

Определение требуемого числа триггеров n, выбор типа триггера, построение базовой схемы двоичного счетчика для M=2n.
В нашем случае n=]log26[=3, M=8. Выбор типа триггера и базовой схемы зависят от целей построения счетчика. В рассматриваемом примере будем считать, что базовая схема представляе

Некоторые интегральные микросхемы двоичных счетчиков
    В этой микросхеме как бы два счетчика в одном корпусе с общими входами R. Для первого счетчика M1=2, для второго М2=8.

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги