Основні параметри логічних елементів
До основних параметрів логічних елементів відносяться напруга джерела живлення, рівні напруги логічного 0 і логічної 1, здатність навантаження, перешкодостійкість і швидкодія, споживана потужність.
Рівні балка. 0 та лог. 1 на вході та на виході мікросхем відрізняються, як правило, до 30 % від напруги джерела живлення. Крім того, логічні рівні КМОП мікросхем істотно відрізняються від логічних рівнів мікросхем ТТЛ (див. рис. 3.8). Так, за відсутності струму навантаження напруга на виході КМОП мікросхеми збігається з напругою живлення (рівень лог. 1) або з потенціалом загального дроту (рівень лог. 0). При збільшенні струму навантаження напруга балка. 1 може зменшуватися до 90%, а напруги балка. 0 – збільшуватись до 10 % від напруги живлення. На вході КМОП мікросхеми мінімально допустимий рівень балка. 1 становить 70%, а лог. 0 - 30% від напруги живлення.
Навантажувальна здатність – здатність елемента працювати на певну кількість входів інших елементів без додаткових пристроїв узгодження характеризується так званим коефіцієнтом розгалуження та оцінюється кількістю одиничних навантажень, які можна одночасно підключити до виходу мікросхеми. Коефіцієнт розгалуження після виходу більшості логічних елементів серій ТТЛ серії становить 10, а мікросхем серій КМОП – до 100.
Слід зазначити, що при підвищенні здатності навантаження інші параметри мікросхем погіршуються: знижуються швидкодія і перешкодостійкість, зростає споживана потужність.
Перешкодостійкість базових логічних елементів оцінюють устатичному та динамічному режимах. При цьому статична стійкість до перешкод визначається рівнем напруги, що подається на вхід елемента щодо рівнів логічних 0 і 1, при якому стан на виході схеми не змінюється. Для елементів ТТЛ статична стійкість до перешкод становить не менше 0,4 В, а для мікросхем серій КМОП – не менше 30 % напруги живлення.
Динамічна завадостійкість залежить від форми та амплітуди сигналу перешкоди, а також від швидкості перемикання логічного елемента та його статичної завадостійкості. Динамічні параметри базових елементів оцінюють насамперед швидкодією. Кількісно швидкодію можна характеризувати граничною робочою частотою, тобто максимальною частотою перемикання. Гранична робоча частота сучасних мікросхем ТТЛ становить понад 10 МГц, а мікросхем на КМОП структурах лише 1 МГц.
Гранична частота обмежується середнім часом затримки розповсюдження сигналу (див. рис. 3.9)
. (3.1)
Споживана мікросхемою потужність у статичному режимі виявляється різною за рівні лог. 0 (Рлог.0) та лог. 1 (Рлог.1) на виході. У зв'язку з цим вимірюють середню потужність споживання
. (3.2)
Статична середня потужність споживання базових елементів ТТЛ становить кілька десятків міліватів, а в елементів КМОП вона більш ніж у тисячу разів менша.
Слід зазначити, що з роботі в динамічному режимі потужність, споживана логічними елементами, зростає. Тому крім споживаної потужності в статичному режиміРСРмікросхеми характеризуються також споживаною потужністю в динамічному режиміРДИН, що вимірюється на максимальнійчастоті перемикань.
Контрольні питання та завдання
1. Які технології побудови логічних елементів Ви знаєте?
2. Намалюйте та поясніть принцип дії базового елемента діодно-транзисторної логіки. Вкажіть недоліки через які діодно-транзисторна логіка не знаходить широкого застосування.
3. Намалюйте та поясніть принцип дії базового елемента І-НЕ транзисторно-транзисторної логіки.
4. Намалюйте та поясніть принцип дії базового елемента АБО-НЕ емітерно-пов'язаної транзисторної логіки. Які переваги ЕСЛ має перед ТТЛ?
5. Намалюйте логічні схеми та поясніть роботу елементів І-НЕ та АБО-НЕ, реалізованих на КМОП структурах.
6. Які особливості застосування КМОП мікросхем Ви знаєте?
7. Перерахуйте основні параметри логічних елементів та поясніть їх.