М. Нсанов - Цифровые устройства. Учебник для колледжей

Применение диодов Шоттки и усовершенствование технологии позволило уменьшить потребляемую мощность и увеличить быстродействие в микросхемах ТТЛШ-структуры по сравнению с ИМС структуры ТТЛ.

Наименьшую потребляемую мощность при сравнимом с ИМС других структур быстродействии имеют микросхемы МОП-структуры , построенные на полевых транзисторах. Но наряду с указанным очевидным преимуществом они имеют и недостатки: чувствительность к статическому электричеству, значительный разброс всех параметров, повышенное выходное сопротивление (до 1 кОм). Разработка первых микросхем МОП серии CD4000 (аналог – серия 561) была выполнена фирмой «RCA».

Наивысшее быстродействие достигается в микросхемах ЭСЛ-структуры , т.к. здесь транзисторы работают в ненасыщенном (линейном) режиме. Но большая потребляемая мощность и низкая помехоустойчивость не позволяют применять их достаточно широко. ИМС структуры ЭСЛ используются в тех случаях, когда предъявляются повышенные требования к быстродействию (например, в запоминающих устройствах). Первым разработчиком ИМС по технологии ЭСЛ была фирма «Motorola», которая выпустила серию МС10000 (аналог – серия 500).

Приведенный анализ подтверждает следующее: в настоящее время наибольшее распространение имеют ИМС структур ТТЛШ и МОП .

Сверхвысокое быстродействие при сравнимой с другими структурами потребляемой мощности достигается в микросхемах на основе арсенида галлия, но сравнительно высокая стоимость, недостаточно разработанная технология и некоторые другие недостатки пока не позволяют применять данные микросхемы в широких промышленных масштабах.

Некоторые микросхемы структуры ТТЛ и ТТЛШ имеют открытые коллекторные выходы (ОК) , у них нет резистора коллекторной нагрузки в выходном транзисторе. Для формирования выходного перепада напряжения (чтобы имелась возможность установки на выходе и уровня логического 0, и уровня логической 1) к выходу элемента с ОКтребуется подключать нагрузочное сопротивление, поэтому такие микросхемы применяются для обслуживания устройств, которые и будут представлять собой для ИМС коллекторную нагрузку. К ним относятся индикаторы, сигнальные лампы, светодиоды, коаксиальные кабели и т. д. В условном изображении таких микросхем ставится знак, показанный на рис.1.20 внутри элементов 2И.

Примерами ИМС с ОК, содержащими логические элементы, являются: КР1533ЛН2, КР1533ЛИ2, КР1533ЛИ4, КР1533ЛА7, КР1533ЛА9, КР1533ЛА10, КР1533ЛП12, которые имеют структуру, аналогичную соответственно микросхемам КР1533ЛН1 (рис.1.10), КР1533ЛИ1 (рис.1.10), КР1533ЛИ3 (рис.1.10), КР1533ЛА1 (рис.1.11), КР1533ЛА3 (рис.1.11), КР1533ЛА4 (рис.1.12), КР1533ЛП5 (рис.1.14).

Выходы нескольких элементов с ОКможно присоединять к общей нагрузке R H(смотрите рис.1.20).

Такое соединение, позволяет реализовать логическую функцию И, поэтому называется « монтажным И» и изображается так, как показано в зеленомпрямоугольнике на рис.1.20.

Некоторые элементы кроме логических операций выполняют еще и другие функции. Такие элементы обычно называют буферными . Применяются они в основном для двух целей:

1. Для подключения большого количества элементов , число которых превышает К нобычных микросхем. У них повышенный коэффициент разветвления, достигающий, например, в микросхемах серии 1533 величины К н= 30. В изображении таких ИМС ставится знак, показанный на рис.1.21 внутри элементов. К ним относятся КР1533ЛН8, КР1533ЛИ8, КР1533ЛИ10, КР1533ЛЛ4, КР1533ЛА21, КР1533ЛА22, КР1533ЛА24, КР1533ЛЕ10, которые имеют структуру, аналогичную соответственно микросхемам КР1533ЛН1 (рис.1.10), КР1533ЛИ1 (рис.1.10), КР1533ЛИ3 (рис.1.10), КР1533ЛЛ1 (рис.1.11), КР1533ЛА3 (рис.1.11), КР1533ЛА1 (рис.1.11), КР1533ЛА4 (рис.1.12), КР1533ЛЕ1 (рис.1.12).

Некоторые микросхемы с повышенной нагрузочной способностью могут иметь еще и открытые коллекторные выходы. Например, ИМС КР1533ЛН10, КР1533ЛА23, КР1533ЛЕ11, КР1533ЛП17, которые имеют структуру, аналогичную соответственно микросхемам КР1533ЛН1 (рис.1.10), КР1533ЛА3 (рис.1.11), КР1533ЛЕ1 (рис.1.12), КР1533ЛП16 (рис.1.21).

2. Разъединение между собой отдельных узлов цифровой аппаратуры для исключения их взаимного влияния в некоторых режимах работы. Такие элементы в отличие от других имеют три состояния: в одном состоянии на выходе устанавливается уровень логической 1; в другом состоянии – уровень логического 0; а в третьем (так называемое Z-состояние или высокоомное состояние или состояние с высоким импедансом) выходы элемента вообще размыкаются, отключая присоединенные к ним ЦУ. Если в последнем случае измерить сопротивление элемента со стороны выходов, то оно окажется практически бесконечно большим, поэтому данное состояние и называют высокоомным. Условное изображение подобных ИМС содержит знак, показанный на рис.1.22 внутри элементов.

Для примера можно привести микросхему КР1533ЛП8 (рис.1.22).

Она содержит 4 буферных повторителя, каждый из которых имеет управляющий состояниями вход EZ ( E – e nable – давать возможность, разрешать ). При установке логического 0 на входе EZэлементу разрешается работать в качестве обычного повторителя, а если на этот вход подать сигнал 1, то элемент переходит в Z-состояние и его выход размыкается (состояние разомкнутого выхода принято обозначать: Z или Roff). Управляющий состояниями вход иногда называют разрешением по выходу и обозначают ЕО ( Е – e nable , O – o utput ).

В некоторых случаях вход EZделается общим для нескольких элементов. Например, в микросхеме КР1533ЛН7 (рис.1.22) содержится шесть буферных элементов НЕ с тремя состояниями выходов и повышенной нагрузочной способностью, разделенных на две группы по 4 и 2 элемента. Каждая группа элементов имеет свой управляющий состояниями вход EZ. Подача сигнала 1 на такой вход переводит в Z-состояние сразу все элементы соответствующей группы.