Основні характеристики і параметри логічних елементів
Основні характеристики логічних елементів
Амплітудна передатна характеристика U ВИХ = f (U BX ) визначає формують властивості ЛЕ, його завадостійкість, амплітуду і рівні стандартного сигналу. Вид характеристики залежить від типу логічного елемента (ЕСЛ, ТТЛ) і може змінюватися в певних межах залежно від розкиду параметрів схем, змін напруги живлення, навантаження, температури навколишнього середовища.
Розглянемо типову амплітудну передатну характеристику (АПХ) інвертуючого ЛЕ (рис. 2.1). У статичному стані вихідний сигнал ЛЕ може перебувати або на верхньому (U B ), або на нижньому (U H ) рівні напруги.
Асимптотичний верхній (т. В ) та асимптотичний нижній (т. А ) рівні логічних сигналів знаходяться як точки перетину АПХ (крива 1) з її дзеркальним відображенням (крива 2) відносно прямої одиничного посилення U ВИХ = U ВХ . Різниця є логічним перепадом U Л вихідних рівнів ЛЕ. На практиці через вплив перешкод і разбросов амплітудних передавальних характеристик для кожного типу ЛЕ встановлюється мінімальний логічний перепад:, де - відповідно верхній і нижній рівні вихідного порогового напруги. Вихідні порогові напруги знаходять за допомогою порогових точок b і а на характеристиці, в яких диференціальний коефіцієнт посилення по напрузі K U = -1.
Зони статичної завадостійкості ЛЕ по нижньому () 'і верхньому ()' рівнями напруги в комбінаційних логічних ланцюгах визначаються виразами:
де () ', ()' характеризують максимально допустимі рівні статичної перешкоди на вході ЛЕ в комбінаційних логічних ланцюгах; - вихідна порогове напруга нижнього рівня; - вихідна порогове напруга верхнього рівня. Однак через наявність схем з позитивним зворотним зв'язком в технічній документації на всі ІС зони статичної завадостійкості по входу обмежуються вхідними пороговими напругами: - по нижньому рівню і - по верхньому. Ці порогові напруги називаються відповідно пороговим напругою зони перемикання (поріг зони перемикання) нижнього рівня і пороговим напругою зони перемикання верхнього рівня. В зоні перемикання, укладеної між пороговими напругами, робота ЛЕ в статичному режимі забороняється.
Рис. 2.1. Амплітудна передатна характеристика інвертуючого ЛЕ
Рис. 2.2. Розкид амплітудних передавальних характеристик логічних елементів
Таким чином, статична завадостійкість ЛЕ по нижньому рівню вхідного сигналу визначається виразом а по верхньому рівню вхідного сигналу - виразом.
Максимальна перешкодостійкість ЛЕ по нижньому і верхньому рівнях досягається при ідеальній амплітудної передавальної характеристиці, для якої.
Реалізація характеристик, близьких до ідеальних, пов'язана з відомими труднощами внаслідок технологічного розкиду параметрів мікросхем при виготовленні, зміни порогових напруг в залежності від зміни напруги живлення і температури навколишнього середовища в процесі експлуатації. Тому реально зони статичної завадостійкості для кожного типу ЛЕ встановлюють на підставі статистичного аналізу амплітудних передавальних характеристик. На рис. 2.2 заштрихована область відповідає можливий розкид амплітудних передавальних характеристик ЛЕ одного типу.
При зіставленні амплітудних передавальних характеристик ЛЕ різних типів часто використовують не абсолютні значення статичної завадостійкості, а їх відношення до мінімального логічного перепаду:
Чим ближче амплітудна передатна характеристика до ідеальної, тим ближче значення цих коефіцієнтів до 0,5.
Вхідна характеристика I ВХ = f (U < sub> BX ) - залежність вхідного струму ЛЕ від вхідної напруги визначає навантажувальну здатність ЛЕ і режим роботи ліній зв'язку. На рис. 2.3, 2.4 наведені типові вхідні характеристики логічних елементів ІС ЕСЛ і ТТЛ. На вхідних характеристиці ЛЕ ЕСЛ можна виділити наступні зони, відповідні можливим режимам роботи вхідного ланцюга ЛЕ: I, V - Зони, що визначають робочі режими ЛЕ, тобто вхідні струми при вхідних напругах низького і високого рівнів, при. яких вхідні ланцюги мають великий вхідний опір (точки А і В відповідають нижньому і верхньому рівнями напруг ЛЕ серії К500); II і IV - зони статичної завадостійкості; III-зона перемикання ЛЕ (опорна напруга U ОП , яке визначається як середня напруга між високим і низьким рівнями, для ЛЕ ЕСЛ серії К500 складає приблизно - 1.3 В; зона обмежується пороговими напругами і); VI - зона неробочих режимів (U ВХ НАС - напруга насичення вхідного транзистора - при збільшенні вхідної напруги вхідний струм різко збільшується).
Рис. 2.3. Типова вхідна характеристика ЛЕ ЕСЛ
На вхідний характеристиці ЛЕ ТТЛ (див. рис. 2.4) можна виділити такі зони: I, IX - зони неприпустимих вхідних напруг; II.VIII-зони гранично допустимих вхідних напруг, обумовлених у технічних умовах; III, VII - зони, визначають робочий режим ЛЕ; найбільш характерний режим при напрузі низького рівня (В«0В») - точка А, при напрузі верхнього рівня - точка В; IV, VI - зони допустимих статичних перешкод; V - зона перемикання.
Вихідна характеристика U ВИХ = f ( I < sub> ВИХ ) - залежність вихідної напруги ЛЕ від вихідного струму навантаження. Ця характеристика в сукупності з вхідною дозволяє визначити навантажувальну здатність ЛЕ, режим його роботи і спосіб узгодження перехідних процесів в лініях зв'язку.
Так як у кожному з двох станів ЛЕ в активному режимі знаходяться різні компоненти схеми, то розрізняють вихідні характеристики по нижньому і по верхньому рівнях вихідної напруги. Точка В на графіку вихідної характеристики ІС ЕСЛ (рис. 2.5) розташована в робочій зоні верхнього логічного рівня, точка А - в зоні нижнього рівня. Для визначення робочих точок А і В на вихідну характеристику накладають навантажувальні характеристики (R H ). Робочі зони вихідних характеристик по верхньому і по нижньому рівням напруги ЛЕ ТТЛ (рис. 2.6), як і ЛЕ ЕСЛ, обмежені вихідними пороговими напругами і допустимими рівнями напруг. Статичному станом вихідного верхнього рівня при малій навантаженні відповідає точка В. Точка А, що знаходиться на перетині вихідний характеристики нижнього рівня керуючого ЛЕ з вхідною характеристикою керованого ЛЕ, визначає статичний стан нижнього рівня.
Вхідні і вихідні характеристики ЛЕ ТТЛ можуть використовуватися для оцінки рівня перешкод, виникають у лініях зв'язку при перемиканні ЛЕ. Зокрема, для оцінки відображень у довгих лініях зв'язку використовують також навантажувальну характеристику лінії зв'язку.
Рис. 2.4. Типова вхідна характеристика ЛЕ ТТЛ
Рис. 2.5. Типова вихідна характеристика ЛЕ ЕСЛ
Рис. 2.6. Типова вихідна характеристика ЛЕ ТТЛ
Характеристика імпульсної (динамічної) завадостійкості U ПОМ = f ( t ПОМ ) - залежність допустимої амплітуди імпульсної перешкоди від її тривалості - необхідна для оцінки допустимого рівня імпульсних завад малої тривалості.
Ця характеристика залежить від амплітуди, тривалості, форми сигналу перешкоди і швидкості перемикання ЛЕ. Зазвичай імпульсна перешкодостійкість вище статичної. Відсутність в даний час досить надійних критеріїв її оцінки при масовому виробництві мікросхем зі значними технологічними розкид імпульсних параметрів та їх залежністю від умов роботи не дозволяє приводити в технічних умовах на ІС допустиму...
