Разновидности логических элементов и серии интегральных микросхем.

В предыдущих лекциях рассмотрены принципы построения и схемотехническая реализация транзисторно- транзисторной логики. За основу была взята схема элемента выполняющего функцию 2И-НЕ. Однако при построении функциональных узлов требуются элементы выполняющие и другие логические функции. Увеличение переменных для функции И достигается увеличением количества эмиттеров у транзистора VTM. В стандартной ТТЛ серии интегральных микросхем К155 (155, КР155, КМ155) имеются многовходовые элементы 2И-НЕ, 3И-НЕ, 4И-НЕ, 8И-НЕ (обозначение ЛА). Для реализации операции инвертирования у транзистора VTM оставляют один эмиттер -- микросхемы с обозначением ЛН. Схемотехническая реализация функции ИЛИ осуществляется сложнее, параллельным включением необходимого количества транзисторов VT1. Принципиальная схема логического элемента 2ИЛИ-НЕ приведена на рис.11.

Как видно из рисунка схемотехническая реализация функции ИЛИ значительно сложнее чем И. Поэтому микросхем с функцией ИЛИ в ТТЛ сериях меньше и они дороже.

Для увеличения нагрузочной способности элемента при низком выходном напряжении нужно выполнить нижний транзистор выходного каскада более мощным. Это возможно только при увеличении площади на кристалле отводимой для этого транзистора. Верхний транзистор выходного каскада убирают из схемы и получают схему элемента с открытым коллектором.

Рис.11. Схемотехническая реализация функции 2ИЛИ-НЕ.

На рис. 12а показана схема логического элемента с открытым коллектором, коллектор нижнего транзистора выходного каскада никуда не подключен внутри микросхемы. Из схемы ясно, что для нормальной работы между выводом выхода элемента и шиной питания обязательно должен быть включен дополнительный резистор --Rd. К такому резистору может быть подключено несколько выходов логических элементов с открытым коллектором, но работа элементов будет взаимозависимой, так как на таком соединении реализуется функция И или ИЛИ (в зависимости от логики). Такое соединение в практике называют -- монтажное ИЛИ (И). Обычно элементы с открытым коллектором имеют улучшенные электрические характеристики: увеличенную рассеиваемую мощность, повышенный ток коллектора (до 60мА), увеличенное допустимое напряжение на коллекторе (до 60В).

В практической схемотехнике часто, особенно при использовании шинной архитектуры, приходится соединять элементы выходами. При подобном соединении у стандартных элементов возможно появление аварийной ситуации (короткое замыкание).

Чтобы избежать этого были разработаны элементы с третьим стабильным состоянием выхода: два состояния обычные -- “0” и “1”, а третье состояние -- отключение выходной шины, как от общего проводника, так и от шины питания, т.е. оба транзистора выходного каскада закрыты.

Таких элементов можно соединять выходами сколько необходимо. Нормальная работа обеспечивается тем, что только у одного элемента выход должен быть активен, а у остальных выходы должны быть отключены (находиться в третьем стабильном состоянии). Принципиальная схема такого элемента приведена на рис.12б. Элемент выполняет логическую функцию НЕ. У приведенного на схеме элемента имеется два входа: один -- информационный (Uin), второй -- управление элементом (CS). Управляющий вход организован таким образом, что при подаче на него напряжения высокого уровня он не оказывает влияния на работу элемента.

а б

Рис.12. Принципиальные электрические схемы элементов с открытым коллектором и трехстабильным выходом.

Замечание: на рис.12б сигнал CS активен высоким уровнем.

Если же подать напряжение низкого уровня, которое попадает на эмиттер транзистора VTM и на катод диода VD1, то по эмиттеру транзистора VTM выход должен быть в “1” состоянии (открыт транзистор VT2), но прямосмещённый диод VD1 формирует на базе транзистора VT2 напряжение не более 1В, которого не достаточно для открывания транзистора VT2 и оба транзистора выходного каскада закрыты, т.е. выходная шина отключена. Говорят -- вход CS (chip select -- выбор микросхемы) активен высоким уровнем, т.е. уровнем управляющего сигнала при котором выполняется функция управления. Обычно не активный уровень сигнала CS приводит к тому, что не только выход находится в третьем состоянии, но и не выполняется функция логического элемента. У многих микросхем имеется управляющий вход с обозначением OE (output enable -- разрешение выхода), при не активном состоянии которого не только выход переводится в высокоомное состояние но и не выполняются функции микросхемы.

Дальнейшее развитие ЭВМ связано с уменьшением потребляемой электрической мощности, улучшением массогабаритных показателей и увеличением быстродействия. Это в свою очередь потребовало элементной базы удовлетворяющей этим требованиям. Помимо основной серии интегральных микросхем -- серия К155 (иностранный аналог серия 74) были разработаны следующие серии: К158 (аналог серия 74L) с малым потреблением мощности от источников питания, К531 (аналог серия 74S) с высоким быстродействием, К555 (аналог серия 74LS) с малым потреблением мощности и средним быстродействием, К1534 (аналог 74ALS) с малым потреблением мощности и высоким быстродействием. Изменение характеристик добивались как изменением параметров схем, так и изменением полупроводниковых компонентов и принципиальных схем.

Таблица 2.

.

Сравнительные данные по сериям интегральных микросхем (ТТЛ) приведены в таблице 2.

Лекция 7.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: