4.10. Основные характеристики логических элементов

Интегральные микросхемы малой и средней степени интеграции изготавливают на основе всех рассмотренных технологий. Основными техническими параметрами логических элементов являются быстродействие, потребляемая мощность, помехоустойчивость, нагрузочная способность, уровни напряжения, соответствующие лог. 0 или лог. 1.

Познакомимся с ними, анализируя характеристики инвертора (элемента НЕ, рис. 4.9, а).

В справочниках приводится диапазон напряжений, соответствующих уровню логического нуля (U_вх⁰, U_вых⁰)и единицы(U_вх¹, U_вых¹).На рис. 4.8,бпоказана передаточная характеристика инвертора. При определенном входном напряжении происходит переключение ЛЭ. Обозначены отрезки,характеризующие допустимую величину помехи на входе при низком (U_пом⁰ ) и высоком (U_пом¹ ) уровне U_вх. Наименьшая из них приводится в справочниках, характеризуя статическую помехоустойчивость ЛЭ.

При подаче на вход инвертора импульса U_вхвыходной сигнал оказывается задержанным на время задержки(рис. 4.9,в). Задержка обусловлена инерционными свойствами транзисторов и перезарядом паразитных емкостей (в основном емкостью нагрузкиС_н).

Потребляемая мощность Р_сропределяется как среднее арифметическое значение мощностей, потребляемых ЛЭ в состояниях лог. 0 и лог. 1 на выходе. Она существенно зависит от частоты входного сигнала. ЗависимостьР_ср=F(f) можно снять, подавая на вход инвертора с генератора прямоугольные импульсы со скважностью, равной двум (рис. 4.9,г).Р_сропределяется как сумма статической (Р_ст) и динамической (Р_дин) составляющих.Р_дин=СU²fвозрастает пропорционально частоте, гдеU– величина логического перепада (U=U_вых¹-U_вых⁰).

Нагрузочная способность nхарактеризует число входов аналогичных ЛЭ, которое можно подключить к выходу данного без нарушения его нормального функционирования.

Проводя сравнительный анализ различных типов ИМС, можно отметить, что элементы ТТЛ характеризуются средним быстродействием. Им на смену пришли элементы ТТЛШ повышенного быстродействия и более экономичные. Самыми экономичными являются элементы КМОП. Самыми быстродействующими являются элементы ЭСЛ, но они потребляют большую мощность от источника питания и работают от источника с отрицательной полярностью напряжения питания, хотя и в формате положительной логики.

Основные параметры микросхем серий К155 (ТТЛ), К555 (маломощная ТТЛШ), КР1533 (усовершенствованная маломощная ТТЛШ), КР531 (быстродействующая ТТЛШ) приведены в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Основные параметры серий ТТЛ и ТТЛШ

Параметр	К155	К555	КР1533	КР531
Рср, мВт tз, нс n	10 20 10	2 18 20	1.2 14 40	19 5 10

Основные характеристики микросхем КМОП (серии 564, К1564):

Напряжение питания, В…….……………..…………………….…...3 – 15

Мощность, потребляемая в статическом режиме, мкВт / корпус ……0,1

при F = 1 МГц,Е = 10 В,С_НАГР= 50 пФ .……..……………………...…20

Помехоустойчивость по входам, В …………………….. не менее 0,3 Е

Средняя задержка распространения сигнала на один

логический элемент при С_НАГР = 15 пФ,Е = 5 В, нс………………..…60