9. Статическая и динамическая помехоустойчивость имс. Переходные процессы в имс.

Помехоустойчивость. Базовый элемент интегральной микросхе­мы в статическом режиме может находиться в одном из двух ус­тойчивых состояний (0 или 1). По этой причине различают стати­ческую помехоустойчивость ЛЭ по уровню 0 Uпо и по уровню 1 Uп1. Статическая помехоустойчивость базовых элементов ИМС определяется значением напряжения, которое может быть подано на вход ИМС относительно уровня 0 или 1, не вызывая ее ложно­го срабатывания (например, переход из состояния 1 в состояние 0 или наоборот).

Уровни выходных напряжений

П о техническим условиям гарантируются наибольший и наименьший уровни выходных напряжений, соответствующих лог. 1 и 0 при изменениях на­пряжения питания, нагрузки, температуры и т. д. Напряжение U1выхmin соответствует минимальному уровню лог. 1 на выхо­де, а напряжение U0выхmax —максимальному уровню лог. 0. Для современных ИМС эти параметры имеют значения от до­лей до единиц вольт.

Абсцисса точки пересечения передаточной характеристики с уровнем U1выхmin называется входным пороговым напряжением лог.1 и обоз­начается U1пор, а абсцисса точки пересечения с уровнем U0выхmax — входным пороговым напряжением лог.0 U0пор. При Uвх< U1пор на выходе элемента под­держивается уровень лог.1, при Uвх> U0пор — лог 0. Диапазон напряжений на входе U1пор<Uвх<U0пор и диапазон напряжений на выходе U0выхmax<Uвых<U1выхmax соответствует области переключения, в которой схема находит­ся только во время действия фронтов входных сигналов.

ИМС, принадлежащие од­ной и той же серии, спроектированы взаимно согласованными. То есть уровни выходных сигналов одного логического элемента (даже при их изменении в допустимых пределах) могут использоваться в качестве уровней входного сигнала следующего элемента без каких-либо согласующих устройств.

Это положение проиллюстрировано на рисунке построением, выполнен­ным штриховыми линиями.

Из построения видно, что между U0вых max, по­данным на вход следующего элемента, и U1пор имеется запас Uп+. Этот за­пас означает, что переключения этого элемента из 1 в 0 не произойдет да­же в том случае, если входной сигнал, соответствующий лог. 0, превысит по какой-либо причине значение U0вых max, но на величину, не большую, чем Uп+. Значение Uп+ и характеризует помехоустойчивость ИМС к положительным изменениям напряжения.

Аналогично, если на вход следующего элемента подано с выхода пре­дыдущего напряжение лог. 1, даже меньшее, чем U1вых min, но на величину, не превышающую Uп-, то переключения из 0 в 1 этого элемента не произойдет, так как Uвх окажется все-таки большим порогового Uп-. Параметр Uп- ха­рактеризует помехоустойчивость ИМС к отрицательным изменениям напря­жения. Этот параметр для различных типов микросхем колеблется от деся­тых долей до единиц вольт.

Статическая помехоустойчивость. Рассматривается по отношению к сигналу, длительность которых значительно превышает длительность переходных процессов. Различают статическую помехоустойчивость по высокому и низкому уровню (логич. 1 и логич. 0).

1) Статическая помехоустойчивость по низкому уровню. U0пом=|U0вых.макс-U0вх.мах|, где U0вых.макс — максимально допустимое напряжение низкого уровня на выходе нагруженной микросхемы. U0вх.макс — максимально допустимое входное напряжение низкого уровня на входе нагружающей микросхемы.

2) Статическая помехоустойчивость по высокому уровню. U1пом=|U1вых.мин-U1вх.мин|. U1вых.мин — минимальное допустимое напряжение высокого уровня на выходе нагруженной микросхемы. U1вх.мин — минимально допустимое входное напряжение высокого уровня на входе нагружающей микросхеме.

Динамическая помехоустойчивость в общем случае зависит от длительности, мощности и формы сигнала помехи, а также от уровня статической помехоустойчивости и скорости переключения базового функционального элемента. Однако высокая статическая помехоустойчивость не всегда определяет высокую динамическую помехоустойчивость функционального элемента. Анализ динамической помехоустойчивости ЛЭ должен проис­ходить с применением запоминающего элемента - триггера, по­строенного на основе базовых функциональных элементов, по­скольку триггер, в конечном счете, фиксирует превращение помехи в ложную информацию, т. е. запоминает сигнал помехи.

Изменяя амплитуду и длительность импульсных помех, воздействующих на входы, и добиваясь его срабатывания, можно получить границы динамической помехоустойчивости функциональных эле­ментов при воздействии различных форм импульсных помех. В ре­зультате анализа поведения триггера может быть графически оп­ределена зона динамической помехоустойчивости функциональных элементов.

Сложность получения семейства характеристик динамической помехоустойчивости элементов не позволяет в настоящее время приводить их в качестве справочного материала.

Д иаграмма динамической помехоустойчивости. Если длительность импульса помеха мала (20 нс), то амплитуда импульса может его превышать. Такие диаграммы строятся экспериментально для каждой серии микросхем. По оси абсцисс откладывается длительность помехи, по оси ординат — допустимая амплитуда. Смысл такой реакции микросхемы на импульсные помехи: для того чтобы переключить микросхему нужно переключить многоэмиттерный транзистор. Для этого необходимо в его базу сообщить заряд. Ток конечен — время конечно. Чем меньше длительность помехи, тем большую амплитуду она должна иметь, чтобы сообщить в базу транзистора заряд, необходимый для его переключения. Чем короче помеха, тем большую амплитуду она может иметь.