Паразитные связи цифровых элементов по цепям питания.
Модели систем и параметры логических элементов.
Операции надо логическими 0 и 1 реализуются логическими элементами в соответствии с формулами алгебры логики. Одни и те же преобразования логических элечентов можно задавать в разных базисах: и, или ,не(булев базис), и-не, или-не. Быстродействие зависит от задержек сигналов в логических элементах и линиях связей между ними. Важнейшие статические параметры: 4 значения напряжения; и токов. Значения напряжений задают границы отображения 0 и 1 на входе и выходе элемента. Для нормальной работы нужно что бы значение напряжения для 1 было достаточно высоко, а для 0 достаточно низкое. Четыре значения токов в обоих логических состояниях. При высоком уровне выходного напряжения их элемента-источника вытекает ток, цепи нагрузки его поглощают, при низком уровне ток втекает в элемент, а из выходных цепей элементов-приёмников токи вытекают. Быстродействие элемента определяется скоростью перехода из одного состояния в другое и задержками сигналов. Также на быстродействие влияют ёмкости, на перезарядку которых также требуется время. Элементы с тремя состояниями кроме 0 и 1 имеют ещё состояние "отключено",в котором ток выходной цепи очень мал. В это состояние элемент приводится специальным сигналом, поступающим на вход страбирования, ни он есть не во всех элементах. При разработке ЦУ требуется оценивать мощности их потребления, чтобы сформулировать требования к источникам питания и конструкции теплоотвода. При этом суммируются мощности, рассеиваемые логическими и дру гимн элементами схемы, а также межсоединениями. Мощности, потребляемые элементами, делят на статические и динамические Статическая мощность потребляется элементом, который не лерекпю- чается. При переключении потребляется дополнительно динамическая. При переключении потребляется дополнительно динамическая
|
|
|
мощность, которая пропорциональна частоте переключения элемента. Таким образом, полная мощность зависит от частоты переключении элемента, что и следует учитывать при ее подсчете.
Типы выходных каскадов цифровых элементов и узлов.
Цифровые элементы (логические, запоминающие, буферные) могут иметь выходы следующих типов: логические, с открытым коллектором (стоком), с третьим состоянием, с открытым эмиттером (истоком).Наличие четырех типов выходов объясняется различными условиями работы элементов в логических цепях, в магистралью-модульнмх микропроцессорных системах и т. д. Логический выходформирует два уровня выходного напряжения (U0, и U1,). Выходное сопротивление логического выхода стремятся сделать малым, способным развивать большие токи для перезаряда емкостных нагрузок и, следовательно, получения высокого быстродействия элемента Такой тип выхода имеют большинство логических элементов, используемых в комбинационных цепях. Схемы логических выходов элементов ТТЛ(Ш) и KMOI1 подобны двухтактным каскадам — в них оба фронта выходного напряжения формируются с участием активных транзисторов, работающих противофазно что обеспечивает малые выходные сопротивления при любом направлении переключения выхода. Особенность таких выходов состоит в том, что их нельзя соединять параллельно. Во-первых, это создает логическую неопределённость, т. к. в точке соединения выхода, формирующего логическую единицу, и выхода, формирующего логический нудь, не будет нормального результата. Во-вторых, при соединении выходов, находящихся в различных логических состояниях, возникло бы их "противоборство", Вследствие малых величин выходных сопротивлений уравнительный ток при этом может достигать достаточно большой величины, что может вывести из строя электрические элементы выходной цепи. Вторая особенность логического выхода двухтактного типа связана с протеканием через оба транзистора коротких импульсов тока при переключениях из одного логического состояния в другое. Эти токи протекают от источника питания на общую точку ("землю"). В статических состояниях таких токов 6ыть не может, т. к. транзисторы работают в противофазе, и один из них всегда заперт. Однако в переходном процессе из за некоторой несинхронности переключения транзисторов возникает кратковременная ситуация, в которой проводят оба транзистора, что и порождает короткий импульс сквозного тока значительной величины. Элементы с тремя состояниями выхода (типа ТС) кроме логических состояний 0 и 1 имеют состояние "отключено", в котором ток выходной не пи пренебрежимо мал. В это состояние (третье) элемент переводится специальным управляющим сигналом, обеспечивающим таперше состояние обоих транзисторов выходного каскада (Т1 и Т2 на рис 1.3, я). Сигнал управления элементом типа ТС обычно обозначается как ОЕ (Output Enable). При наличии разрешения (ОЕ - 1) элемент работает как обычно, выполняя свою логическую операцию, а при его отсутствии (ОЕ — 0) ие- реходит в состояние "отключено". В ЦУ широко используются буферные элементы типа ТС для управляемой передачи сигналов по тем или иным линиям. Буферы могут быть неинвертируюшкми или инвертирующими, а сигналы ОЕ — Н-активными или L-активными, что ведет к наличию четырех типов буферных каскадов.
|
|
|
|
|
|
Выход с открытым коллектором
|
|
|
Элементы с открытым коллектором имеют выходную цепь, заканчивающуюся одиночным транзистором, коллектор которого не соединен с какими-либо цепями внутри микросхемы {рис. 1.5, а). Транзистор управляется от предыдущей части схемы элемента так. что может находиться в насыщенном иди запертом состоянии. Насыщенное состояние трактуется как отображение логического нуля, запертое — единицы.Выход с открытым эмиттером
Выход с открытым эмиттером характерен для элементов типа ЭСЛ Для работы на магистраль такие элементы не используются Возможность соединять друг с другом выходы с открытым эмиттером при объединении эмитерных резисторов в один общий резистор приводит к схеме рис. 1.7. иногда называемой "эмиттерный дог и используемой при построении логических схем для получения дополнительной операции монтажной логики. Элементы ЭСЛ имеют противофазные выходы, на одном из которых реализуется функция ИЛИ, на другом — ИЛИ-НЕ. Соединяя прямые выходы нескольких элементов, получают расширение по ИЛИ (входные переменные соели няемык элементов образую; единую дизъюнкцию). Соединяя инверсные выходы, получают операцию И - ИЛИ относительно инверсий входных переменных, т. к. при этом соединяя прямой выход с инверсным, можно получить функцию вида 
Паразитные связи цифровых элементов по цепям питания.
Одной из важнейших задач при просктиронании и эксплуатации ЦУ является борьба со сбоями из-за помех. Типовой проблемой здесь является, в частности, наличие токовых импульсов в цепях питания И С.
Припереключениях элементов в цепях питании создаются кратковременные импульсные токи, благодаря чему сами элементы становятся источниками помех для соседних элементов. Токовые импульсы и цепях питания создаются упомянутыми в предыдущем параграфе сквозными токами выходных каскадов типов ТТЛ(Ш) и КМОП, а также токами перезаряда емкостей, что свойственно и всем другим типам элементов. Импульс сквозного тока переключающегося элемента 1 (рис. 1.8, а) протекает через транзисторы выходного каскада, условно изображенные замкнутыми ключами, от источника питания U^ на общую точку схемы GND через линии, имеющие полные сопротивления ZfC, и ZCND. Главную часть сопротивлений составляют индуктивности линий, на которых выделяются напряжения Ul = L di/dt. Протекание сквозного тока создает на линии питания отрицательный импульс, а на линии общей точки ("земли") - положительный. Эти импульсы воздействуют на подключенный вблизи элемента. Для борьбы с этими опасными помехами нужны "хорошая земля" и фильтрация напряжений питания.
"Качество земли" улучшается конструктивными мерами, снижающими со противление ZGND: шины "земли" делаются утолщенными. Для фильтрации напряжений питания между линиями Ucc и "землей" вклю чают конденсаторы. Высокая эффективность этого метода борьбы с паразит ными связями.
Дата добавления: 2018-05-31; просмотров: 371; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!