Коефіцієнт об’єднання за входом (М) - визначає скільки виходів можна підключити до входу логічного елементу

2.                Коефіцієнт об’єднання за входом (М) - визначає скільки виходів можна підключити до входу логічного елементу.

3.                Статична завадостійкість показує величину напруги зовнішньої статичної завади, при якій логічний елемент забезпечує правильне працювання.

4.                Споживана потужність – це середнє значення потужності, що споживається схемою в перебування схеми в режимі статичного нуля і статичної одиниці.  За цим параметром логічні елементи поділяють на: потужні (Рсп=25 – 250 мВт); середньої потужності (Рсп=3 – 25 мВт); низької потужності (Рсп=0,3 – 3 мВт); малопотужні (Рсп=1 – 300 мкВт); нановатні (Рсп<1 мкВт).

5.                Швидкодія – час перемикання стану з логічного нуля в логічну одиницю і навпаки.  За даним параметром розрізняють інтегральні схеми: низької швидкодії (tс>100 нс); середньої швидкодії (tс=10 – 100 нс); швидкодіючі (tс=2,5 – 10 нс); надшвидкодіючі (t<2,5 нс).

5.5.2 Базові логічні елементи транзисторно-транзисторної логіки

В ТТЛ елементах можна виділити 3 каскади: вхідний каскад на основі багатоемітерного транзистора, транзисторний ключ (як правило з стабілізованим джерелом струму) і вхідний каскад. У вихідному каскаді для стабілізації нульових значень вхідних значень напруги (логічний 0) використовуються додаткові опорні діоди VД1, VДn.

Цим обумовлюється рівень напруги нуля ≈ 0,4 В (для кремнієвих інтегральних схем), або не більше 0,8 В. Живлення основного ключа на VT2 забезпечується джерелом стабільного струму на транзисторі VT3. Одночасно цей ключ є фазоінвертуючим каскадом для вихідного підсилювача потужності на транзисторах VT4, VT5.

Для покращення характеристик ТТЛ схем розроблено кілька схемотехнічних варіантів їх виконання:

1.                ТТЛ елементи з відкритим колектором, призначені для узгодження вихідних каскадів з зовнішнім навантаженням. В цьому випадку вихідний ключ виконується за схемою з від’єднаним колектором, що дозволяє визначити тип і рівень навантаження схеми з допомогою додаткових навісних елементів (серія К133).

2.                Каскади з підвищувальною навантажувальною здатністю (серія К531).

В цьому випадку вихідні ключі виконують у вигляді складених транзисторних каскадів з підвищувальною навантажувальною здатністю.

3.                ТТЛ схеми із z-станом (з високоімпедансним станом) призначені для роботи в цифрових схемах, що комутують інформаційні сигнали на спільну шину. В цьому випадку у вхідних колах передбачають додатковий вхід багатоемітерного транзистора, при подачі на який керуючого сигналу, виходи логічного елемента переходять у стан високого опору, тобто відключаються від загальної шини. Для формування керуючого сигналу передбачено додатковий вхід z і кілька транзисторів керування.

5.5.3 Базові логічні елементи емітерно – зв’язної логіки (ЕЗЛ)

ЕЗЛ є надшвидкодіючою, оскільки конструктивне виконання диференційних струмових ключів передбачає роботу транзисторів в ненасиченому режимі. Це забезпечує джерела опорної напруги із зменшенням значення напруги логічних рівнів, хоч в цьому випадку комутуючі напруги мають від’ємну полярність, однак логічна 1 відповідає більшому значенню потенціалу.

ТТЛ:

лог. 0 – 0,4, не більше 0,8 В.

лог. 1 – 2,4, не менше 2 В.

ЕЗЛ:

лог 0 – (-0,8 – 0,9В)

лог 1 – (-1,6 – (-1,7)В)

КМОН:

лог 0 ~ 0 (0,2 – 0,3 В)

лог 1 ~ 15 В, 9В, 5В

:

лог 0 – 0,6 – 0,8В

лог 1 – 1,2 – 1,3В

До інтегральних схем ЕЗЛ логіки відносяться мікросхеми серій К500, К1500. Базові елементи ЕЗЛ логіки передбачають можливість виконання одночасно функцій АБО та АБО НЕ, що зумовлено застосуванням струмових ключів у вхідному каскаді. При цьому допускається ввімкнення за паралельною схемою кількох виходів схеми одночасно, що є недопустимим в елементах ТТЛ і КМОН логіки. В найпростіших випадках це є запаралелення вихідних каскадів на спільне навантаження.

Для підвищення швидкодії ЕЗЛ каскадів використовується 2 методи:

1)                Побудова двоярусних токових ключів, що забезпечують розгалуження виходів схеми.

2)                Застосування додаткових вхідних кіл відносно нейтрального проводу, коли вхідний сигнал подається на схему відносно нуля.

Застосування на виході схем емітерних повторювачів зменшує вихідний опір логічних елементів, що підвищує загальну завадостійкість схеми.

5.5.4 Базові логічні елементи МДН логіки

Для реалізації логічних функцій в базисі МДН логіки застосовують структурні елементи на n- або p- канальних польових транзисторах. Функціонально вони практично не відрізняються, оскільки керуючі потенціали подаються через діалектрик на вхід ключа, змінюється тільки полярність керуючої напруги, оскільки в основному застосовуються транзистори з індуктивним каналом. Як і біполярних схемах для реалізації функцій І застосовується послідовне ввімкнення ключем, а функція АБО реалізується при паралельному їх ввімкненні.

Недоліком МДН структур є залежність струму насичення ключів від напруги живлення вихідного кола, при цьому, щоб одержати зменшення вихідного струму в режимі насичення необхідно збільшувати напругу стоку, що приводить до втрат на перемиканні ключа, тому більш оптимальними є ключі на комплементарних парах транзисторів, при цьому вхідні і вихідні кола реалізують з допомогою обмежуючих діодів. Вхідні та вихідні кола на основі діодів забезпечують надійну комутацію ключів за рівнем напруги і обмежують напругу на вході ключа в діапазоні (-0,7) – (0,7) В відносно напруги живлення каскаду. Базові логічні елементи КМОН типу створюють на парних ключах, тобто для кожного входу використовується окрема комплементарна пара транзисторів, при цьому, якщо в елементах І-НЕ вхідними ключами є транзистори n- типу провідності, а навантажувальними – p- типу, то в схемах з виключенням інверсії ці ключі просто міняються місцями. З МДН логікою виконано інтегральні схеми серії К561, К176, К564 (планарна). Завадостійкість таких елементів складає до 40% напруги живлення.

5.6 Інтегрально-інжекційна логіка

Схеми інтегрально-інжекційної логіки характеризуються наступними особливостями:

1.                В них відсутні резистивні елементи.

2.                В них суміщені області кристалу, які відносяться до різних ключових (транзисторних) елементів схеми.

3.                Живлення цих каскадів реалізовано за струмовим принципом, що дозволяє зменшити рівні сигналів і споживану потужність.

Транзистор VT2 виконує функції інвертування сигналу, VT1 є інжектором носіїв заряду в базу VT2, при цьому VT1 виконаний за горизонтальною технологією, VT2 – за вертикальною, що забезпечує підвищений коефіцієнт інжекції VT2, а відповідно і більший коефіцієнт струму.

Принцип дії такої логіки наступний. Нехай вхідний сигнал x0 на базі VT2 – відсутній, це відповідає стану логічної одиниці на вході, тоді струм інжектора, тобто колекторний струм VT1 забезпечує насичення бази VT2, що приводить до виходу на насичення колекторного струму VT2, а відповідно до появи на виході VT2 сигналу логічного нуля. Для інтегрально-інжекційної логіки стану логічного нуля відповідає напруга U0=0.1 – 0.2 V; стану логічної одиниці – U1=0.6 – 0.7 V. Таким чином перепад логічних рівнів складає порядка 0,4 – 0,6 V. За рахунок зменшення розмірів активних областей в кристалі підвищується швидкодія схеми, при струмі 0,1 мА, час затримки не перевищує 10 нс. Однак через низьку завадостійкість, такі елементи використовуються виключно в складі великих і надвеликих інтегральних схем, тобто в складі мікропроцесорів.

6.Функціональні вузли цифрової електроніки

В якості функціональних вузлів цифрової електроніки використовують пристрої формування прямокутних імпульсів, генератори тактових сигналів, перетворювачі рівнів сигналів на основі базових логічних елементів.