Конспекты лекций по цифровой электронике. Насыров И.А. - 39 стр.

используемого напряжения или любых направлениях протекания токов.                        Первые три типа используют биполярные транзисторы, последние два –
      Из рис. 8.1 (а) видно, что при положительной логике и условии Uвых≥ 0       полевые.
значению лог. 1 соответствует большее по абсолютному значению напряжение, в то           Распространение нескольких типов логики, выполняющих одни и те же
время как при Uвых< 0 большее абсолютное напряжение соответствует значению лог.   логические функции, объясняется различием их основных характеристик, что в
0. Однако с учетом знака уровни, показанные на рис. 8.1 (а, б), полностью         зависимости от технических требований условий эксплуатации позволяет строить
соответствуют данному выше определению типов логики. Важно отметить, что если     электронные средства с требуемыми параметрами.
некоторое логическое устройство относительно положительной логики реализует              Самыми распространенными на сегодняшний день являются ИС,
операцию И, то относительно отрицательной логики это будет операция ИЛИ, и        реализующие ТТЛ и ее разновидности. Этот тип ИС, судя по прогнозам
наоборот.                                                                         специалистов, останется наиболее массовым и в ближайшем будущем. Интегральные
                                                                                  схемы данного типа обладают средним быстродействием (Fmax = 20 ... 50 МГц) и
                                                                                  средней потребляемой мощностью.
                                                                                         Интегральные схемы, реализующие ЭСЛ, являются наиболее быстродейст-
                                                                                  вующими, но мощность, потребляемая этими элементами, превышает мощность
                                                                                  элементов ТТЛ. Однако гибкость ее схемотехнических решений позволяет
                                                                                  достаточно просто реализовывать сложные логические функции.
                                                                                         Базовые элементы И2Л были разработаны специально для использования в
                                                                                  БИС. Их отличает высокая, недоступная для ТТЛ и ЭСЛ степень интеграции,
                                                                                  пониженное напряжение питания, простота согласования с элементами ТТЛ и
                                                                                  возможность регулировать в широких пределах быстродействие путем изменения
              Рис. 8.1. Потенциальный способ представления лог. 0 и лог. 1:
                                                                                  потребляемой мощности.
                  а – положительная логика; б – отрицательная логика
                                                                                         Особенностью ИС, выполненных на полевых транзисторах, является малая
      При импульсном способе представления значению лог. 1, например, может       потребляемая мощность. Однако по быстродействию эти элементы пока уступают
быть поставлен в соответствие сам факт наличия импульса или его положительный     логике на биполярных транзисторах. Данный тип логики также обладает высокой
перепад, а значению лог. 0 - отсутствие импульса или его отрицательный перепад.   помехоустойчивостью. В сравнении с биполярными транзисторами полевые
      Следует отметить, что при потенциальном способе представления значение      транзисторы имеют меньшие размеры и проще в изготовлении, что позволяет
логической переменной может быть определено в любой произвольный момент           разместить на единице площади кристалла больше элементов. В соответствии с этими
времени. При импульсном же представлении это может быть сделано только в строго   особенностями область их применения ограничивается функционально сложными
определенные дискретные моменты времени. Другими словами, при потенциальном       устройствами невысокого быстродействия и малого токопотребления.
представлении возможен как синхронный, так и асинхронный съем информации. При            Прогнозы специалистов показывают, что по мере совершенствования
импульсном же представлении возможен только синхронный съем информации. Это       технологии, направленной на повышение их быстродействия, этот класс ИС
определяет преимущества и недостатки указанных методов представления              постепенно станет самым массовым. В первую очередь это касается ИС КМОП.
логических переменных.
      В настоящем лекционном курсе ограничимся рассмотрением базовых              8.1. Основные требования к базовым логическим элементам
                                                                                  В реальных цифровых устройствах электрические сигналы, отображающие значения
логических элементов, реализующих потенциальный способ представления
                                                                                  логических переменных, проходят через большое число последовательно
логических переменных, т.к. он получил наиболее широкое практическое
                                                                                  соединенных однотипных электронных блоков, реализующих их преобразование в
распространение.
                                                                                  соответствии с аксиомами основных логических операций. Для надежного
      На начальном этапе развития цифровой электроники было разработано
                                                                                  функционирования таких схем необходимо, чтобы каждый отдельный электронный
большое число всевозможных схемотехнических решений, реализующих основные
                                                                                  блок, не зависимо от своего расположения в схеме и различных комбинаций входных
логические операции. Однако широкое практическое использование получили только
                                                                                  сигналов и выходных нагрузок, безошибочно выполнял заданную логическую
некоторые из них. Эти элементы наилучшим образом сочетают ряд важных для
                                                                                  функцию. При этом должна гарантироваться передача неискаженного сигнала,
потребителя и изготовителя характеристик.
                                                                                  соответствующего требуемому значению логической переменной. Возникшие в
      В настоящее время при разработке ИС наибольшее распространение получили
                                                                                  процессе преобразования искажения, во-первых, не должны влиять на работу
следующие базовые логические элементы (БЛЭ):
                                                                                  устройства, если они лежат в пределах некоторых допустимых зон изменения этого
 •   транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ);
                                                                                  сигнала, и, во-вторых, самоустраняться по мере дальнейшего преобразования
 •   эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ);
                                                                                  сигнала.
 •   интегрально-инжекционная логика (И2Л);                                              Функциональная сложность реальных логических устройств, множество
 •   логика на однотипных полевых транзисторах (n-МОП и p-МОП);                   различных сочетаний входных сигналов и нагрузок, а также использование при их
 •   логика на комплектарных полевых транзисторах (КМОП).                         изготовлении гибридной и полупроводниковой технологий, не позволяют
                                      77                                                                                78