Название: Вычислительная техника (Захаров Н. Г.)

Жанр: Энергетический

Просмотров: 1545


2.10. основные характеристики логических элементов

 

Основными характеристиками логических элементов являются: статическая характеристика передачи, статическая помехоустойчивость, быстродействие, число входов или коэффициент объединения по входу, нагрузочная способность или коэф- фициент разветвления по выходу, потребляемая мощность.

Статическая характеристика передачи (рис. 2.11) представляет собой зависи- мость напряжения Uвыx  на выходе ЛЭ от напряжения Uвх  на одном из его входов (Uвыx = f(Uвх)). При этом напряжения на других входах поддерживаются постоянными и соответствующими уровню логического нуля для схем ИЛИ-НЕ и уровню логиче- ской единицы для схем И-НЕ. В этом случае ЛЭ превращается в инвертор. К выходу исследуемого элемента подключается в качестве нагрузки однотипный элемент.

Uвых

 

U

 
1

вых

 

U

 
0

вых

M

 

U

 

DU

 
0

пом

 

U0       1

 

Um

U

 
1

пом

N

вх Un1 Un2 U вх Uвх

 

Рис. 2.11. Статическая характеристика передачи ЛЭ

 

Основные параметры статической характеристики передачи: уровни напряже-

 

ния U1 и U0, равные соответственно логическим единице и нулю; логический размах

или перепад напряжения Um; пороговые уровни Unl и Un2 и ширина активной области

 

U. Отношение Um/U представляет собой значение среднего коэффициента пе- редачи в активной области. Точки М и N характеризуют положение рабочей точки на статической характеристике передачи при подаче на вход ЛЭ уровней напряжения U0 и U1.

Статическая помехоустойчивость – определяется наибольшей величиной на-

 

пом

 
пряжений U0

 

и U

 
1

пом

 

(рис. 2.11), которые могут быть поданы на вход элемента от-

 

носительно логических уровней 0 и 1 и не вызовут ложных переключений. Причиной таких помех могут быть паразитные падения напряжения на шинах питания. В прак- тических схемах значение Uпом колеблется от 0,1 до 0,3 В в элементах с низкой поме- хоустойчивостью и до 1,0 В – в элементах с высокой помехоустойчивостью.

3

 
Быстродействие в логических элементах определяется величиной задержки перепада напряжения при переходе его через ЛЭ. Эта задержка определяется наличи- ем некоторого порога срабатывания элемента, инерционностью полупроводниковых приборов, влиянием паразитных емкостей. Она обычно измеряется на уровне, равном половине величины перепада и  оказывается различной  для  положительного  (t +) и

3

 
отрицательного (t –) перепадов (рис. 2.12).

 

Uвх

 

Uвых

 

 

Um

0,5Um

 

t

 

 

0,5Um

 

–          t +        t

t3         3

 

Рис. 2.12. Определение среднего времени задержки ЛЭ

 

3

 

3

 
Средней задержкой называют их полусумму: t З.ср= (t +

+ t –)/2.

Быстродействие логической схемы тем выше, чем меньше tЗ.ср.. Все логические элементы по быстродействию можно разделить условно на 4 группы: сверхбыстро- действующие – t З.ср. < 5 нс; быстродействующие – t З.ср. = 5 – 10 нс; среднебыстродей- ствуюшие – t З.ср. = 11 – 15 нс; медленнодействующие – t З.ср. > 15 нс.

Коэффициент объединения по входу или число входов (m) логического элемен-

 

та  определяет  максимальное  количество  входных  сигналов,  над  которыми  можно произвести операции ИЛИ и И, в зависимости от типа элемента m = 2 – 12.

Нагрузочная способность или коэффициент разветвления по выходу (n) харак- теризирует число входов аналогичных элементов, которые можно подключить к вы- ходу   данного   элемента   без   нарушения   его   нормального   функционирования. В зависимости от типа элемента n изменяется от 3 до 100.

Потребляемая мощность рассеивания в ЛЭ определяет не только его экономич- ность, но, что часто более важно, – степень его разогрева. Это ограничивает габариты элемента и всего устройства в целом. Уменьшение габаритов элемента и, следова- тельно, величины его охлаждающей поверхности при заданной величине его рассеи- вающей мощности приводит к росту температуры элемента сверх допустимого значе- ния и к нарушению его работоспособности. Это обстоятельство оказывается особенно существенным в микроминиатюрных интегральных элементах. В сложном цифровом устройстве примерно половина входящих элементов в любой момент времени оказы- вается закрытой, а другая половина – открытой. Поэтому в качестве характеристики элемента пользуются понятием средней мощности Рср, под которой понимается полу- сумма мощностей, рассеиваемых в двух статических состояниях элемента: закрытом и открытом. Величина Рср достигает сотен милливатт.