Файл: Конспект лекций по ЦП, ч1 (Пономарёв, 2006).pdf

Одноименные j- е выходы микросхем с открытым коллектором соединены с общим нагрузочным резистором Rj. Три старших дополнительных бита адреса A10,A9,A8 выбирают одну из восьми микросхем, а восемь младших бит адреса выводят содержимое одной из 256-ти ячеек памяти на шину данных (ШД).Пусть на шину адреса (ША) поступил код A10..A0 = 11000011010 = 61A. На всех выходах дешифратора, кроме шестого (A10..A8 = 110 =6) будет высокий уровень. Нулевой сигнал ~Y6 = 0 на входе ~OE1 шестой микросхемы разрешит прохождение записанной информации на выходы, а код 1 1010 = 1A(HEX) = 26(DEC) на адресных входах A7..A0 извлечет содержимое 26-ой ЯП и поместит его на четыре линии шины данных (ШД).

Особенностью метода является необходимость объединения по ИЛИ(И) одноименных выходов микросхем. Это можно выполнить или подключением одноименных выходов к 2n- входовым схемам ИЛИ(И) для каждого разряда, или выполнять выходные структуры микросхем памяти по схеме допускающей монтажное ИЛИ(И) с открытым коллектором или с третьим состоянием, что целесообразней.

По этой причине все микроросхемы памяти выпускаются с такими выходами.

6.7 ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЦИФРОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ

Проектирование современных цифровых устройств невозможно без использования программируемых цифровых ИС (ПЦИС). Они обладают следующими преимуществами перед дискретными элементами: 1)Уменьшение габаритов устройства, 2)Увеличение быстродействия, 3)Повышение надежности, 4)Защита от копирования результатов разработки, 5)Беспрецедентная скорость разработки и модификации проекта, 6)Разработку и модификацию устройства может вести потребитель на своем рабочем столе.

СТРУКТУРА ПЦИС

Схемные характеристики большинства ПЦИС основаны на реализации диз'юнктивной нормальной формы (ДНФ) с помощью элементов И,ИЛИ,ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и инверторов. В состав ПЦИС входят также триггеры, мультиплексоры конфигурации буферы (прямые, инверсные, тристабильные) и программируемые перемычки. Потребительские свойства разрабатываемой потребителем схемы складываются, т.о. из жесткой топологии, закладываемой на заводе и из схемных особенностей проекта программируемых разработчиком (потребителем). Основой ПЦИС является набор матриц И и ИЛИ и макроячеек, включающих триггеры, буферы входов/выходов, элементы управления и обратные связи. Укрупненная структурная схема ПЦИС показана на рис.1.

Входы элементов И матрицы И принято обозначать на схемах (не по ГОСТ'у между прочим) как на рис.2 слева. В середине то же по ГОСТ.

В незапрограммированном виде пермычки находятся на месте. Удаляя (значок X) с помощью программатора перемычки можно получить любое логическое произведение (терм) входных переменных. На рис.2 перемычка от линии x1 до соответствующего входа И удалена. Обычно на входы матриц И заводятся не только прямые, но и инверсные значения переменных. Выходы матриц И, как и положено в ДНФ подключаются к элементам ИЛИ. Внимательно изучите рис.3 и особенно обозначение пересечений без соединения и с соединением проводников.

Выход элемента ИЛИ подключен через управляемый инвертор/повторитель, выполненный на ИСКЛ.ИЛИ (=1), во-первых к входу триггера, во-вторых через мультиплексор MUX1 и управляемый тристабильный буфер к выходу.

Если буфер переведен в третье состояние сигналом E, внешний вывод микросхемы "выход/вход" может служить входом. Через MUX2, также может заводиться сигнал обратной связи с выхода триггера. Cигналы от перемычек F(use)1 и F(use)2 поступают на управляющие входы мультиплексоров "2->1" обеспечивая подключение одного из двух входов к единственному выходу, каждого MUX. Программирование ПЦИС под конкретную задачу может многократно производиться конфигурированием перемычек с помощью специальных программаторов под управлением САПР.

7.ПРИМЕНЕНИЕ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ

7.1ПЕРЕДАТОЧНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Взависимости от схемотехники и технологии основного (базового) логического элемента (ЛЭ) существует несколько типов микросхем:

- ТТЛ(Ш) - транзисторно-транзисторная логика с диодами Шоттки или без них; - КМОП / n-МОП - с комплементарными или n-МОП транзисторами;

- ЭСЛ - эмиттерно-связанная логика; - МОПТШ - логика на арсенид-галлиевых МОП структурах с диодами Шоттки.

Важнейшей характеристикой базового ЛЭ, в литературе называемого также вентилем, является передаточная характеристика инвертора Uвых = f(Uвх).

Uвых1/Uoh - напряжение на выходе ЛЭ, соответствующее логической единице -"1". Uвых1пор/Uoht - пороговое напряжение на выходе ЛЭ, еще соответствующее - "1". Uвых0/Uol - напряжение на выходе ЛЭ, соответствующее логическому нулю - "0". Uвых0пор/Uolt - пороговое напряжение на выходе ЛЭ, еще соответствующее - "0". Uвх1/Uih - напряжение на входе ЛЭ, соответствующее логической единице - "1". Uвх1пор/Uiht - пороговое напряжение на входе ЛЭ, еще соответствующее - "1". Uвх0/Uil - напряжение на входе ЛЭ, соответствующее логическому нулю - "0". Uвх0пор/Uilt - пороговое напряжение на выходе ЛЭ, еще соответствующее - "0". Ucc - напряжение источника питания ЛЭ.

Чем больше разница между вых/вх сигналами и соответствующими им пороговыми значениями, тем выше помехоустойчивость ЛЭ.

7.2СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НЕКОТОРЫХ ТИПОВ МИКРОСХЕМ

Втаблице приведены усредненные типовые значения некоторых параметров микросхем, выполненных по различным технологиям.

В различных справочниках приведенные выше значения могут незначительно отличаться друг от

друга.

7.3 КОЭФФИЦИЕНТ РАЗВЕТВЛЕНИЯ (Краз,N)

Коэффициент разветвления или нагрузочная способность - максимальное число входов которые можно подключить к отдельному выходу микросхемы (м/с). Причем сумма входных токов должна быть меньше выходного тока отдельного выхода м/с. Если м/с имеет несколько выходов, то суммарный ток всех выходов не должен превышать паспортного значения для данной микросхемы, даже если отдельные выходы микросхемы будут недогружены.

Для определения N находят отдельно две суммы входных токов для логического 0 и 1 на j-выходе. Минимальная сумма и будет Краз. m,n - целые значения.

7.4 СОПРЯЖЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СЕРИЙ МИКРОСХЕМ

Внизу дана таблица соответствия некоторых отечественных и зарубежных серий микросхем, выполненных по двум наиболее распространенным технологиям КМОП и ТТЛ. В новых разработках рекомендуется применять серии КМОП (например 1554,1564,1594 и др.) и 1533 (AC, HC,ACT,HCT,FCT и

ALS). Преимуществом обладают КМОП серии, число которых превышает 25 наименований по сравнению с ТТЛ(Ш) - около восьми.

.....................................................

В практике иногда встречаеся ситуация,когда в одном устройстве встречаются микросхемы раличных серий и даже технологий. Например, если входная частота сигнала равна 1024МГц, то для ее измерения не обязательно использовать только ЭСЛ микросхемы с высоким быстродействием, но и с высоким потреблением. Достаточно взять только один ЭСЛ счетчик/делитель на 16, а выходной сигнал 64МГц можно считать и обрабатывать менее быстродействующими микросхемами с меньшим энергопотреблением. Передаточные характеристики ЛЭ различных серий и технологий различаются, поэтому соединять непосредственно такие ЛЭ чаще всего нельзя - требуются дополнительные элементы (схемы) сопряжения. Количество вариантов сопряжения растет в геометрической прогрессии, поэтому остановимся на КМОП и ТТЛ м/схемах (см. таблицу). Остальные варианты см. в справочниках, например сопряжение ЭСЛ - ТТЛ (Логические ИС КР1533 и КР1554."Бином".1993г.,стр.24).

+ : обозначает, что микросхемы сопрягаются в указанном направлении, +- : сопрягаются с ограниченным коэффициентом разветвления по выходу, OKR : применяется открытый коллектор или резистор, подключенный к +5в или промежуточный элемент HCT, R,ПУ : используется резистор, подключенный к +10в или элементы 40109,14504 или преобразователь уровней LTC1045, ПУ : должны применяться элементы 74C901/2,4049/50,14504 или LTC1045. На основе таблицы внизу даются развернутые схемы сопряжения.

7.5 УПРАВЛЕНИЕ ЛОГИЧЕСКИМИ СХЕМАМИ ОТ КОМПАРАТОРОВ И ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ

Помимо аналого-цифровых преобразователей (АЦП), работой цифровой логики могут управлять операционные усилители (ОУ) и компараторы, преобразующие аналоговый сигнал Uвх = (U+ - U-) в перепад напряжения: Uвых = "1" при (U+ > U-) и Uвых = "0" при (U+ <= U-) для компараторов и Uвых = "-1" если (U+ <= U-) для ОУ. Ниже на рисунке приведены схемы сопряжения логических элементов с компараторами с открытым коллектором и операционными усилителями.

В схеме (а) выходной каскад компаратора и логический элемент питаются одним напряжением, поэтому согласование уровней лог.0 и 1 выполняется автоматически. В схеме (б) напряжение на выходе ОУ может значительно превышать уровни: (Uвых-) < лог.0 а (Uвых+) > Uп, но т.к. входы КМОП микросхем защищены диодами, ограничивающими входные сигналы 0 и Uп, то дополнительных внешних ограничителей не требуется. В ТТЛ(Ш) микросхемах (в) все входы имеют диоды, ограничивающие входной сигнал снизу на уровне нуля, а для ограничения входного сигнала сверху требуется внешний диод. Резисторы служат для уменьшения входных токов ЛЭ, чтобы не пережечь ограничительные диоды. В схеме (а) резистор к тому же является нагрузкой компаратора с открытым коллектором.

7.6 ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕКОТОРЫХ ПАРАМЕТРОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

Ниже приведены некоторые параметры в отечественном по ГОСТ 19480-89 и международном обозначении .

tзд.р.1,0 / tPHL - время задержки распространения при включении. Интервал времени между входным и выходным импульсами, в течение которого выходной сигнал интегральной микросхемы (ИМС) переходит от H к L уровню, измеренный на уровне 0,5 или на других заданных значениях.

tзд.р.0,1 / tPLH - то же - от L к H уровню.

tзд.р.ср / tPAV - среднее время задержки распространения.

t1,0 / tTHL - время перехода при включении ИМС. Время, в течение которого выходное напряжение ИМС переходит от H к L уровню, измеренное на уровне 0,1 и 0,9 или на других заданных значениях.

t0,1 / tTLH - то же - от L к H уровню.

tуст / tSU - время установления входного сигнала. Интервал времени между началом сигнала на одном заданном входе и активном переходе на другом заданном входе.

tу / tH - время удержания. Время, в течение которого сигнал удерживается на заданном входе после активного перехода на другом заданном входе.

Краз / N - коэффициент разветвления по выходу. Число единичных нагрузок, которые можно подключить к выходу ИМС.

Коб / Ni - коэффициент объединения по входу. Число входов ИМС, по которым реализуется ЛФ. Uп / Ucc - напряжение источника питания ИМС.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Галкин В.И. Промышленная электроника. – Мн.: Вышэйшая школа, 1989.

2.Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. – М.: Высшая школа, 1991.

3.Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. – Ленинград: Энергоатомиздат, 1990.

4.Шило В.Л. Популярные цифровые микросхемы. – М.: Металлургия, 1988.

5. Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные цифровые устройства. – М.: Радио и связь, 1992.

6.Быстров Ю.А., Мироненко И.Г. Электронные цепи и устройства. – М.: Высшая школа, 1999.

7.Бирюков С.А. Применение цифровых микросхем серий ТТЛ и КМОП. – М.: МК, 2000.