Система моделювання Electronics Workbench (стр. 10 из 10)
CLR (Clear) — вхід скидання.
Cn (Carry in) — вхід для розряду переносу.
CS (Chip select) — вибір кристала; визначає доступ до однієї з ІМС пристрою.
D (Data input) — вхід даних тригера, лічильника, регістра.
DSI (Data serial input) — вхід послідовних даних.
DS(Data select) — вхід вибору даних.
DL, DR (Data left, Data right) — входи для послідовного завантаження (регістра) ліворуч, праворуч.
DSL, DSR (Data shift left, Data shift right) — входи для зрушення даних вліво, вправо.
Е (Enable) — вхід сигналу дозволу.
ЄС (Enable count) — вхід сигналу дозволу рахунку.
ЇЇ (Enable even) — вхід сигналу дозволу, рахунковий.
El (Enable input) — висновок ІМС, по якому дається дозвіл на прийом даних.
НЕЮ (Enable input/output) — висновок для одночасного дозволу по входу і виходу.
ЕО (Enable output) — висновок для дозволу по виходу.
LSB (Least significant bit) — молодший значущий розряд (МЗР).
М (Mode control) — вибір режиму "Арифметика-логіка" в АЛУ.
РЕ (Parallel enable load) — вхід дозволу рівнобіжного завантаження.
P/S (Parallel/serial) — вхід переключення режимів рівнобіжного або послідовного завантаження.
R (Reset) — асинхронне скидання даних.
RE (Read enable) — вхід дозволу читання.
S (Set) — установка тригера, лічильника, регістра.
S (Set enable) — дозвіл попереднього рівнобіжного запису.
SI (Serial input) — вхід послідовний.
SIR, SIL (Serial input right, SI left) — вхід послідовний праворуч, ліворуч.
SR (Synchro reset) — вхід скидання синхронно з тактовим імпульсом.
ТС (Terminal count) — вихід закінчення рахунка.
TCD (Terminal count down) — те ж, на зменшення рахунка.
TCU (Terminal count up) — те ж, на збільшення рахунка.
Розглянемо базові елементи, з яких набираються самі складні цифрові ІМС.
Схема базового елемента (вентиля) ТТЛ-серії показана на мал. 3.70, а. Вона має три основних каскади: вхідний на транзисторі VT1, фазорозподільний на транзисторі VT2 з можливістю реалізації на ньому функції АБО і вихідний підсилювач на транзисторах VT3 і VT4 [49].
Як транзистор VT1 використовується багатоемітерний транзистор, відсутній у бібліотеці EWB. Принцип дії вхідного каскаду легко зрозуміти, якщо переходи база-емітер представити у виді діодів, як показано на мал. 3.70, б. Тоді очевидно, що якщо вхідні діоди (входи А, В) підключені до шини з високою напругою (3...5 В), те струм резистора R1 потече через коллекторний діод у базу транзистора VT2. Якщо ж хоча б один із вхідних діодів підключений до заземляючої шини або до шини з низькою напругою, то в такий же спосіб, виявиться підключеним і резистор R1. На базі транзистора VT1 при цьому буде низька напруга (перевищуюче вхідне на величину напруги база-емітер) і базовий струм транзистора VT2 стане рівним нулеві.
Таким чином, при високих напругах на обох входах на колекторі транзистора VT1 також буде висока напруга; якщо ж хоча б на один із входів подана близька до нуля напруга, то на колекторі VT1 установиться низька напруга, а це означає, що вхідний транзистор виконує логічну функцію І.
Фазорозподільний каскад виконаний на транзисторі VT2 і резисторах R2, R3,у яких приблизно рівні опори (близько 0,25...0,33 від R1). При цьому насичення транзистора VT2 досягається вже при досить малому коефіцієнті підсилення струму. Коли на всі логічні входи схеми подана висока напруга, через перехід бази-колектора транзистора VT1 у базу VT2 подається керуючий струм, у результаті чого VT2 відкривається. При цьому напруга в точці Е може зрости тільки до напруги база-емітер транзистора VT4, а напруга в точці З (на колекторі VT2) знизиться до значення, рівного сумі напруг відкритих діода VD і транзистора VT3. Якщо хоча б на один з логічних входів подається низька напруга (сигнал логічного нуля), то транзистор VT1 відкривається, відключаючи керуючий базовий струм транзистора VT2, у результаті чого VT2 закривається і через резистори R2, R3 протікає тільки струм витоку, тому напруги в точках Е и С близькі до нуля і Ucc відповідно. Логічна функція АБО може бути реалізована при рівнобіжному з'єднанні двох або більш подібних фазорозподільних каскадів (у точках С і Е).
Основним транзистором вихідного каскаду є транзистор VT3. Коли на входи А, В (мал. 3.70, б) подані висока напруга, транзистори VT2 і VT3 відкриті. У цьому випадку напруга в точці З буде дорівнювати, як зазначено вище, напрузі двох відкритих р-n-переходів. Якщо тимчасово виключити з розгляду транзистор VT4 і розглядати тільки ланцюг, що містить діод VD і транзистор VT3, то напруга в точці S буде нижче напруги в крапці З на величину, рівну напрузі на двох р-n-переходах. При цьому напруга на базі транзистора VT4 буде достатнім (саме за рахунок діода VD) для підтримки його у відкритому стані, тобто на виході S буде діяти напруга, рівне напрузі насичення транзистора VT4 (сигнал логічного нуля).
Якщо хоча б на один із входів вентиля А або В подане низька напруга, то транзистори VT2 і VT4 закриті. Через резистор R2 тече тільки струм витоку транзистора VT2, тому напруга в крапці З близько до напруги харчування Vcc, а потенціал у крапці S нижче потенціалу З на величину спадання напруги на двох відкритих переходах. Спаданням напруги на резисторі R2 від базового струму транзистора VT4 можна зневажити. Таким чином, при наявності хоча б на одному з входів вентиля низької напруги вихідна напруга вентиля нижче напруги живлення на спадання напруги на двох р-n-переходах. У різних серіях ТТЛ використовуються різні схеми вихідних каскадів, однак завжди між шиною Ucc і виходом S мається два послідовно включених р-n-переходи. Резистор R4 служить для захисту транзистора VT3 при закорочуванні виходу S на "землю".
Базовий елемент серії 54/74 (155) (мал. 3.71) небагато відрізняється від розглянутого (мал. 3.70). Основна відмінність полягає в тім, що діод VD включений у емітерний, а не в базовий ланцюг транзистора. На мал. 3.71 показаний також підключений до виходу мультиметр і імітатор вхідного сигналу, виконаний на ключі Z. У положенні ключа, показаному на малюнку, на вході формується сигнал логічної одиниці. При перекладі ключа в інше положення вхід вентиля підключається через резистор Ri до загальної шини, у результаті чого на вході вентиля формується сигнал логічного нуля.
а) б)
Мал.3.70. Базова схема елемента ТТЛ-серії (а) і еквівалентна схема багатоемітерного транзистора(б).
Мал.3.71. Базова схема елемента серії 54/73.
а) б)
Мал.3.73. Базова схема інвертора (а) і елемента АБО-НІ (б) КМДН-серії.
Розглянемо тепер базові елементи ІМС КМДН-серії. Найпростішим елементом цієї серії є КМДН-інвертор, схема якого показана на мал. 3.72, а. Вона складена з КМДН-транзисторів різного типу провідності. Транзистор n-типу підключений джерелом до нульового потенціалу, транзистор р-типу до позитивної шини джерела живлення. Схема реалізує логічну операцію НІ і забезпечує роботу в режимі позитивної логіки. У такому режимі працюють більшість ІМС КМДН-серій.
Для реалізації функції АБО-НІ (мал. 3.72, б) використовується рівнобіжне включення МДН-транзисторів n-типу і послідовне (ярусне) включення транзисторів p-типу. Крім того, кожний із вхідних транзисторів n-типу зв'язаний по затворі з транзистором р-типу. Для реалізації функції І-НІ (мал. 3.73) napaлельно включаються транзистори р-типу і послідовно — транзистори n-типу. При подачі на вхід схеми АБО-НІ сигналу X1 високого рівня відкриється транзистортор VT1 і закриється VT3. У результаті на виході схеми формується низький рівень напруги. При подачі на обидва входи (X1 і Х2) сигналів низького рівня транзистори VT1 і VT2 закриваються, але відкриваються транзистори VT3 і VТ4, у результаті чого на виході схеми напруга буде близькою до напруги живлення Ucc. Таким чином, перезаряд ємності навантаження, що підключається між вихідним затискачом Y і загальною шиною, завжди здійснюється через відкритий транзистор р-або n-типу, що підвищує швидкодію схеми.
Потужність, споживана схемою на КМДП-транзисторах, витрачається в основному під час перехідного процесу на заряд вихідних паразитних ємкостей схеми і власних ємкостей транзистора. Тому зі збільшенням частоти переключення, а також при збільшенні вихідної еквівалентної ємності споживана потужність зростає відповідно до вираження Рдин = 2CxFxUсс2 де З — еквівалентна ємність навантаження; F — робоча частота; Ucc — напруга джерела живлення.
У статичному режимі споживана потужність визначається напругою живлення і струмами витоку закритого МДН-транзистора. Для зменшення потужності, споживаної в динамічному режимі, необхідно в першу чергу знижувати їм навантаження.
Мінімальна напруга живлення схеми на КМДН-транзисторах визначається напругою відмикання р-канального транзистора, тому що воно більше, ніж напруга відмикання n-канального транзистора. Природно, що живлення вибирається більше напруги відмикання. Це забезпечує схемі на КМДН-транзисторах високу завадостійкість і швидкодію.
Мал.3.73. Схема базового елемента І-НІ КМДН-серії.
Схема І-НІ на мал. 3.73 містить імітатор вхідного сигналу на ключах А, В і мультиметр для перевірки правильності функціонування схеми. У положенні перемикачів, показаних на схемі, на входи А, В подаються сигнали логічної одиниці. При цьому транзистори VT1, VT2 будуть закриті, а транзистори VT3, VT4 — відкриті і на виході Y мультиметром буде фіксуватися низький рівень сигналу логічного нуля. Досить один з вимикачів перевести в інше положення й один із двох нижніх транзисторів закриється, при цьому на виході Y буде фіксуватися високий рівень сигналу логічної одиниці, що і відповідає логіці роботи І-НІ.
Контрольні питання н завдання
1. Коли і де були створені перша мікросхема і перший мікропроцесор?
2. Що із себе представляють ТТЛ- і КМДН-серии цифрових ІМС?
3. Що дозволило радикально підвищити швидкодію ТТЛ-серії?
4. У чому полягає розходження в позначеннях цифрових ІКС закордонного й вітчизняного виробництва?
5. Яку основну перевагу мають цифрові КМДН-мікросхеми в порівнянні з ТТЛ і на яких частотах воно виявляється?
6. Які функції виконує багатоемітерний транзистор у ІМС ТТЛ-серії?
7. З опису процесу формування на виході S сигналу логічного нуля в схемі вентиля на мал. 4.70, а не зовсім ясно, у якому стані при цьому знаходиться транзистор VT3 — у відкритому або закритому. Для перевірки необхідно при логічній одиниці на входах А, У виміряти за допомогою мультиметра напругу на колекторі VT3, попередньо переконавшись, що на виході S сигнал логічного нуля. Якщо ця напруга дорівнює Ucc = + 5 В, то це означає, що через резистор R4 струм не тече і, отже, транзистор VT3 закритий. Якщо це так, спробуйте пояснити, чому?
8. Перевірте правильність функціонування схеми на рис 4.73.