Режимы неиспользуемых входов

Вопрос о режиме “лишних” входов решается с учётом конкретного типа ис­пользуемой схемотехнологии.

Пусть, например, нужно получить конъюнкцию (или её инверсию) пяти пе­ременных. В стандартных сериях нет соответствующих элементов с пятью входами, и поэтому придётся взять элемент с восемью входами, у которого окажется три “лишних” входа. Принципиально возможно поступить сле­дующим образом: 1) не обращать внимания на “лишние” входы (т. е. оставить их разомкнутыми), 2) подсоединить их к задействованным входам или 3) подать на них некоторые константы. С точки зрения логических операций, все три возможности правомерны (рис. 11, а). Если же учесть особенности той или иной схемотехнологии, то выбор варианта действий становится опреде­лённым.

Для ЭСЛ (эмиттерно-связанная логика) решение такое: неиспользуемые входы остаются разомкнутыми. Это объясняется тем, что в схемах самих элементов уже предусмотрены специальные резисторы, связанные с источ­ником питания, которые обеспечивают необходимые условия “лишним” входам.

Для КМОП и ТТЛ(Ш) неиспользуемые входы разомкнутыми не оставляют. Для КМОП это строгая рекомендация, т. к. у них очень велики входные со­противления и, следовательно, на разомкнутые входы легко наводятся пара­зитные потенциалы, которые могут изменять работу схемы. Для ТТЛ(Ш) строгого запрета на оставление разомкнутых входов нет, но это делать неза­чем, т. к. вследствие этого пострадают параметры быстродействия элемента. Подсоединение “лишних” входов к задействованным для КМОП и ТТЛ(Ш) принципиально возможно, но нежелательно, т. к. оно приводит к увеличе­нию нагрузки на источник сигнала, что также сопровождается уменьшением быстродействия источника сигнала.

а

б

в

Рис. 11. Принципиально возможные (а) и рекомендуемые (б) режимы неиспользуемых входов логических элементов,
схема формирования сигналов логической единицы (в)

Таким образом, для КМОП и ТТЛ(Ш) рекомендуемый режим неиспользуе­мых входов – подсоединение их к константам (логическим единицам или нулям), не изменяющим работу схемы для задействованных входов. При этом уровни напряжений U ₁ и U ₀ для КМОП близки к уровням U_CC и “земли”, к которым и подключают неиспользуемые входы. У элементов ТТЛ(Ш) уровень U ₁ на 1,5-2,5 В ниже уровня U_CC , поэтому в старых сери­ях ТТЛ(Ш), например, в серии К155 для предотвращения пробоев неис­пользуемые входы подключали к источнику питания U_CC через резисторы R (обычно рекомендация была такой: R = 1 кОм и к одному резистору разре­шается подключать до 20 входов). Для более поздних серий ТТЛ(Ш), таких как К555 и КР1533, разрешается подключать неиспользуемые входы непо­средственно к напряжению питания.

Примеры, иллюстрирующие перечисленные способы подключения неисполь­зуемых выводов ИС, показаны на рис. 11, б. Сигналы логической единицы можно получать от специального элемента (рис. 11, в), причём, если это мощный элемент, то он может иметь коэффициент разветвления до 30.

Согласование уровней сигналов
при сопряжении разнотипных элементов

Иногда в одних и тех же устройствах приходится по тем или иным сообра­жениям применять элементы разных схемотехнологических типов. Самая типичная ситуация – одновременное использование элементов КМОП и ТТЛ(Ш). Различие элементов требует рассмотрения их совместимости по уровням напряжений, токов, быстродействию и т. д.

Согласование элементов КМОП и ТТЛ(Ш) отличается простотой. Выход­ные уровни U₁ и U₀ элементов КМОП близки соответственно к уровню питания и нулевому уровню, отличаясь от них на несколько процентов (например, в серии КР1554 при напряжениях питания 3–5 В U₁ = Ucc–0,1 В, a U₀ = 0,1 В). При подключении к выходу элемента КМОП входов элементов ТТЛ(Ш) оказывается приемлемой прямая передача сигналов от элемента к элементу (рис. 12, а). При этом низкий нулевой уровень, по­ступающий от КМОП-элемента, оказывается более "хорошим", чем ана­логичный уровень, получаемый от "своего" элемента ТТЛ(Ш). Высокий уровень логической единицы у элементов КМОП близок к напряжению питания, а у элементов ТТЛ(Ш) этот уровень приблизительно вдвое меньше. Повышение уровня логической единицы благоприятно для по­вышения помехоустойчивости схемы, но может быть опасно с точки зре­ния возможности пробоя входных цепей. Если повышение уровня U₁ до­пустимо, то прямое управление элементом ТТЛ(Ш) от элемента КМОП вполне приемлемо. В частности, такое управление рекомендуется для из­вестных серий микросхем КР1533 и КР1554.

В сочетаниях элементов ТТЛ(Ш)–КМОП напряжение высокого уровня, формируемое выходным каскадом ТТЛ(Ш), обычно недостаточно для надле­жащего управления элементами КМОП, и должно быть увеличено. В типовой схеме сопряжения (рис. 12, б) это выполняется с помощью цепочки Ucc–R. На первый взгляд схема рис. 12, б может показаться странной, поскольку в ней дополнительная цепочка Ucc–R должна воздействовать на выходное на­пряжение элемента ТТЛ(Ш). Выходные сопротивления элементов малы, что позволяет им работать на большие нагрузки и не поддаваться внешним воз­действиям, жестко сохраняя выработанные сигналы. Поэтому, как правило, никакие сигналы на выходы элементов не подаются. Однако в рассматривае­мом случае ситуация иная. Типичная выходная цепь элемента ТТЛ(Ш) изо­бражена на рис. 12, в.

а б

в г

Рис. 12. Схемы согласования элементов КМОП и ТТЛ(Ш) (а, б) и пояснения к их работе (з, г)

При формировании высокого уровня напряжения транзистор Tl работает в схеме эмиттерного повторителя и создает малое выходное сопротивление для тока, вытекающего из выходной цепи. Ток, втекающий извне в выходной электрод, напротив, встречает чрезвычайно высокое сопротивление запер­того транзистора Т2 и сопротивление обратно включенного диода D. Такая резкая асимметрия выходных сопротивлений каскада для вытекающего тока (обычного рабочего режима) и втекающего, создаваемого цепочкой Ucc–R' позволяет этой цепочке определять напряжение в линии связи между эле­ментами, задавая уровень Ub приблизительно равный Ucc, что и требуется Для элемента КМОП (рис. 12, г). Рекомендуемые для сопряжения элемен­тов серий КР1533 и КР1554 значения сопротивления резистора равны при­близительно 5 кОм.