Лекция 1. Общая характеристика (обобщенные параметры и характеристики биполярных интегральных схем)

РАЗДЕЛ 2. БАЗОВЫЕ ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ.

ТЕМА 1. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ТТЛ СХЕМЫ.

ТТЛ - транзисторно - транзисторная логика

Лекция 1. Общая характеристика (обобщенные параметры и характеристики биполярных интегральных схем).

В интегральных технологиях используются кремниевые транзисторы n-p-n типа с повышенной концентрацией примесей.

Интегральные транзисторы обладают специфическими характеристиками своих дискретных аналогов.

1. Большой порог запирания по базе

2. Низкий инверсный коэффициент передачи тока

3. Большое объемное сопротивление тела коллектора

4. Большое остаточное напряжение на коллекторе насыщенного транзистора

Каскад ОЭ (рис. 2,а) остается основной ключевой схемой и в интегральном варианте. Семейство входных характеристик интегральных транзисторов обладает веерной структурой (рис.2,б)

Рисунок 2. а) каскад ОЭ; б) семейство входных характеристик кремневых планарных транзисторов.

Входная характеристика с ростом тока коллектора насыщения в режиме насыщения смещается вправо (рис 2,в).

Рисунок. 2 в) входная характеристика.

Замечаем что при токе напряжение на базе насыщенного транзистора .

В интегральных транзисторах не используются специальные источники запирания устройства, поэтому закрытое состояние транзистора является условным и определяется максимально допустимым током утечки (рис. 2,г) коллектора.

Рисунок 2. г) максимально допустимый ток утечки.

Напряжение на коллекторе насыщенного транзистора , напряжение на базе насыщенного транзистора и порог запирания по базе являются основными статическими параметрами интегральных транзисторов.

К обобщенным параметрам интегральной схемы относятся:

1. Коэффициент объединения по входу (m).

2. Коэффициент разветвления по выходу (n).

3.Средняя потребляемая мощность ().

4. Средняя задержка на элемент ()

5. Статическая помехоустойчивость.

Коэффициент m – определяет максимальное количество входов логических элементов. Для различных технологий m принимает значение от 2-8 входов.

Коэффициент n – определяет какое количество входов других микросхем, аналогичных рассматриваемой, которые можно подключить к входу данной микросхемы, n – принимает значение от 4…25 (для ТТЛ n=10).

Средняя потребляемая мощность P_{ср .} Принято считать, что в каждый момент времени примерно половина микросхем устройства находятся в открытом состоянии (на выходе низкий потенциал) другая половина схем в закрытом состоянии (на выходе высокий потенциал). Поэтому P_ср определяется по следующей формуле:

где - потребляемая мощность микросхем в открытом состоянии;

- потребляемая мощность схем в закрытом состоянии.

Средняя задержка на элемент по тем же причинам что и ранее, определяется следующим образом:

где задержка переключения из 0 в 1;

задержка переключения из 1 в 0.

Если в цифровом устройстве имеется Q логических элементов, то суммарная задержка в этом устройстве определяется:

Статическая помехоустойчивость – это максимальное напряжение помехи, которое еще не приводит к нарушению работоспособности схем в устройстве. Длительность таких помех во много раз больше времени переходных процессов в схеме. Помехи возникают за счет падения напряжения в проводниках, соединяющих элементы в устройстве. Помехи могут действовать по входным шинам, а также по шинам земля и питание. Особенно опасны помехи по шине земля, так как по ней протекают большие токи.

Различают помехоустойчивость закрытой схемы (на выходе высокий потенциал) к открывающей помехе и помехоустойчивость открытой схемы (на выходе низкий потенциал) к закрывающей помехе