Основные типы логических элементов.

ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ЦИС

Логические элементы – функциональные устройства, предназначенные для реализации элементарных логических функций. Схемотехнической основой для построения логических элементов являются транзисторные ключи. Любую сложную логическую функцию можно реализовать, используя только три типа логических элементов: И, ИЛИ и НЕ.

 

 

 

По функциональному назначению ЦИС делятся на следующие группы:

1) логические, изменяющие логическое содержание входных сигналов – например, такие комбинационные устройства, как дешифраторы, шифраторы, мультиплексоры, демультиплексоры, сумматоры, преобразователи кодов и др.;

2) запоминающие, выполняющие функции хранения в течение заданного времени – триггеры, счетчики, регистры, запоминающие устройства;

3) вспомогательные, обеспечивающие электрическое и временное согласование работы ИС двух первых групп (преобразователи уровня, шинные формирователи, формирователи импульсов, устройства задержки).

 

Основные параметры и характеристики ЦИС.Логические элементы как функциональные устройства и элементы электрической цепи характеризуются совокупностью параметров и характеристик, которые условно можно разбить на следующие группы:

• Функциональные. К основным функциональным параметрам относятся:

1. Реализуемая логическая функция (например, 2И-НЕ , 8ИЛИ-НЕ).

2. Коэффициент разветвления по выходу , определяющий нагрузочную способность логического элемента и показывающий, сколько входов элементов этой же серии может быть одновременно подключено к выходу (может составлять от 10 до 100).

3. Коэффициент объединения по входу , характеризующий максимально допустимое число входов ЦИС, с помощью которых реализуется логическая функция (обычно равен 2 - 16).

4. Тип выхода логического элемента: обычный, с повышенной нагрузочной способностью, с открытым коллектором (ОК), с тремя выходными состояниями.

 

• Динамические. Динамические параметры характеризуют быстродействие логического элемента и определяются по времени задержки распространения сигналов с использованием временных диаграмм входных и выходных.

 

• Электрические.

1. Напряжения высокого и низкого уровней (входные и выходные ) и их допустимые отклонения.

2. Пороговые напряжения высокого и низкого уровней (входные , и выходные ).

3. Входные и выходные токи при соответствующих уровнях напряжений.

4. Статическая помехоустойчивость - это максимальное значение напряжения помехи на выходе логического элемента, которое может вызвать срабатывание подключенного к нему логического элемента той же серии и оценивается как минимальная разность между значениями выходного и входного сигналов данного уровня:

= − ;

= − .

5. Динамическая помехоустойчивость характеризует максимально допустимую амплитуду помехи при заданной ее длительности, которая не приведет к срабатыванию элемента. При этом речь идет о длительностях помехи меньших или соизмеримых с длительностью задержки распространения сигнала через логический элемент.

 

• Эксплуатационные. Эксплуатационные параметры определяют режимы и условия эксплуатации:

1. Напряжение питания и его допустимые отклонения.

2. Допустимые значения уровней напряжения логических сигналов и .

3. Допустимые входные , и выходные токи ,

4. Токи , мощности потребления интегральных схем , для двух состояний и средняя потребляемая мощность: = 0 ,5 (+ ).

Для сравнения между собой интегральных схем различных серий используют интегральный параметр - энергию переключения Э = ⋅ , которая показывает работу, затрачиваемую на выполнение единичного переключения.

 

• Технико-экономические. К основным технико-экономическим параметрам ЦИС относятся:

1. Стоимость.

2. Степень интеграции, характеризующая число транзисторов и других компонентов N на кристалле: G = Еnt [lgN] +1, где Еnt [ · ] – операция выделения целой части числа. В зависимости от значения G ЦИС подразделяются на: - ЦИС первой или малой степени интеграции (G = 1); - ЦИС второй или средней степени интеграции (G = 2); - ЦИС третьей или большой степени интеграции или БИС (G = 3); - ЦИС сверхбольшой степени интеграции или СБИС (G ≥ 4). 3. Функциональная сложность, характеризующая число условных логических преобразований, выполняемых ЦИС. К технико-экономическим параметрам также относятся площадь кристалла, процент выхода годных ЦИС при их производстве и надежность.