 |
Система электрических параметров логических схем.
|
|
|
|
Динамические параметры. Быстродействие ЛЭ при переключении определяется электрической схемой, технологией изготовления и характером нагрузки. Для идентификации измерений динамических параметров в технической документации на ИС приводятся параметры эквивалентной нагрузки, устанавливаются требования к амплитуде и длительности фронта входного сигнала. Уровни отсчета напряжений для определения динамических параметров устанавливаются относительно выходных пороговых напряжений «1» и «0» (рис. 2.8). Временные зависимости напряжений в зонах выше или ниже указанных на рисунке пороговых уровней не влияют на работу ЛЭ и поэтому не представляют интереса.
Рис. 2.8. Входной (а) и выходной (б) сигналы инвертирующего ЛЭ
Основными динамическими параметрами ЛЭ являются задержка распространения сигнала tЗД Р при переключении и длительность положительного (нарастающего) и отрицательного (спадающего) фронтов tФ выходных сигналов.
Задержка распространения сигнала при переходе выходного напряжения от «1» к «0» 
(при положительной логике* это соответствует отрицательному фронту, при отрицательной — положительному фронту выходного сигнала) определяется как интервал времени между фронтами входного и выходного сигналов ЛЭ, измеренного по заданному уровню.
(*Для положительной логики более положительное значение напряжения (высокий уровень) соответствует лог. 1, а менее положительное значение напряжения (низкий уровень) — лог. 0.
Для отрицательной логики менее положительное значение напряжения (низкий уровень) соответствует лог. 1. а более положительное значение напряжения (высокий уровень) — лог. 0.)
Задержка распространения сигнала при переходе выходного напряжения от «0» к «1» 
(при положительной логике это соответствует положительному фронту, при отрицательной логике — отрицательному фронту выходного сигнала) определяется как интервал времени между фронтами входного и выходного сигнала ЛЭ, измеренного по заданному уровню. Задержки распространения (, ) измеряются, как правило, по уровню 0,5 (
+ 
).
|
|
|
При расчете временной задержки сигнала последовательно включенных ЛЭ используется средняя задержка распространения сигнала ЛЭ:
Длительность фронта выходного сигнала при переходе напряжения из «1» в «0» (
) для положительной логики соответствует отрицательному фронту, для отрицательной логики — положительному фронту.
Длительность фронта выходного сигнала при переходе напряжения из 0 в 1 (
) для положительной логики соответствует положительному фронту, для отрицательной логики — отрицательному фронту. Иногда в технической документации на ИС , — обозначаются соответственно 
, 
. Длительности положительных и отрицательных фронтов измеряют по уровням 0,1 и 0,9 (см. рис. 2.8).
Статические параметры определяют условия формирования и значения напряжений высокого и низкого уровней на выходе ЛЭ, его нагрузочную способность, потребляемую мощность при заданных напряжении питания, нагрузке и температуре окружающей среды.
К статическим параметрам ЛЭ относятся:
выходные и входные напряжения лог.0 и 1 (
, 
, 
, 
);
входные и выходные пороговые напряжения лог. 0 и 1 (
, 
, 
, 
);
входные и выходные токи лог. 0 и 1(
, 
, 
, 
);
токи потребления в состоянии лог. 0 и 1 (
, 
);
потребляемая мощность (Pпот).
Выходное пороговое напряжение лог. 0 есть максимальное или минимальное (в зависимости от типа логики) выходное напряжение лог. 0, определяемое пороговой точкой амплитудной передаточной характеристики в области лог. 0, в которой дифференциальный коэффициент усиления по напряжению КU = 1 для неинвертирующего ЛЭ и КU = -1 для инвертирующего ЛЭ.
|
|
|
Выходное пороговое напряжение лог. 1 есть минимальное или максимальное (в зависимости от типа логики) выходное напряжение лог. 1, определяемое пороговой точкой амплитудной передаточной характеристики в области лог. 1, в которой КU = 1 для неинвертирующего ЛЭ, КU = -1 для инвертирующего ЛЭ.
Порог зоны переключения лог. 0 
есть пороговое напряжение лог. 0, определяемое пороговой точкой амплитудной передаточной характеристики в области лог. 0, в которой КU = 1 для неинвертирующего ЛЭ и КU = -1 для инвертирующего ЛЭ.
Порог зоны переключения лог. 1 есть пороговое напряжение лог. 1, определяемое пороговой точкой амплитудной передаточной характеристики в области лог. 1, в которой КU = 1 для неинвертирующего ЛЭ и КU = -1 для инвертирующего ЛЭ.
Выходные токи , характеризуют нагрузочную способность ЛЭ. (Втекающие токи имеют положительный знак, вытекающие токи — отрицательный знак.) Помехоустойчивость определяется относительно этих токов. Поэтому увеличение коэффициента разветвления приводит к снижению помехоустойчивости.
Входной ток лог.1 определяется как входной ток при напряжении лог. 1 на входе ЛЭ.
— входной ток лог. 0 определяется как входной ток при напряжении лог. 0 на входе ЛЭ.
— выходной ток лог. 1 определяется как выходной ток при напряжении лог. 1 на выходе ЛЭ.
— выходной ток лог. 0 определяется как выходной ток при напряжении лог. 0 на выходе ЛЭ.
Ток, потребляемый от источника (источников) питания ЛЭ (Iпот), зависит от типа ЛЭ. Для ЛЭ ЭСЛ он почти постоянен (если не принимать во внимание нагрузку) и не зависит от его логического состояния, для ЛЭ ТТЛ ток имеет разные значения для состояния «0» () и «1» (). Кроме того, ЛЭ ТТЛ имеют выбросы тока во время переходных процессов при переключении ЛЭ, что приводит к существенному увеличению тока потребления на высоких частотах. Амплитуда и длительность выброса зависят от характера и величины нагрузки, схемотехники выходного каскада ЛЭ ТТЛ, длины линии связи и пр.
Мощность, потребляемая ЛЭ от источников питания 
,
где Ui — напряжение i-го источника питания; Ii — ток в соответствующей цепи питания.
Если потребляемая мощность зависит от выходного напряжения лог. 0 (
) или 1 (
), то в качестве основного параметра используют среднюю потребляемую мощность Рпот ср = ( + )/2.
|
|
|
Интегральные параметры отражают уровень развития технологии и схемотехники и качество цифровых ИС. Основными интегральными параметрами ИС являются энергия переключения 
и уровень интеграции N.
Энергия переключения 
. Как правило, при определении энергии переключения используют типовые значения задержки распространения и потребляемой мощности. При заданных технологии и схемотехнике, или при заданной энергии переключения (
=const), можно создавать различные серии ИС, обладающие либо высоким быстродействием (малым значением τзд р) и большой потребляемой мощностью, либо наоборот. Степень интеграции N логических цифровых микросхем определяется числом простейших эквивалентных ЛЭ — обычно двухвходовых вентилей — на кристалле (см. рис. 2.9 и табл. 2.1). Иногда степень интеграции микросхем измеряют числом элементов (резисторов, транзисторов, диодов) на кристалле, но при этом совершенно не учитывается специфика логических цифровых ИС, где межэлементные связи занимают существенную часть площади кристалла. Функциональную сложность ИС запоминающих устройств, имеющих регулярную структуру, можно оценивать числом бит памяти на кристалле.
|
|
|
