висновки харчування. загальний висновок ( «земля») і висновок напруги харчування (на схемах зазвичай дані висновки не вказують);
висновки вхідних сигналів. ( «Входи») на дані висновки надходять цифрові сигнали;
висновки вихідних сигналів. ( «Виходи») на дані висновки надходять цифрові сигнали з самої мікросхеми.
Кожна мікросхема перетворює послідовність вхідних сигналів в послідовність вихідних сигналів певним способом, який описується у вигляді таблиці істинності або у вигляді тимчасових діаграм (тобто графіків залежностей рівнів напруг від часу).
Цифрові мікросхеми працюють в основному з двома рівнями напруг. Один з цих рівнів називається рівнем логічної одиниці (записується «1»), а другий - рівнем логічного нуля (записується «0»). У більшості випадків рівнем нуля відповідає низька напруга, а логічній одиниці - висока напруга, такі рівні напруги відповідають «позитивній логіці». Але є і негативна логіка. яка застосовується досить рідко (в разі передачі сигналу на великі відстані і в деяких мікропроцесорних системах).
Параметри цифрових мікросхем
Перш ніж говорити про параметри цифрових логічних мікросхем, необхідно сказати про те, що не всі вони враховуються і не завжди. Як це можете задати питання. Але тут дуже просто, при розробці та моделюванні цифрових пристроїв виходять з різних моделях логічних мікросхем. Всього таких моделі три:
1. Логічна модель.
2. Модель з тимчасовими затримками.
3. Електрична модель.
Для логічної моделі все дуже просто, тут головним параметром є таблиця істинності або опис алгоритму роботи логічного елемента. Приблизно 20% всіх схем будують на основі логічної моделі. У даній моделі можна вважати, що логічний елемент спрацьовує миттєво.
Для моделі з тимчасовими затримками необхідно враховувати те, що вихідний сигнал змінюється з деякою затримкою щодо вхідного сигналу. Дана модель дозволяє розробляти близько 80% всіх пристроїв. Дана модель враховує параметри затримки при переході сигналу з одиниці в нуль (tPHL) і перехід сигналу з нуля в одиницю (tPLH).
Для електричної моделі логічної мікросхеми вже враховують вхідний і вихідний струми, а також вхідні і вихідні напруги. Дана модель говорить про те що рівні напруг і струмів встановлюються не миттєво, а з урахуванням перехідних процесів всередині мікросхем. З урахуванням цієї моделі розробляються всі інші цифрові пристрої. Наведу деякі з них:
вхідний струм нуля (IIL) і вхідний струм одиниці (IIH);
вхідна напруга нуля (UIL) і вхідна напруга одиниці (UIH);
вихідний струм нуля (IOL) і вихідний струм одиниці (IOH);
вихідна напруга нуля (UOL) і вихідна напруга одиниці (UOH).
Також для цифрових логічних мікросхем є загальні електричні параметри: допустима напруга живлення (UCC) і максимальний струм споживаної мікросхемою (ICC).
висновки мікросхем
Як говорилося раніше, всі висновки діляться на три групи. Висновки харчування можна безпосередньо підключати до відповідних провідникам: загального проведення і шині харчування, тому що режим роботи мікросхеми по струму і напрузі забезпечується її внутрішніми ланцюгами. Інакше ж справа йде з входами і виходами мікросхем.
Почнемо з входів логічних мікросхем. У найпростішому випадку входи мікросхем можна розглядати як дуже великий опір, яке не впливає на виходи мікросхем, але бувають ситуації, коли один або кілька входів логічної мікросхеми не підключений, до жодного з виходів, ні до ланцюгів харчування або загального проведення. В такому випадку утворюється так званий висить вхід і мікросхема може працювати нестабільно, тому, як її нормальна робота має на увазі наявність логічних рівнів. А на неподключённих входах мікросхем (особливо серії ТТЛ) формується деяка напруга ( «висячий потенціал»), який сприймається як сигнал логічної одиниці. Тому невикористовувані висновки повинні бути підключені до загального проведення, а в разі мікросхем ТТЛ до шини харчування через резистор опором 1кОм (досить одного резистора на 20 входів).
Виходи цифрових мікросхем докорінно відрізняються від їх входів. Розрізняють три принципово різних вихідних каскаду логічних мікросхем:
стандартний вихід або вихід з двома станами (має позначення 2C, 2S або просто ТТЛ, TTL);
вихід з відкритим колектором (має позначення OK, OC);
вихід з трьома станами або відключається висновок (має позначення 3C, 3S).
Типи виходів цифрових мікросхем
Розглянемо стандартний вихід 2С. Він має всього два стани: логічну одиницю і логічний нуль. Даний вихід можна представити у вигляді двох контактів, які замикаються по черзі.
Вихід з відкритим колектором також має два стани, тільки стан логічного нуля тут є активним, воно забезпечується контактом, а стан логічної одиниці забезпечується навантажувальним резистором R (так званий pull-up).
Вихід з трьома станами 3С схожий на стандартний вихід, але до двох стандартних станів додається ще третій стан, так зване пасивне стан. У схематичному виконанні з контактами, у випадку зі стандартним виходом повинно бути включений або логічний нуль, або одиниця, а в випадку з трьома станами обидва контакти можуть бути розімкнуті одночасно. Таке третій стан називається високоімпендансним або Z-станом. Для перекладу висновків в Z-стан використовується спеціальний вхід, який має позначення ОЕ (Output Enable- дозвіл виходу) або EZ (Enable Z-state - дозвіл Z-стану).
Сімейства цифрових мікросхем
Сучасні цифрові мікросхеми дуже різноманітні за своїм функціональним призначенням і електричним параметрам, але серед цього розмаїття можна виділити два принципово різних сімейства цифрових мікросхем: мікросхеми сімейства ТТЛ і мікросхеми сімейства КМОП. Давайте з'ясуємо їх принципові відмінності.
сімейство ТТЛ
Цифрові мікросхеми сімейства ТТЛ (TTL) виконані на основі біполярних транзисторів по транзисторних-транзисторної логіки. Мікросхеми сімейства ТТЛ за рахунок застосування біполярних транзисторів мають високу швидкодію, але в той же час для забезпечення високої швидкодії необхідна значна потужність, тобто відносно велика сила струму.
Для всіх ТТЛ-мікросхем звичайним є напруга джерела живлення +5 В. Для правильної роботи схеми ця величина повинна залишатися в межах 4,75 ... 5,25 В і ні за яких обставин не повинна перевищувати напруги близько 7 В. Кожен вхід «стандартної» ТТЛ-мікросхеми споживає струм 40 мкА, коли на його вході підтримується логічна 1, і віддає струм 1,6 мА при значенні вхідного сигналу, рівного логічному 0. Кожен вихід логічного елементу здатний віддати струм величиною 400 мкА і приймати струм величиною не менше 16 мА . Тому до входів і виходів можна підключити до 10 логічних елементів ТТЛ (кажуть, що «логічний елемент має здатність навантаження по виходу рівну 10»).
В даний час «стандартні» ТТЛ-мікросхеми застаріли, їх замінили малопотужні ТТЛ-мікросхеми з діодами Шотки (ТТЛШ). які споживають в 4 рази меншу потужність при такай же величині швидкодії, а в деяких випадках збільшилася і швидкодія.
Сьогодні в більшості промислових застосувань мікросхеми типу ТТЛ і ТТЛШ замінюються КМОП-мікросхемами. Однак ТТЛ-мікросхеми продовжують залишатися найбільш зручними для експериментів. Вихідний струм ТТЛ-мікросхем достатній для роботи світлодіодів, а в деяких випадках і для безпосереднього підключення реле.
Нижче представлені типові значення параметрів різних серій ТТЛ і ТТЛШ мікросхем.