Лекция 3. Характеристики и особенности применения ЦИС ТТЛ и КМОП.

• ТТЛ микросхемы широко распространены и составляют более половины всех выпускаемых микросхем.  

• Они сочетают высокое быстродействие, помехоустойчивость, нагрузочную способность и низкое энергопотребление.  

• ТТЛ микросхемы имеют множество серий, включая стандартные и специализированные.  

• Стандартные серии: 155 и 133.  

• Серия 155 включает более 100 различных функциональных устройств.  

• Серии с повышенным быстродействием: 131 и 134.  

• Серии с уменьшенным энергопотреблением: 555, 533 и 153.  

• Все ТТЛ микросхемы имеют единое напряжение питания и пороговые уровни.  

• Номинальное напряжение питания составляет 5 вольт с допуском ±5%.  

• Пороговые уровни: ноль 0.2 вольта, единица 3.3 вольта.  

• Таблица включает время задержки, потребляемую мощность, токи в состояниях единицы и нуля, максимальную частоту и нагрузочную способность.  

• Примеры серий: 155, 134, 131, 555, 531, 1531, 1533.  

• Каждая серия имеет свои уникальные параметры и характеристики.  

• Важно знать основные параметры ТТЛ микросхем, такие как время задержки, энергопотребление, частоты и токи.  

• Эти знания помогут в выборе и использовании ТТЛ микросхем в различных приложениях.  

• Основные параметры для различных серий ТТЛ одинаковы.  

• Важно учитывать максимальный выходной ток и входной ток следующей микросхемы.  

• Существуют быстродействующие и микромощные серии, которые могут использоваться в разных частях устройства.  

• Быстродействующие серии создают больше помех и требуют хороших фильтров по питанию.  

• Микромощные серии чувствительны к помехам и требуют защиты экранами и фильтрами по питанию.  

• Ведущие дорожки выходных сигналов быстродействующих серий не должны проходить рядом с дорожками входных сигналов микромощных серий.  

• Фильтры по питанию включают электролитические и керамические конденсаторы.  

• Керамические конденсаторы устанавливаются рядом с чувствительными микросхемами.  

• Фильтры снижают пульсации и короткие импульсы по питанию.  

• Неиспользуемые элементы лучше включать так, чтобы на выходе был высокий уровень потенциала.  

• Входы объединяются с учетом выполняемой функции, что увеличивает входную емкость.  

• Непосредственное подключение входа к источнику питания не допускается, только через резистор.  

• Напряжение питания должно быть 5 вольт плюс-минус 5%.  

• Пульсации питания не должны превышать 100 мВ.  

• Микросхемы могут выдерживать кратковременные импульсы до 7 вольт.  

• Стабилизатор 142Е5А обеспечивает напряжение 5 вольт плюс-минус 0.1 вольт.  

• Максимальный ток нагрузки составляет 3 ампера.  

• Стабилизатор устанавливается на радиатор для рассеивания тепла.  

• Элементы с открытым коллектором имеют один транзистор в выходном каскаде.  

• Выходной каскад вырождается в один транзистор, что упрощает схему.  

• При отпирании транзистора на выходе будет ноль.  

• При запирании транзистора на выходе не будет высокого уровня.  

• Для получения высокого уровня на выходе при закрытом транзисторе нужен резистор.  

• Элементы с открытым коллектором выдерживают напряжение до 30 вольт.  

• Используются для управления устройствами с высоким напряжением питания.  

• Обозначаются ромбом и подчеркиванием.  

• Третье состояние соответствует запертым транзисторам.  

• Используется для предотвращения коллизий в цифровых устройствах.  

• Обозначается перечеркнутым ромбом.  

• Буферные элементы могут выполнять логические функции или усиливать сигналы.  

• Разделяются на буферные усилители, управляемые шины-формирователи и двунаправленные шины-формирователи.  

• Используются для передачи информации по длинным линиям связи.  

• Элементы ТТЛ включают двухходовые, трехходовые и четырехходовые.  

• Маркировка элементов зависит от серии.  

• Примеры: 155ЛА3, 155ЛН3, 155ЛН7.  

• Элементы КМОП имеют свои особенности и маркировку.  

• Маркировка элементов КМОП отличается от ТТЛ.  

• Для понимания элементов КМОП необходимо обратиться к справочникам.  

• Маленькая потребляемая мощность в статическом режиме.  

• Большой допустимый диапазон напряжения питания.  

• Высокое входное сопротивление.  

• Большая нагрузочная способность.  

• Меньшая зависимость параметров от температуры.  

• Недостатки: низкое быстродействие, повышенное выходное сопротивление, влияние емкости нагрузки и напряжения питания, большой разброс параметров, резкое увеличение потребляемой мощности при росте частоты переключений.  

• Серия 176: дешевая, для широкого применения.  

• Серии 561 и 564: 561 в пластмассовом корпусе, 564 в планарном корпусе.  

• Параметры: быстродействие, разброс параметров, нагрузочная способность, цена.  

• Напряжение питания: от 3 до 15 вольт, стабилизировать не обязательно.  

• Потребляемая мощность в статическом режиме: около 0.1 микробата.  

• Помеха устойчивость: высокий запас, напряжение выходного состояния: не более 50 мВ.  

• Время задержки: зависит от напряжения питания и емкости нагрузки.  

• Условия применения: температура от -40 до +85°C для 561, от -60 до +125°C для 564.  

• Таблица изменения времени задержки при изменении емкости нагрузки и напряжения питания.  

• Примеры: 5 В, 15 пФ, 60 нс; 5 В, 50 пФ, 130 нс; 10 В, 150 пФ, 30 нс; 15 В, 150 пФ, 20 нс.  

• Влияние условий применения на время задержки.  

• Устойчивость к температуре выше, чем у ТТЛ микросхем.  

• Помеха устойчивость: запас 0.3 В для нуля и 0.7 В для единицы.  

• Выходной ток: обычно не превышает 1 мА.  

• Статическая потребляемая мощность очень маленькая.  

• Динамическая потребляемая мощность резко увеличивается.  

• Оценка динамической потребляемой мощности: частота переключений, напряжение питания, емкость на выходе, коэффициент разветвления, емкость монтажа.  

• Примеры: при частоте 1 кГц - 45 мкВт, при частоте 1 МГц - 45 мВт.  

• Входной сигнал должен поступать после достижения нормального уровня питания.  

• Статические заряды могут повредить микросхемы, поэтому используются защитные диодные цепочки.  

• Защитные диоды могут выйти из строя при значительных зарядах, что приводит к неисправности микросхемы.  

• Для защиты по цепям питания используются фильтрующие конденсаторы.  

• Емкость нагрузки не должна превышать 500 мкФ, иначе транзистор может выйти из строя.  

• Входные напряжения могут быть в пределах от -0.7 до +0.7 В, но при выходе за пределы используется защитный резистор.  

• Инверторы CMOS могут быть стробируемыми или буферными.  

• Буферные инверторы обеспечивают повышенный выходной ток.  

• Микросхемы с двухходовыми элементами отличаются от TTL-микросхем.  

• Совместное применение необходимо для реализации быстродействующих частей и разнообразия элементов.  

• При одинаковом напряжении питания используются буферные элементы для согласования токов.  

• При разном напряжении питания используются преобразователи уровня для согласования уровней.