Лекция 5. Базовые логические вентили

1. Лекция 5. Базовые логические вентили (ЛЭ)

1
Лекция 5.
Базовые логические
вентили (ЛЭ)
Введение
Учебные вопросы (основная часть)
1. Основные параметры и характеристики ЛЭ
2. Схемы базовых ЛЭ
3. Тристабильная логика
Заключение
5 мин
30мин
25 мин
25 мин
5 мин
Литература
1. Фрике К. Вводный курс цифровой электроники. – М.: Техносфера, 2003. - 432с.
2. Уэйкерли Д.Ф. Проектирование цифровых устройств. Т.1,2. – М.: Постмаркет,
2002. – 1088 с.
3. Бунтов В.Д., Макаров С.Б. Микропроцессорные системы. Часть I. Цифровые
устройства. Учебное пособие. – СПб.: СПбГПТУ, 2008. – 240 с..

2. 1. Основные параметры и характеристики ЛЭ

1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛЭ

3. 1. Основные параметры и характеристики ЛЭ Инвертор с линейной нагрузкой

1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И
ХАРАКТЕРИСТИКИ ЛЭ
ИНВЕРТОР С ЛИНЕЙНОЙ НАГРУЗКОЙ

4. Основные параметры и характеристики Статическая передаточная характеристика (амплитудная ПХ)

Инвертирующий ЛЭ
Неинвертирующий ЛЭ

5. 1. Основные параметры и характеристики ЛЭ Статическая передаточная характеристика

т. A, C, D

6. 1. Основные параметры и характеристики ЛЭ Статическая передаточная характеристика

Статические параметры
• Напряжение источника питания Uип.
• (U0вх, U0вых, U1вх, U1вых) и допуски на
них.
• Входной ток (ток втекания) и выходной
ток в состояниях 0, 1.
• Коэффициент объединения по входу
Ков – число входов, по которым
реализуется лог. функция.
• Коэффициент разветвления по выходу
Запас по помехоустойчивости
Крв (нагрузочная способность) – число
(U0пор,- U0), (U1- U1пор)
однотипных микросхем ЛЭ, на которые
можно нагрузить выход данного ЛЭ.
Логический размах U1- U0
• Средняя потребляемая мощность.

7.

Основные параметры и характеристики ЛЭ
Условия передачи уровней
1
2
&
Uвых
U1
3
&
&
&
Uвых
Uвых
U1
U0
1
2
3
U1
U0
U0
U0
U1
Uвх
U0
U1
Uвх
U0 U1
Условие передачи уровней (необх усилительные свойства):
U1вых – U0вых > U1вх – U0вх
Uвх

8.

Основные параметры и характеристики ЛЭ
Условия передачи уровней
Условие передачи уровней (необх усилительные свойства):
U1вых – U0вых > U1вх – U0вх

9.

Основные параметры и характеристики ЛЭ
Условия передачи уровней
VCC – напряжения питания.
VOH, VIH – лог уровни 1 по вых и входу.
VOL, VIL – лог уровни 0 по вых и входу.
Условие передачи уровней (необх усилительные свойства):
U1вых – U0вых > U1вх – U0вх

10.

Основные параметры и характеристики ЛЭ
Логические уровни и допуски
VCC – напряжения питания.
VOH, VIH – лог уровни 1 по вых и входу.
VOL, VIL – лог уровни 0 по вых и входу.

11.

Основные параметры и характеристики ЛЭ
Динамические параметры
Динамические параметры
• Ср. время задержки
распространения tзд.ср.
• Ср. энергия переключения.

12.

Основные параметры и характеристики ЛЭ
Условия взаимодействия ЛЭ
• совместимость уровней входных и выходных
сигналов;
• Помехоустойчивость;
• усилительное свойство – нагрузочная способность и
условие передачи уровней;
• динамические свойства.

13. 2. Схемы базовых вентилей

2. СХЕМЫ БАЗОВЫХ ВЕНТИЛЕЙ

14. Комплементарные МОП вентили КМОП (CMOS) инвертор

Uпит
p-кан
Х
n-кан
_
Y=X

15. Комплементарные МОП вентили Защита

Uпит
p-кан
Х
n-кан
_
Y=X
КМОП схемы чувствительны
к статическому электричеству

16. Комплементарные МОП вентили КМОП (CMOS) инвертор

Uпит
p-кан
Х
n-кан
_
Y=X
ФПН - ?

17. Комплементарные МОП вентили Элементы Пирса и Шеффера

ИЛИ-НЕ
X1
X0
Uип
И-НЕ
Uип
X0∙X1
X0+X1
X1
X0

18. 2. Биполярные вентили Транзисторно-транзисторная логика

С простым инвертором (ТТЛ-1)
Табл истинности - ?
Со сложным инвертором

19. 2. Биполярные вентили Транзисторно-транзисторная логика

С простым инвертором (ТТЛ-1)
Со сложным инвертором

20. 2. Биполярные вентили Транзисторно-транзисторная логика

С простым инвертором (ТТЛ-1)
Со сложным инвертором
Базис И-НЕ (NAND, элементы Шеффера)

21. Сравнение полевых и биполярных ИС

• Полевые ИС имеют меньшее энергопотребление – СБИС, УБИС.
• Биполярные имеют меньшую степень интеграции, но их выпуск
продолжается.
Причины:
1) Бип приборы менее чувствительны к статическому
электричеству и могут работать в более жестких условиях.
2) Бип схемы малого уровня интеграции присоединяются как буф
каскады к КМОП системам на кристалле.
3) Выпускаются биполярные аналоговые микросхемы с
цифровым управлением на этом же кристалле.

22. 3. Тристабильная логика

3. ТРИСТАБИЛЬНАЯ ЛОГИКА

23. Тристабильные вентили (ЛЭ)

Третье состояние (тристабильного ЛЭ)
Высокоимпедансное состояние
Z-состояние
(ТТЛ, КМОП)

24. Тристабильные вентили (ЛЭ)

Третье состояние (тристабильного ЛЭ)
Высокоимпедансное состояние
Z-состояние

25. Тристабильные вентили (ЛЭ)

Uип
Вх
Вых
Вых
Вх
Упр
Упр
Uип
Вх
Вых
Упр
Вых
Вх
Упр

26. Тристабильные вентили (ЛЭ)

Uип
Вх
Вых
Вых
Вх
Упр
Упр
Uип
Вх
Вых
Упр
Вых
Вх
Упр

27. Заключение

Важнейшие параметры ЛЭ: лог уровни и допуски
(помехозащищенность), лог размах, задержка переключения.
Существуют тристабильные ЛЭ с Z-состоянием.
На полевых КМОП ЛЭ реализуются инверторы, элементы
Шеффера и Пирса.
На биполярных (ТТЛ) ЛЭ реализуются элементы Шеффера.