Основные параметры логических элементов

1. Основные параметры логических элементов

Лекция 7
Основные параметры
логических элементов

2.

Рис. 1. Логическая цифровая схема
Рабочая таблица напряжений
Рабочая таблица с уровнями напряжения
Логический элемент должен обеспечивать
преобразование двоичной информации.
неискажённое
логическое
Допускается искажение формы и уровней выходных сигналов, если эти
искажения находятся в пределах зон отображения (разброса) уровней двоичных
сигналов «0» и «1».

3.

Рис. 2 Фрагмент логической цепи
Для нормального функционирования сложных логических схем необходимо,
чтобы каждый логический элемент (ЛЭ) безошибочно выполнял свои функции
при любых комбинациях нагрузок на входе и выходе, независимо от положения
в логической цепи и длины межэлементных связей.

4.

Основные параметры ЛЭ характеризующих их работу
Статические характеристики
Напряжение питания
Передаточная характеристика
Потребляемая мощность
Нагрузочная способность
Коэффициент разветвления по выходу
Коэффициент объединения по входу
Динамические характеристики
Быстродействие (время переключения)
Помехоустойчивость
Энергия (работа) переключения
Надёжность и стойкость к механическим и
климатическим воздействиям

5.

ЭСЛ - -5.2 В
КМОП - 15В
ТТЛШ, КМОП - 3 В
ТТЛ, ТТЛШ - 5 В
Уровни (зоны) отображения (разброса)
логической информации
Напряжение питания ЛЭ
Логические уровни для напряжения питания:
3В
5В

6.

Передаточная характеристика
Передаточная характеристика –
важнейшая статическая
характеристика ЛЭ. Uвых = f (Uвх)
Без зазора помехоустойчивости
помехи в виде импульсов
напряжения могли бы вызывать
самопроизвольные переключения
уровней с Н на L и наоборот.
Для лучшей помехоустойчивости
зазор между L и H должен быть
как можно большим.
Обычно в качестве ширины зазора
помехоустойчивости выбирается
длина участка падения U1
характеристики.
Передаточная характеристика
зависит от температуры и тока
нагрузки. Поэтому точка Р может
перемещаться.

7.

Нагрузочная способность
Для построения разветвлённых логических цепей необходимо, чтобы каждый
ЛЭ обладал определённой нагрузочной способностью по входу и выходу, т. е.
мог работать по нескольким логическим входам и одновременно управлять
несколькими входами других ЛЭ.
Коэффициент объединения по входу – Коб
Коэффициент разветвления по выходу – Краз
С увеличением коэффициентов Краз и Коб упрощается техническая
реализация логических устройств ЭВМ, сокращается общее число
необходимых элементов.
Коэффициент объединения по входу – равен допустимому числу входов ЛЭ.
Характеризует максимальное число элементов, подключаемых к входу
логического элемента без изменения его выходного сигнала.

8.

Коэффициент разветвления по выходу (коэффициент нагрузки) – наибольшее число
входов ЛЭ, которое можно подключить к выходу данного ЛЭ не вызывая искажения
формы и амплитуды сигнала, выходящих за границы зон отображения логического «0»
и «1».
Для каждого семейства ЛЭ определена максимальная входная токовая нагрузка
элементов.
Определение коэффициента разветвления ЛЭ
Элемент И-НЕ на рисунке имеет коэффициент разветвления, равный 10.
Сколько элементов дополнительно можно подключить к его выходу?

9.

Быстродействие логического элемента
Или время реакции ЛЭ на изменения сигнала на входе. Определяется
предельной рабочей частотой сигналов, поступающих на его вход.
Быстродействие tPLH
Среднее быстродействие –
Быстродействие tPHL

10.

Время нарастания сигнала – tT
Переходное время сигнала tTLH
Переходное время сигнала tTHL
Переходное время сигнала относится только к выходу ЛЭ и характеризует
крутизну фронтов выходного напряжения.

11.

Помехоустойчивость
Помехоустойчивость (шумовой иммунитет) – определяет допустимое
напряжение помех на входе ЛЭ и непосредственно связана с его
передаточной характеристикой.
Статическая помехоустойчивость.
Динамическая (импульсная) помехоустойчивость.
Статическая помехоустойчивость определяется значением напряжения,
которое
может
быть
подано
на
вход
элемента
относительно
уровня UBХ(0) или UBХ(1), не вызывая его ложного срабатывания.
Указывается для номинального режима работы и самой неблагоприятной
комбинации влияющих на помехоустойчивость факторов.
U0ном = |U0вых max – U0вх max|;
U1ном = |U1вых min – U1вх min|.
В справочниках приводят одну величину – Uminном = {U0ном, U1ном}min.

12.

Динамическая помехоустойчивость ЛЭ относится к импульсам напряжения,
длящихся меньше средней длительности переходных процессов в схеме tP.
Динамическая помехоустойчивость характеризует длительность помехи по
напряжению определённой величины на входах ЛЭ, при которой не происходит
изменение состояния выхода.
Динамическая помехоустойчивость элемента зависит от временных
параметров импульса помехи, его формы и амплитуды, скорости переключения
элемента и т. п
Кривые динамической помехоустойчивости

13.

Энергия (работа) переключения
Энергия (работа) переключения – характеризует качество разработки и
исполнения ЛЭ.
A = Pпот · tзд. рп. ср.
Для ЛЭ с высокой помехоустойчивостью, чем выше энергия переключения тем
лучше, т.к. помехи большей амплитуды, но недостаточной энергии не создадут
ложных срабатываний.
Надёжность
Надежность характеризуется параметрами:
Интенсивность отказов – l = n / N·t
n – число отказов в ходе испытаний
N – число испытуемых изделий в партии
t – время испытаний, час.
Наработка на отказ – Т (час)
Вероятность безотказной работы Р(t) в
течении заданного времени t
P(t) = e–lt; T = 1/l