Тема 8. Логічні елементи цифрових пристроїв. Тригерні схеми та їх застосування
3. Типи логіки
Існує ряд типів логіки (способів промислового виготовлення) функціонально еквівалентних мікросхем.
Функціональна еквівалентністьбазується на незмінності початкової логічної схеми цифрового приладу.
Найрадикальніше між собою розрізняються наступні типи логіки :
· резистивно-транзисторна логіка (РТЛ) - найбільш простий варіант, де базовий елемент перемикача представлений транзистором з резисторами на вході; має низьку швидкодію і недостатню завадозахищеність;
· діодно-транзисторна логіка (ДТЛ) - базовий елемент є транзистором з включеними на вході діодами; забезпечується максимальний захист від перешкод;
· транзисторно-транзисторна логіка (ТТЛ) заснована на застосуванні біполярних транзисторів з декількома емітерами, кожен з яких є самостійним входом.
Логіка ТТЛ показала себе універсальною. Інтегральні схеми, реалізовані на її основі, мають збалансовані технічні показники та характеризуються великою здатністю навантаження, порівняно високою швидкодією і низькою споживаною потужністю.
Існують типи логіки, створені на основі ТТЛ, :
· транзисторна емітерно-пов'язана логіка (ЭСЛ) - дозволяє максимально збільшити швидкодію за рахунок включення базового транзистора в ненасиченому режимі; недолік - порівняно висока споживана потужність;
· логіка з діодами Шотки (ТТЛШ) - використовує ефект Шотки, що не дозволяє базовому транзистору увійти до режиму насичення, внаслідок чого значно скорочується затримка перемикання і знижується енергоспоживання.
Біполярна мікроелектронна технологія на основі ефекту Шотки досить поширена. Важливу роль грає той факт, що мікросхеми ТТЛ і ТТЛШ мають однакову напругу електроживлення +5В і схожі значення логічних рівнів, що полегшує їх електричне сполучення.
Основні технічні параметри ТТЛ і ТТЛШ приведені в таблиці 1.1.
Перспективи розвитку радянської мікроелектроніки зв'язувалися з інтегрально-інжекційною логікою (И2Л), яка, не дивлячись на обмежену швидкодію, могла стати альтернативою біполярним технологіям. Переваги И2Л - висока міра інтеграції і низьке енергоспоживання. З розвалом СРСР дослідження інжекційних технологій сповільнилися.
Переважна більшість сучасних мікросхем, у тому числі, мікропроцесорів і систем на кристалі, виготовляється за технологією КМОП - логіки комплементу на полярних транзисторах «метал-оксид-напівпровідник» (МОН).
В порівнянні з іншими МОН-структурами (n-МОП, p-МОП), базовий елемент комплементу об'єднує в собі частини польових транзисторів n- і p- типа. Мікросхеми КМОП мають високу швидкодію і порівняно мале енергоспоживання, хоча складніші у виготовленні.
Таблиця 1.1 - Основні параметри вітчизняних серій мікросхем
|
Параметр |
133, 155 |
130, 131 |
136, 158 |
134 |
530, 531 |
533, 555 |
1531 |
1533 |
|
I 0вх, мА |
-1.6 |
2.3 |
-0.4 |
-1.18 |
-2 |
-0.4 |
0.6 |
-0.2 |
|
I 1вх, мА |
0.04 |
0.07 |
0.02 |
0.01 |
0.05 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
|
U 0вых, В |
0.4 |
0.35 |
0.3 |
0.3 |
0.5 |
0.4 |
0.8 |
0.4 |
|
U 1вых, В |
2.4 |
2.4 |
2.4 |
2.3 |
2.7 |
2.5 |
2.0 |
2.5 |
|
Kраз |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
30 |
20 |
|
t0/1, нс |
22 |
10 |
60 |
100 |
4.5 |
10 |
3.9 |
4 |
|
t1/0, нс |
15 |
10 |
60 |
100 |
5 |
10 |
3.8 |
4 |
|
Pпот, мВт |
22 |
44 |
6 |
2 |
19 |
2 |
4 |
1 |
|
fмакс, Мгц |
10 |
30 |
5 |
3 |
50 |
15 |
5000 |
100 |
|
Uпом, В |
0.4 |
0.4 |
0.4 |
0.35 |
0.5 |
0.7 |
0.8 |
0.8 |
У 2011 році по КМОП-технології з технологічним допуском 0.28 нм була виготовлена «найбільша» у світі мікросхема, що складається з 3.9 млрд. транзисторів (фірма Altera).
Рисунок 1.1 - Маркування мікросхем фірми Texas Instruments