1.3.4.Mantiqiy elementlar va ularning parametrlari
Mantiqiy element - bu oddiy mantiqiy operatsiyalarni bajaradigan elektron
sxema. 1.4.1- rasimda ba'zi mantiqiy elementlarning an'anaviy grafik belgilarining
misollarini ko'rsatadi.
1.3.4.1- rasm. Mantiqiy elementlarning grafik belgilanishi
Mantiqiy elementlar mantiqiy signallarni oddiy o’zgartirish uchun raqamli
elektron qurilmalarda (mantiqiy qurilmalar) ishlatiladi. Eng keng tarqalgan tasnifni
ko'rib chiqamiz. U tegishli integral mikrosxemalarda qaysi elektron qurilmalar
asosiy ekanligini hisobga olgan holda va ishlatiladigan sxema echimlarining o'ziga
xos xususiyatlarini hisobga olgan holda quriladi.
Mantiqiy elementlarning quyidagi sinflari ajratiladi (mantiq deb ataladi):
20
• rezistor-tranzistorli mantiq (RTM);
• diod-tranzistorli mantiq (DTM);
• tranzistor-tranzistorli mantiq (TTM);
• emitent bilan bog'langan mantiq (EBM);
• Schottky diodlari (ShTTM) bilan tranzistor-tranzistorli mantiq;
• p-tipli kanalli (p-MDYa) MOYa tranzistorlariga asoslangan mantiq;
• MIS tranzistorlarida (KMDYa, KMOYa) Komplementar kalitlarga asoslangan
mantiq;
• integral inyeksion mantiq I
2
L;
• galliy arsenid GaAs yarimo'tkazgichga asoslangan mantiq;
Mantiqiy elementlar va boshqa raqamli elektron qurilmalar bir qator
mikrosxemalarning bir qismi sifatida ishlab chiqariladi. Mikrosxemalar seriyasi -
umumiy texnologik va sxema konstruktiv yechimlari, shuningdek, elektr signallari
darajalari va ta'minot kuchlanishi bilan tavsiflangan mikrosxemalar to'plami.
Mikrosxemalarning har bir seriyasi, odatda, turli xil raqamli qurilmalarni o'z
ichiga olishiga qaramay, ushbu seriya haqida juda batafsil ma'lumot beradigan
ma'lum parametrlar to'plami bilan tavsiflanadi. Ushbu parametrlarni aniqlashda ular
aniq mantiqiy elementlar - bir qator mikrosxemalarning eng oddiy qurilmalari
tomonidan boshqariladi. Shunga ko'ra, ular bir qator mikrosxemalarning
parametrlari haqida emas, balki berilgan seriyaning mantiqiy elementlarining
parametrlari haqida gapiradi.
TTL va TTLSh mantiqiy elementlarining quvvat manbai kuchlanishi odatda
5 V ± 10% ni tashkil qiladi. KMDP tuzilmalaridagi mikrosxemalarning aksariyati 3-
15 V kuchlanish kuchlanishida, ba'zilari esa 9 V ± 10% kuchlanishda barqaror
ishlaydi. Hozirgi vaqtda ishlab chiqilayotgan keng ko'lamli integral mikrosxemalar
pastroq besleme kuchlanishlari uchun mo'ljallangan: 3.3; 2; 1,8 V. Ta'minot
kuchlanishini kamaytirish energiya sarfini kamaytirish va chipga ko'proq
elementlarni joylashtirish imkonini beradi. Zamonaviy FPGA va mikrokontrollerlar
bir nechta kuchlanish manbalarini ulash uchun mo'ljallangan bo'lishi mumkin,
masalan, yuqori tezlikda ishlaydigan yadroni quvvatlantirish uchun 2 V ta'minot va
21
TTL elementlariga mos keladigan kirish va chiqish bloklarini quvvatlantirish uchun
5 V quvvat manbai.
Mantiqiy signallar darajalari 0 va 1 signallarga mos keladigan kuchlanish
diapazonlarining chegaralarini aniqlaydi. 0 va 1 signallarga mos keladigan kirish va
chiqish kuchlanish qiymatlarini tanlashda mantiqiy signalning yuklanishini hisobga
olish kerak. element ko'p hollarda uning elementlariga o'xshaydi. Shuning uchun, 0
va 1 mantiqiy signallarga mos keladigan kuchlanish diapazonlari kirish va chiqish
signallari uchun bir xil bo'lishi kerak va bir tomondan, elementning chiqish bosqichi
ularni hosil qilishi uchun tanlangan bo'lishi kerak, boshqa tomondan, elementning
kirish sxemasi ularni noyob tarzda aniqladi.
Signal 0 mantiqiy elementning kirishidagi kuchlanish 0 dan U
inmax
oralig'ida
mos keladi, bu yerda U
BX max
element tomonidan 0 signali sifatida qabul qilinadigan
maksimal kirish kuchlanishidir.
Xuddi shunday, 1-signal elementning kirish qismidagi kuchlanishga to'g'ri
keladi, u
t/BX
min dan Upit ta'minot kuchlanishi oralig'ida joylashgan, U
x min
esa
minimal kuchlanish bo'lib, element 1 signal sifatida qabul qilinadi.
Mantiqiy signal darajalari mantiqiy elementning ishlashi ishonchli bo'lishi
uchun amplituda uzatish xarakteristikasiga ko'ra tanlanadi.
Mantiqiy elementning amplitudali uzatish xarakteristikasi elementning
chiqish kuchlanishining kirish kuchlanishiga bog'liqligini ko'rsatadi Uout = F (U
BX
).
1.4.2-rasmda TTM va KMOYa tipidagi mantiqiy elementlarni invertatsiya qilish
uchun, masalan, invertorlar yoki VA-EMAS elementlari uchun odatiy uzatish
xususiyatlarini ko'rsatadi. Bir nechta kirishga ega VA-EMAS elementi uchun
kirishlardan biri signal berish uchun ishlatilishi kerak, boshqa kirishlar esa 1-
signalga mos keladigan kuchlanish bilan ta'minlanishi kerak.
Xarakteristikalar gorizontalga yaqin bo'lgan hududlarni o'z ichiga oladi, statik
holatlarga mos keladigan, kirishdagi past darajadagi signalda chiqishda yuqori
darajadagi signal hosil bo'lganda va aksincha. Bundan tashqari, chiqish
kuchlanishining bir statik holatdan ikkinchisiga o'tishiga mos keladigan joylarni
tanlashingiz mumkin.
22
1.3.4.2-rasm. TTM (a) va KMOYa (b) elementlarini uzatish xususiyatlari
Elektr ta'minoti kuchlanishi E
pt
= 5 V bo'lgan TTL elementlari uchun bir statik
holatdan ikkinchisiga o'tish taxminan 1,3 V kirish kuchlanishida sodir bo'ladi. Ushbu
qiymatga muvofiq, pol kuEchlanishlari tanlanadi: (U
in.max
= 0,4 V, U= 2,4 V. Demak,
mantiqiy signal 0 (nol) 0—0,4 V diapazonidagi kuchlanishlarga, mantiqiy 1 signal
esa 2,4—5 V diapazonidagi kuchlanishlarga mos keladi.
Elementning shovqinbardoshliligi maksimal shovqin kuchlanishi bilan
tavsiflanadi, bu esa chiqish signalini o'zgartirmaydi. Tanlangan mantiqiy signal
darajalari qurilmaning ishonchli ishlashini va yuqori shovqinbardoshliligini
ta'minlaydi. TTL elementlari uchun statik shovqinbardoshlilik kamida 0,4V ni
tashkil qiladi. Bu U
Bxmax
dan 0,4V ga farq qiladigan va 0,8 V ga teng kirish signali
element tomonidan mantiqiy 0 sifatida qabul qilinishini anglatadi.
KMOYa
tipidagi
mantiqiy
elementning
uzatish
xarakteristikasi
nosimmetrikdir, bir mantiqiy holatdan ikkinchisiga o'tish ta'minot kuchlanishining
yarmiga to'g'ri keladigan kirish signalida sodir bo'ladi. Shu bilan birga, chiqish
kuchlanishlarining noldan og'ishlari va quvvat manbai kuchlanishi ahamiyatsiz va
faqat bir necha o'n millivoltni tashkil qiladi. Elektr ta'minoti o'zgartirilganda, uzatish
xarakteristikasi
masshtabda
o'zgaradi.
KMDYA
elementining
uzatish
xarakteristikasi yuqori shovqin immunitetini ta'minlovchi 0 va 1 uchun signal
23
diapazonlarini tanlash imkonini beradi: 0-1,5V oralig'ida va signal 1 - kuchlanish
3,5-5 V oralig'ida. Statik immunitet. KMDP seriyasining mikrosxemalari besleme
zo'riqishida kamida 30% ni tashkil qiladi.
Mantiqiy elementning Yuklama bardoshliligi bu elementning chiqishiga
ulanishi mumkin bo'lgan bir xil turdagi elementlarning kirishlari soni bilan
belgilanadigan chiqish tarmoqlanish omili bilan tavsiflanadi. Bu koeffitsient
mantiqiy elementning maksimal chiqish tokining bir xil elementning kirish tokiga
nisbatiga teng. SH-TTM seriyasining asosiy mantiqiy elementlari uchun chiqish
uchun tarmoqlanish koeffitsienti 20 ga, kuchliroq chiqish kaskadlari bo'lgan bufer
elementlari uchun esa - 40 yoki undan ko'p.
Yuqori kirish qarshiligiga ega KMOYa tranzistorlariga asoslangan
sxemalarda statik rejimdagi keyingi sxemalarning kirishlari avvalgi chiqishlarini
deyarli yuklamaydi.
Bu chiqishda juda yuqori tarmoqlanish koeffisentiga ega bo'lish imkonini
beradi (100 yetishi mumkin), ammo amalda bu koeffisent parazitar sig'imlarning
ta'siri natijasida ishlashning pasayishi bilan cheklanadi.
KMOYa IS ning afzalliklari past quvvat sarfi va yuqori shovqinbardoshlilik
bilan birgalikda yuqori tezlik va yuklama bardoshliligi hisoblanadi. Statik rejimda
iste'mol toki ahamiyatsiz, amalda nolga teng.
Asosiy elementlarning dinamik parametrlari, birinchi navbatda, tezlik bilan
baholanadi. Miqdoriy jihatdan tezlikni chegaraviy ishchi chastotasi bilan tavsiflash
mumkin, ya'ni, ushbu asosiy elementlarda bajariladigan trigerning o’zgarishini
maksimal chastotasi bilan. "Eski" tipdagi TTL K155 seriyali mikrosxemalarning
chegaralangan ish chastotasi 10 MGts, KMOYa tuzilmalarida K176 va K561 seriyali
mikrosxemalar - atigi 1 MGts. ShTTM 1533 seriyasining keyingi versiyalarining
mikrosxemalari maksimal ish chastotasi 70 MGts gacha, KMOYa seriyali esa 1554
- 150 MGts gacha. Elementning tezligi signalning tarqalish kechikishini ham
tavsiflaydi. Mantiqiy elementning chiqishidagi signal kirish signaliga nisbatan
kechikadi. Bunday holda, impuls signalining oldingi chetining kechikishi orqa
tomonning kechikishidan farq qilishi mumkin va buning natijasida kirishdagi
24
impulsning davomiyligi chiqishdagi impulsning davomiyligidan farq qiladi.
Signalning tarqalishining o'rtacha kechikish vaqti mikrosxemalarning ko'proq
universal parametridir, chunki uni bilgan holda, dasturiy ta'minot barcha ketma-ket
ulangan mikrosxemalarning o'rtacha kechikish vaqtlarini yig'ish orqali har qanday
murakkab mantiqiy sxemaning tezligini hisoblashi mumkin. K1533 seriyali
mikrosxemalar uchun o'rtacha kechikish vaqti 10 nanosoniyani, KR1554 seriyali
mikrosxemalar uchun esa 7 nanosoniyani tashkil qiladi.
Elementlarning ishonchliligi mikrosxemalarning eng muhim ko'rsatkichidir.
Bu raddiyaning intensivligi bilan tavsiflanadi. O'rtacha integratsiya darajasiga ega
bo'lgan mikrosxemalarning o'rtacha raddiya (ishlamay qolish) darajasi X=KG
7
1/soat.
Mikrosxemalardagi
raqamli
qurilmalarning
ishonchliligi
diskret
elementlardagi shunga o'xshash analogli qurilmalarning ishonchliligidan sezilarli
darajada oshadi.
Dostları ilə paylaş: |