1.4.4. Параметры логических элементов

Для оценки свойств логических элементов, пригодности их использования в данном устройстве, наряду с общеизвестными для полупроводниковых приборов (температурный диапазон, надежность, стоимость и др.), введены и специфические параметры:

- реализуемая логическая функция F (простейшие одноступенчатые функции рассмотрены выше);

- нагрузочная способность n, характеризующая возможность подключения определенного числа аналогичных ЦИС на выходе элемента без искажения передачи двоичных сигналов (n называют также коэффициентом разветвления);

- коэффициент объединения по входу m (m_И – для схем И, m_ИЛИ – для схем ИЛИ), характеризующий максимальное число логических входов без нарушения режима работы элемента;

- средняя задержка передачи сигнала элементом _ср, определяемая как полусумма задержек при переключении из единичного состояния в нулевое ₁₀ и из нулевого в единичное ₀₁ (рис. 1.16): _ср = 0,5 (₁₀ + ₀₁); ₁₀, ₀₁ включают в себя время переключения транзистора t_тр и время заряда (разряда) t_С входной емкости C_вх и выходных емкостей C_вых (C_вых включает в себя емкость нагрузки C_н и емкость монтажа: C_вых = C_н + C_п);

1.6. Транзисторно-транзисторная логика

Базовый элемент ТТЛ выполняет логическую операцию И-НЕ. Логические элементы типа ТТЛ получены путем последовательных модификаций элементов ДТЛ для достижения более высокого быстродействия. В схемах ТТЛ использованы схемотехнические решения, специфичные только для ИС, поэтому на дискретных компонентах схемы ТТЛ не реализуются. Так, вместо входной диодной матрицы D1, D2, …, Dn в ДТЛ (см. рис. 1.17) в элементах ТТЛ используется многоэмиттерный транзистор (МЭТ), позволяющий увеличить быстродействие и сократить площадь кристалла, занимаемую элементом. Вторая часть ЛЭ – инвертор – выполняется, как и в ДТЛ, простым или сложным. Некоторые сложные инверторы в ТТЛ такие же, как в ДТЛ. Схемы элементов ТТЛ в результате непрерывного развития и улучшения тоже имеют несколько модификаций (поколений), из которых следует выделить так называемые традиционные элементы на простых биполярных транзисторах (без переходов Шоттки) и элементы на транзисторах Шоттки.

1.6.1. Традиционные базовые элементы ттл

Наиболее развитыми являются серии К131 (быстродействующая, но повышенной мощности) и К155 (экономичная, достаточно быстродействующая) – самая развитая и самая массовая, называемая стандартной серией (СТТЛ).

Типовая схема базового логического элемента ТТЛ, реализующего логическую функцию И-НЕ (), приведена на рис. 1.20. ВходамиX1, X2, …, Xm являются эмиттеры МЭТ, выходом Y – коллектор простого инвертора. Формально эмиттерные переходы МЭТ играют роль входных диодов, а коллекторный переход МЭТ выполняет роль одного смещающего диода цепи связи в схеме ДТЛ. Однако взаимодействие между эмиттерами МЭТ и коллектором (в ДТЛ входные диоды и смещающие диоды D_см1, D_см2 не взаимодействуют) обусловливает особенности работы МЭТ.

Интегральный МЭТ представляет совокупность m (по числу входов-эмиттеров) транзисторных структур с общим коллектором. Взаимодействие между эмиттерами отсутствует. Как для обычного транзистора, для МЭТ можно записать

, (1.25)

где

.