- •1. Введение
- •1.1 Что такое цифровые микросхемы. Виды цифровых микросхем
- •1.2 Области применения цифровых микросхем
- •1.3 Виды цифровых микросхем.
- •Условные графические изображения цифровых микросхем (гост)
- •Параметры цифровых микросхем
- •Уровни логического нуля и единицы
- •Входные и выходные токи цифровых микросхем
- •Параметры, определяющие быстродействие цифровых микросхем
- •Описание логической функции цифровых схем
- •Логические элементы.
- •2.1 Логические элементы
- •Инвертор
- •Логический элемент "и"
- •Логический элемент "или"
- •2.2 Диодно-транзисторная логика (дтл)
- •2.3 Транзисторно-транзисторная логика (ттл)
- •2.4 Цифровые логические микросхемы, выполненные на комплементарных моп транзисторах (кмоп) Логические кмоп (кмдп) инверторы
- •Логические кмоп (кмдп) элементы "и"
- •Логические кмоп (кмдп) элементы "или"
- •Особенности применения кмоп микросхем
- •Логические уровни кмоп микросхем
- •2.5 Согласование цифровых микросхем различных серий между
- •Согласование микросхем из различных серий между собой
- •Согласование микросхем с различным напряжением питания
- •Глава 2
- •2.6 Триггер Шмитта
- •3.Арифметические основы цифровой техники.
- •Глава 1 Арифметические основы цифровой техники
- •3.1 Системы счисления
- •Десятичная система счисления
- •Двоичная система счисления
- •4.2 Синтез цифровых комбинационных схем по произвольной таблице истинности
- •Совершенная дизъюктивная нормальная форма (сднф)
- •Совершенная конъюктивная нормальная форма (скнф)
- •4.3 Дешифраторы (декодеры)
- •Десятичный дешифратор (декодер)
- •4.5 Мультиплексоры
- •Особенности построения мультиплексоров на ттл элементах
- •4.6 Демультиплексоры
- •5.Генераторы
- •5.1 Генераторы периодических сигналов
- •5.3 Мультивибраторы
- •5.4 Особенности кварцевой стабилизации частоты цифровых генераторов
- •5.5 Одновибраторы (ждущие мультивибраторы)
- •Укорачивающие одновибраторы
- •Расширяющие одновибраторы (ждущие мультивибраторы)
- •6. Последовательностные устройства (цифровые устройства с памятью)
- •6.1 Триггеры
- •6.1.2 Rs триггер
- •6.1.3 D триггеры, работающие по потенциалу (статические d триггеры)
- •6.1.5 D триггеры, работающие по фронту (динамические d триггеры)
- •6.1.6 T триггеры
- •6.1.7 Jk триггер
- •6.2 Регистры
- •6.2.1 Параллельные регистры
- •6.2.2 Последовательные (сдвиговые) регистры
- •6.2.3 Универсальные регистры
- •6.3 Счётчики
- •6.3.1 Двоичные асинхронные счётчики
- •6.3.2 Недвоичные счётчики с обратной связью
- •6.3.3 Недвоичные счётчики с предварительной записью
- •6.3.5 Синхронные двоичные счётчики
- •7.Современные виды цифровых микросхем.
- •7.1 Микросхемы малой степени интеграции (малая логика)
- •7.2 Программируемые логические интегральные схемы (плис).
- •7.3 Программируемые логические матрицы.
- •7.4 Программируемые матрицы логики (pal).
- •7.5 Сложные программируемые логические устройства (cpld).
- •10. Особенности аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования.
- •10.1 Квантование аналогового сигнала по времени
- •10.2 Погрешности дискретизатора
- •10.3 Фильтры устранения эффекта наложения спектров (Антиалайзинговые фильтры)
- •10.5 Параллельные ацп (flash adc)
- •10.6 Последовательно-параллельные ацп
- •10.7 Ацп последовательного приближения (sar adc)
- •10.9 Цифроаналоговые преобразователи (цап) с суммированием токов
- •10.10 Цифроаналоговые преобразователи r-2r
- •11. Микросхемы цифровой обработки сигналов
- •11.1 Основные блоки цифровой обработки сигналов
- •11.1.1 Двоичные сумматоры
Согласование микросхем с различным напряжением питания
Снижение напряжения питания цифровых микросхем обусловлено двумя причинами. Первая это снижение потребляемой мощности. Снижение напряжения питания с 5 до 3,3В только по закону Ома приводит к снижению потребляемой мощности в 2,3 раза. Вторая причина — это уменьшение линейных размеров транзисторов. При снижении линейных размеров транзисторов уменьшается их пробивное напряжение. В настоящее время наиболее распространённым напряжением питания цифровых микросхем стало напряжение питания 3,3В.
Согласование 3- и 5- вольтовых ТТЛ микросхем
Если в цифровом устройстве одновременно используются микросхемы с пяти- и трехвольтовым питанием, то кроме согласования микросхем по току требуется согласовать их по логическим уровням. Выходное напряжение современных трёхвольтовых микросхем, таких как SN74LVT совпадает с ТТЛ уровнями нуля и единицы, поэтому они могут быть непосредственно нагружены на пятивольтовые ТТЛ микросхемы. Более того! Входные каскады трёхвольтовых микросхем (например серии SN74ALVT или SN74ALVC) спроектированы так, что они выдерживают пятивольтовое напряжение на входе. Вывод - трёх и пятивольтовые микросхемы можно соединять непосредственно (DATASHEETS фирмы TI). Для иллюстрации на рисунке 5.2 приведены логические уровни микросхем с пяти- и трех вольтовым питанием.
Рисунок 5.2. Логические уровни микросхем с пяти- и трех вольтовым питанием
Согласование 3- вольтовых ТТЛ микросхем и 2,5- вольтовых КМОП микросхем
Как уже говорилось ранее, ТТЛ микросхемы в настоящее время уже не развиваются. Практически все современные микросхемы выполнены по КМОП технологии. Это же относится и к 2,5- вольтовым микросхемам. Порог срабатывания этих микросхем приблизительно равен 1,2 В. На рисунке 5.3 приведены выходные уровни 3- вольтовых и входные уровни 2,5- вольтовых микросхем.
Рисунок 5.3. Выходные логические уровни 3- вольтовых и входные уровни 2,5- вольтовых микросхем
Как видно из этого рисунка 2,5- вольтовые микросхемы будут воспринимать логические уровни 3- вольтовых микросхем безошибочно. В то же самое время, по техническим данным на 2,5 вольтовые микросхемы, такие как SN74ALVC или SN74ALVT, входное напряжение может достигать 3,6 вольта.
Похожая ситуация наблюдается и при обратном направлении сигнала (от 2,5- вольтовых микросхем к 3- вольтовым). На рисунке 5.4 приведены выходные уровни 2,5- вольтовых и входные уровни 3- вольтовых микросхем.
Рисунок 5.4. Выходные логические уровни 2,5- вольтовых и входные уровни 3- вольтовых микросхем
Глава 2
2.6 Триггер Шмитта
Триггер Шмитта представляет собой устройство охваченное положительной обратной связью. Наличие положительной обратной связи приводит к практически мгновенному изменению напряжения на выходе схемы при превышении входным сигналом порогового напряжения. Схема триггера Шмитта, построенная на двух инверторах приведена на рисунке 6.2.
Рисунок 6.2. Схема триггера Шмитта
В этой схеме положительная обратная связь образуется двумя резисторами. Глубина обратной связи определяется соотношением между этими резисторами. То, что часть сигнала с выхода схемы триггера Шмитта подаётся на её вход, приводит к тому, что вместо одного порога у неё имеется два порога. Один порог называется порогом срабатывания схемы (когда на выходе триггера Шмитта формируется единичный уровень). Второй порог называется порогом отпускания (когда на выходе триггера Шмитта формируется нулевой уровень). Из-за наличия двух порогов триггер Шмитта имеет ещё одно название — схема с гистерезисом.
Наличие двух порогов отчётливо видно на рисунке 6.3, где на вход триггера Шмитта подано синусоидальное напряжение. Входной и выходной сигналы исследуемой схемы на этом рисунке совмещены. В результате пороги срабатывания триггера Шмитта можно определить по точкам пересечения синусоиды и выходного сигнала.
Рисунок 6.3. Преобразование синусоидального сигнала в логический при помощи триггера Шмитта
Благодаря двум порогам схема нечувствительна к шумам на её входе. Ведь если триггер Шмитта перешёл в другое состояние, то для того, чтобы вернуть его в прежнее состояние нужно приложить напряжение, превышающее разность его порогов. Такое полезное свойство триггера Шмитта привело к его широкому использованию в схемах, подверженных влиянию шумов, таких как, например, шумоподавители ЧМ приёмников.
В качестве примера можно привести сигнал на выходе компаратора при воздействии точно такого же синусоидального сигнала, как и на рисунке 6.3. Эти сигналы приведены на рисунке 6.4. Как видно из этого рисунка, в момент пересечения синусоидальным сигналом порогового уровня компаратора, на его выходе появляются усиленные шумы входного сигнала. Это приводит к формированию лишних импульсов на выходе схемы, что не всегда приемлемо для правильной работы цифрового устройства в целом.
Условно-графическое изображение триггера Шмитта приведено на рисунке 6.5. Символ, изображённый на рабочем поле этого логического элемента говорит о наличии гистерезиса (разности порогов срабатывания).
Рисунок 6.5. Условно-графическое обозначение триггера Шмитта
В настоящее время производится много готовых микросхем, в которых содержится сразу несколько триггеров Шмитта. Пороги в этих схемах установлены заранее. Например, в микросхеме 555ТЛ2 содержится сразу шесть триггеров Шмитта с разносом порогов 800 мВ.
В КМОП микросхемах пороги срабатывания и отпускания устанавливаются на трети напряжения питания. Примером подобной микросхемы может служить КМОП микросхема К1561ТЛ1, в которой содержится четыре логических элемента "2И", каждый вход которого обладает гистерезисом.
В настоящее время за рубежом широко распространены микросхемы малой логики, где в одном очень маленьком корпусе, обычно с пятью выводами, размещается одиночный логический элемент. В качестве примера одиночного триггера Шмитта можно назвать микросхемы SN74AHC1G14 или SN74LVC1G17.