Какие логические элементы составляют базовый набор

Логические элементы и таблицы истинности

Абсолютно все цифровые микросхемы состоят из одних и тех же логических элементов – «кирпичиков» любого цифрового узла. Вот о них мы и поговорим сейчас. Логический элемент – это такая схемка, у которой несколько входов и один выход. Каждому состоянию сигналов на входах, соответствует определенный сигнал на выходе. Итак, какие бывают элементы? Элемент «И» (AND) Иначе его называют «конъюнктор». Для того, чтобы понять как он работает, нужно нарисовать таблицу, в которой будут перечислены состояния на выходе при любой комбинации входных сигналов. Такая таблица называется «таблица истинности». Таблицы истинности широко применяются в цифровой технике для описания работы логических схем. Вот так выглядит элемент «И» и его таблица истинности:

Поскольку вам придется общаться как с русской, так и с буржуйской тех. документацией, я буду приводить условные графические обозначения (УГО) элементов и по нашим и по не нашим стандартам. Смотрим таблицу истинности, и проясняем в мозгу принцип. Понять его не сложно: единица на выходе элемента «И» возникает только тогда, когда на оба входа поданы единицы. Это объясняет название элемента: единицы должны быть И на одном, И на другом входе. Если посмотреть чуток иначе, то можно сказать так: на выходе элемента «И» будет ноль в том случае, если хотя бы на один из его входов подан ноль. Запоминаем. Идем дальше. Элемент «ИЛИ» (OR) По другому, его зовут «дизъюнктор». Любуемся:

Опять же, название говорит само за себя. На выходе возникает единица, когда на один ИЛИ на другой ИЛИ на оба сразу входа подана единица. Этот элемент можно назвать также элементом «И» для негативной логики: ноль на его выходе бывает только в том случае, если и на один и на второй вход поданы нули. Едем дальше. Дальше у нас очень простенький, но очень необходимый элемент. Элемент «НЕ» (NOT) Чаще, его называют «инвертор».

Надо чего-нибудь говорить по поводу его работы? Ну тогда поехали дальше. Следующие два элемента получаются путем установки инвертора на выход элементов «И» и «ИЛИ». Элемент «И-НЕ» (NAND)

Элемент И-НЕ работает точно так же как «И», только выходной сигнал полностью противоположен. Там где у элемента «И» на выходе должен быть «0», у элемента «И-НЕ» — единица. И наоборот. Э то легко понять по эквивалентной схеме элемента:

Элемент «ИЛИ-НЕ» (NOR)

Та же история – элемент «ИЛИ» с инвертором на выходе. Следующий товарищ устроен несколько хитрее:
Элемент «Исключающее ИЛИ» (XOR) Он вот такой:

Операция, которую он выполняет, часто называют «сложение по модулю 2». На самом деле, на этих элементах строятся цифровые сумматоры. Смотрим таблицу истинности. Когда на выходе единицы? Правильно: когда на входах разные сигналы. На одном – 1, на другом – 0. Вот такой он хитрый. Эквивалентная схема примерно такая:

Ее запоминать не обязательно. Собственно, это и есть основные логические элементы. На их основе строятся абсолютно любые цифровые микросхемы. Даже ваш любимый Пентиум 4. Далее мы позанудствуем о том, как синтезировать цифровую схему, имея ее таблицу истинности. Это совсем несложно, а знать надо, ибо пригодится (еще как пригодится) нам в дальнейшем. Ну и напоследок – несколько микросхем, внутри которых содержатся цифровые элементы. Около выводов элементов обозначены номера соответствующих ног микросхемы. Все микросхемы, перечисленные здесь, имеют 14 ног. Питание подается на ножки 7 (-) и 14 (+). Напряжение питания – смотри в таблице в предыдущем параграфе. Источник: radiokot.ru

none Опубликована: 2005 г. 0 1

Вознаградить Я собрал 0 0

Оценить статью

• Техническая грамотность

Базовые логические элементы

В Булевой алгебре, на которой базируется вся цифровая техника, электронные элементы должны выполнять ряд определённых действий. Это так называемый логический базис. Вот три основных действия:

• ИЛИ – логическое сложение (дизъюнкция) – OR;
• И – логическое умножение (конъюнкция) – AND;
• НЕ – логическое отрицание (инверсия) – NOT.

Примем за основу позитивную логику, где высокий уровень будет «1», а низкий уровень примем за «0». Чтобы можно было более наглядно рассмотреть выполнение логических операций, существуют таблицы истинности для каждой логической функции. Сразу нетрудно понять, что выполнение логических функций «и» и «или» подразумевают количество входных сигналов не менее двух, но их может быть и больше.

Логический элемент И.

На рисунке представлена таблица истинности элемента «И» с двумя входами. Хорошо видно, что логическая единица появляется на выходе элемента только при наличии единицы на первом входе и на втором. В трёх остальных случаях на выходе будут нули.

Вход X1	Вход X2	Выход Y
0	0	0
1	0	0
0	1	0
1	1	1

На принципиальных схемах логический элемент «И» обозначают так.

На зарубежных схемах обозначение элемента «И» имеет другое начертание. Его кратко называют AND.

Логический элемент ИЛИ.

Элемент «ИЛИ» с двумя входами работает несколько по-другому. Достаточно логической единицы на первом входе или на втором как на выходе будет логическая единица. Две единицы так же дадут единицу на выходе.

Вход X1	Вход X2	Выход Y
0	0	0
1	0	1
0	1	1
1	1	1

На схемах элемент «ИЛИ» изображают так.

На зарубежных схемах его изображают чуть по-другому и называют элементом OR.

Логический элемент НЕ.

Элемент, выполняющий функцию инверсии «НЕ» имеет один вход и один выход. Он меняет уровень сигнала на противоположный. Низкий потенциал на входе даёт высокий потенциал на выходе и наоборот.

Вход X	Выход Y
0	1
1	0

Вот таким образом его показывают на схемах.

В зарубежной документации элемент «НЕ» изображают следующим образом. Сокращённо называют его NOT.

Все эти элементы в интегральных микросхемах могут объединяться в различных сочетаниях. Это элементы: И–НЕ, ИЛИ–НЕ, и более сложные конфигурации. Пришло время поговорить и о них.

Логический элемент 2И-НЕ.

Рассмотрим несколько реальных логических элементов на примере серии транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) К155 с малой степенью интеграции. На рисунке когда-то очень популярная микросхема К155ЛА3, которая содержит четыре независимых элемента 2И – НЕ. Кстати, с помощью её можно собрать простейший маячок на микросхеме.

Цифра всегда обозначает число входов логического элемента. В данном случае это двухвходовой элемент «И» выходной сигнал которого инвертируется. Инвертируется, это значит «0» превращается в «1», а «1» превращается в «0». Обратим внимание на кружочек на выходах – это символ инверсии. В той же серии существуют элементы 3И–НЕ, 4И–НЕ, что означает элементы «И» с различным числом входов (3, 4 и т.д.).

Как вы уже поняли, один элемент 2И-НЕ изображается вот так.

По сути это упрощённое изображение двух объёдинённых элементов: элемента 2И и элемента НЕ на выходе.

Зарубежное обозначение элемента И-НЕ (в данном случае 2И-НЕ). Называется NAND.

Таблица истинности для элемента 2И-НЕ.

Вход X1	Вход X2	Выход Y
0	0	1
1	0	1
0	1	1
1	1	0

В таблице истинности элемента 2И – НЕ мы видим, что благодаря инвертору получается картина противоположная элементу «И». В отличие от трёх нулей и одной единицы мы имеем три единицы и ноль. Элемент «И – НЕ» часто называют элементом Шеффера.

Логический элемент 2ИЛИ-НЕ.

Логический элемент 2ИЛИ – НЕ представлен в серии К155 микросхемой 155ЛЕ1. Она содержит в одном корпусе четыре независимых элемента. Таблица истинности так же отличается от схемы «ИЛИ» применением инвертирования выходного сигнала.

Таблица истинности для логического элемента 2ИЛИ-НЕ.

Вход X1	Вход X2	Выход Y
0	0	1
1	0	0
0	1	0
1	1	0

Изображение на схеме.

На зарубежный лад изображается так. Называют как NOR.

Мы имеем только один высокий потенциал на выходе, обусловленный подачей на оба входа одновременно низкого потенциала. Здесь, как и на любых других принципиальных схемах, кружочек на выходе подразумевает инвертирование сигнала. Так как схемы И – НЕ и ИЛИ – НЕ встречаются очень часто, то для каждой функции имеется своё условное обозначение. Функция И – НЕ обозначается значком «&«, а функция ИЛИ – НЕ значком «1«.

Для отдельного инвертора таблица истинности уже приведена выше. Можно добавить, что количество инверторов в одном корпусе может достигать шести.

Логический элемент «исключающее ИЛИ».

К числу базовых логических элементов принято относить элемент реализующий функцию «исключающее ИЛИ». Иначе эта функция называется «неравнозначность».

Высокий потенциал на выходе возникает только в том случае, если входные сигналы не равны. То есть на одном из входов должна быть единица, а на другом ноль. Если на выходе логического элемента имеется инвертор, то функция выполняется противоположная – «равнозначность». Высокий потенциал на выходе будет появляться при одинаковых сигналах на обоих входах.

Вход X1	Вход X2	Выход Y
0	0	0
1	0	1
0	1	1
1	1	0

Эти логические элементы находят своё применение в сумматорах. «Исключающее ИЛИ» изображается на схемах знаком равенства перед единицей «=1«.

На зарубежный манер «исключающее ИЛИ» называют XOR и на схемах рисуют вот так.

Кроме вышеперечисленных логических элементов, которые выполняют базовые логические функции очень часто, используются элементы, объединённые в различных сочетаниях. Вот, например, К555ЛР4. Она называется очень серьёзно 2-4И-2ИЛИ-НЕ.

Её таблица истинности не приводится, так как микросхема не является базовым логическим элементом. Такие микросхемы выполняют специальные функции и бывают намного сложнее, чем приведённый пример. Так же в логический базис входят и простые элементы «И» и «ИЛИ». Но они используются гораздо реже. Может возникнуть вопрос, почему эта логика называется транзисторно-транзисторной.

Если посмотреть в справочной литературе схему, допустим, элемента 2И – НЕ из микросхемы К155ЛА3, то там можно увидеть несколько транзисторов и резисторов. На самом деле ни резисторов, ни диодов в этих микросхемах нет. На кристалл кремния через трафарет напыляются только транзисторы, а функции резисторов и диодов выполняют эмиттерные переходы транзисторов. Кроме того в ТТЛ логике широко используются многоэмиттерные транзисторы. Например, на входе элемента 4И стоит четырёхэмиттерный транзистор.

Учебно-методический комплекс

Базовые логические операции и схемы: конъюнкция, дизъюнкция, отрицание. Таблицы истинности. Схемные логические элементы: регистры, триггеры, сумматоры, мультиплексор, демультиплексор, шифратор, дешифратор, компаратор. Принципы работы, таблица истинности, логические выражения, схема.

Каждая логическая связка рассматривается как операция над логическими высказываниями и имеет свое название и обозначение:

НЕ- Операция, выражаемая словом «не», называется отрицанием и обозначается чертой над высказыванием (или знаком). Высказывание истинно, когда A ложно, и ложно, когда A истинно. Пример. «Луна — спутник Земли» (А); «Луна — не спутник Земли» ( A ).

И Операция, выражаемая связкой «и», называется конъюнкцией (лат. Conjunctio — соединение) или логическим умножением и обозначается точкой » . » (может также обозначаться знаками или &). Высказывание А . В истинно тогда и только тогда, когда оба высказывания А и В истинны. Например, высказывание «10 делится на 2 и 5 больше 3» истинно, а высказывания «10 делится на 2 и 5 не больше 3», «10 не делится на 2 и 5 больше 3», «10 не делится на 2 и 5 не больше 3» — ложны.

ИЛИ Операция, выражаемая связкой «или» (в неисключающем смысле этого слова), называется дизъюнкцией (лат. disjunctio — разделение) или логическим сложением и обозначается знаком v (или плюсом). Высказывание А v В ложно тогда и только тогда, когда оба высказывания А и В ложны. Например, высказывание «10 не делится на 2 или 5 не больше 3» ложно, а высказывания «10 делится на 2 или 5 больше 3», «10 делится на 2 или 5 не больше 3», «10 не делится на 2 или 5 больше 3» —истинны.

Для логического элемента «И» выход Q будет содержать лог.1, только если на оба входа («А» и «В») будет подан сигнал лог.1

Выход Q, элемента «ИЛИ», будет иметь лог.1, если на любой из двух входов или же на оба входа сразу подать лог.1

В данном случае выход Q, логического элемента «НЕ», будет иметь сигнал противоположный входному сигналу.

На выходе Q элемента «И-НЕ» будет лог.1 если на обоих входах одновременно отсутствует сигнал лог.1

Только если на оба входа логического элемента «ИЛИ-НЕ» подать лог.0 мы получим на его выходе Q сигнал соответствующий лог.1

Элемент «Исключающее ИЛИ»

В данном случае выход Q будет содержать лог.1, если на вход элемента «Исключающее ИЛИ» поданы два противоположных друг другу сигнала.

Подведем итог, собрав все полученные ранее результаты работы логических элементов в единую таблицу истинности:

Триггером называют устройство, имеющее два устойчивых состояния, способное под воздействием внешних сигналов переходить из одного состояния в другое. Свое состояние триггер может сохранять сколь угодно долго. Поэтому он может использоваться в качестве элемента памяти ёмкостью 1 бит.

Схему с двумя состояниями можно легко построить на основе усилителя с глубокой положительной обратной связью аналогично автогенератору. Автогенераторы гармонических колебаний имеют узкополосную функцию передачи в петле обратной связи. В результате условие баланса фаз и амплитуд выполняется только на одной частоте, на которой и возникают колебания. В триггерах используют петлю с широкой полосой, начинающуюся с нулевой частоты. Это легко получить, если использовать усилитель постоянного тока или логический элемент.

Усилители образуют регенеративное кольцо из двух инверторов, охваченных глубокой положительной обратной связью. Поэтому переход из одного состояния в другое происходит лавинообразно за очень короткое время.

Триггер имеет два выхода: прямой Q и инверсный Q -. Состояние триггера определяют по значению сигнала на прямом выходе Q. Значения сигналов на прямом и инверсном выходах всегда противоположны.

Реальные логические элементы практически всегда обладают значительным усилением триггеры очень удобно строить на основе схем И-НЕ или ИЛИ-НЕ.

Регистрами называют устройства, предназначенные для приема, хранения и передачи информации. Последняя в регистре хранится в виде двоичного кода, каждому разряду которого соответствует свой элемент памяти (разряд регистра), выполненный на основе триггеров RS-, JK-, или D-типа.

Классификацию регистров можно провести по различным признакам, важнейшими из которых являются способ ввода-вывода информации и характер представления вводимой и выводимой информации.

По способу ввода-вывода информации различают параллельные, последовательные и параллельно-последовательные регистры. В регистрах памяти и ввод информации и ее вывод осуществляются в параллельном коде. При этом время ввода (вывода) всего числа равно времени ввода (вывода) одного разряда. В регистрах сдвига число вводится и выводится последовательно разряд за разрядом. Время ввода (вывода) m-разрядного двоичного числа в таких регистрах определяется величиной mT c , где T c — период следования тактовых импульсов, осуществляющих ввод (вывод) информации. В параллельно-последовательном регистре ввод числа может осуществляться в параллельном коде, а вывод — в последовательном или наоборот.

По характеру представления вводимой и выводимой информации различают регистры однофазного и парафазного типов. В однофазных регистрах информация вводится в прямом либо в обратном кодах, а в парафазных — одновременно и в прямом и в обратном. Регистры первого типа строятся на основе D-триггеров, второго — на основе RS- или JK-триггеров. Вывод информации из регистров обоих типов может осуществляться в прямом и в обратном кодах.

Сумматором называется узел ЭВМ, предназначенный для арифметического сложения кодов. Сумматоры в зависимости от используемых логических схем различаются на комбинационные и накапливающие. Комбинационный сумматор представляет собой комбинационную схему, которая формирует суммы слагаемых, подаваемых одновременно на входы схемы, и не имеет в своем составе элементов памяти. Накапливающие сумматоры имеют память, в которой накапливают результаты суммирования.

По числу входов различают полусумматоры, одно и многоразрядные ( параллельные) сумматоры. В зависимости от того, как организованы межразрядные переносы, сумматоры делятся на сумматоры с последовательным, параллельным и групповыми переносами. В зависимости от системы счисления, сумматоры бывают двоичные, десятичные и прочие.

Основу всех сумматоров составляют одноразрядные сумматоры. Причем, сложение n-разрядных чисел осуществляется с помощью n одноразрядных сумматоров коммутацией цепей их переноса.

Одноразрядные сумматоры . Одноразрядные сумматоры предназначены для сложения одноименных разрядов двух слагаемых (х i и у i ) с учетом переноса из предыдущего разряда (Р i-1 ) и вырабатывают в том же машинном такте значения суммы (S i ) и переноса в следующий разряд (P i ). Другими словами одноразрядный сумматор складывает три бита x i , y i и Р i-1 и формирует S i и Р i . Сумматоры, в которых при сложении двух слагаемых (х и у) не учитывается перенос из младшего разряда, называют полусумматорами . Полусумматор имеет два входа (x i и y i ) и два выхода Р i и S i .

Мультиплексор — это устройство, которое осуществляет выборку одного из нескольких входов и подключает его к своему единственному выходу, в зависимости от состояния двоичного кода. Другими словами, мультиплексор — переключатель сигналов, управляемый двоичным кодом и имеющий несколько входов и один выход. К выходу подключается тот вход, чей номер соответствует управляющему двоичному коду. Ну и частное определение: мультиплексор — это устройство, преобразующее параллельный код в последовательный.

Самый большой элемент здесь это элемент И-ИЛИ на четыре входа. Квадратики с единичками — инверторы. Разберем выводы. Те, что слева, а именно D0-D3, называются информационными входами. На них подают информацию, которую предстоит выбрать. Входы А0-А1 называются адресными входами. Сюда и подается двоичный код, от которого зависит, какой из входов D0-D3 будет подключен к выходу, на этой схеме обозначенному как Y . Вход С – синхронизация, разрешение работы. Демультиплексор — устройство, обратное мультиплексору. Т. е., у демультиплексора один вход и много выходов. Двоичный код определяет, какой выход будет подключен ко входу.

Другими словами, демультиплексор — это устройство, которое осуществляет выборку одного из нескольких своих выходов и подключает его к своему входу или, ещё, это переключатель сигналов, управляемый двоичным кодом и имеющий один вход и несколько выходов.

К входу подключается тот выход, чей номер соответствует состоянию двоичного кода. И частное определение: демультиплексор — это устройство, которое преобразует последовательный код в параллельный.

Обычно в качестве демультиплексора используют дешифраторы двоичного кода в позиционный, в которых вводят дополнительный вход стробирования.

Из-за сходства схем мультиплексора и демультиплексора в КМОП сериях есть микросхемы, которые одновременно являются мультиплексором и демультиплексором, смотря с какой стороны подавать сигналы.

Например, К561КП1, работающая как переключатель 8х1 и переключатель 1х8 (то есть, как мультиплексор и демультиплексор с восемью входами или выходами). Кроме того, в КМОП микросхемах помимо переключения цифровых сигналов (логических 0 или 1) существует возможность переключения аналоговых.

Шифратор — это комбинационное устройство, преобразующее десятичные числа в двоичную систему счисления, причем каждому входу может быть поставлено в соответствие десятичное число, а набор выходных логических сигналов соответствует определенному двоичному коду.

Если количество входов настолько велико, что в шифраторе используются все возможные комбинации сигналов на выходе, то такой шифратор называется полным, если не все, то неполным. Число входов и выходов в полном шифраторе связано соотношением п = 2т, где п — число входов, т — число выходов.

Дешифратором называется комбинационное устройство, преобразующее n-разрядный двоичный код в логический сигнал, появляющийся на том выходе, десятичный номер которого соответствует двоичному коду. Число входов и выходов в так называемом полном дешифраторе связано соотношением т = 2n, где п — число входов, а т — число выходов.

Компаратор — это операционный усилитель сравнивающий сигналы на прямом и инверсном входах. Используется обычно в схемах автоматизации каких-то процессов.

Параметры и характеристики логических элементов различных технологий

Все логические элементы характеризуются определенным набором параметров, приводимых в справочной литературе.

Наиболее важными параметрами являются:

• напряжение источника питания;
• уровни напряжений, соответствующие логическим нулю и единице;
• помехоустойчивость;
• потребляемая мощность;
• нагрузочная способность;
• быстродействие.

Рассмотрим подробнее перечисленные параметры. Напряжение источника питания зависит от типа ИМС. Например, для микросхем ТТЛ и ТТЛШ напряжение питания равно 5 В. У элементов КМОП-логики напряжение питания зависит от минимальной длины канала транзистора Lmin . Значения этого параметра в зависимости от величины Lmin приведены в табл. 1.

Lmin , мкм	0.8	0.5	0.25	0.18
Ec , В	5	3.3	2.5	1.8

Напряжения логических нуля и единицы также зависят от типа микросхем. Для ТТЛ элементов напряжение логического нуля

а напряжение логической единицы

Выход КМОП-элемента представляет открытый полевой транзистор, подключенный к земле либо к шине питания. Поэтому высокий уровень выходного напряжения таких элементов меньше напряжения питания на 10–20 мВ, а низкий – близок к нулю.

Помехоустойчивость. В реальных условиях логический элемент находится под воздействием помех, поэтому важно, чтобы ЛЭ не изменял своего состояния под их воздействием. Помехоустойчивость в состоянии логической единицы определяется формулой:

Помехоустойчивость в состоянии логического нуля

Последние равенства иллюстрирует рис. 7.

Потребляемая мощность является важным параметром логических элементов, входящих в состав БИС и СБИС. Она равна сумме статической Р_ст и динамической Р_дин составляющих. Статическая составляющая определяется как среднее арифметическое мощностей, потребляемых логическим элементом в состояниях логических 0 и 1. Динамическая составляющая Р_дин пропорциональна частоте f:

Здесь C_н – емкость нагрузки; ΔU – величина логического перепада:

Мощность, потребляемая элементом ТТЛШ, реализующим функцию 2И-НЕ, составляет в зависимости от серии от 1 до 20 мВт. Например, КМОП-инвертор с длиной канала 0.25 мкм, работающий на частоте 500 мГц, потребляет мощность около 20 мкВт.

Быстродействие логического элемента принято оценивать средним временем задержки распространения сигнала t_зад . Его определяют по формуле

Здесь t₀₁ – время задержки распространения при переключении из состояния логического нуля в состояние логической единицы; t₁₀– время задержки распространения при переключении из состояния логической единицы в состояние логического нуля. Время задержки распространения измеряют обычно на уровне 0.5 от полной амплитуды входного и выходного импульсов (рис. 8). Поскольку длительность переходного процесса зависит от характера нагрузки, время задержки распространения оценивают, полагая, что логический элемент нагружен входной цепью такого же элемента.

Для стандартных элементов ТТЛ среднее время задержки распространения составляет около 10 нс. У элементов ТТЛШ t _зад = 3 нс. Время задержки распространения КМОП-инвертора, реализованного по технологии 0.25 мкм, не превышает 30 пс.

Энергия переключения. Очень важным параметром цифровых микросхем является энергия переключения, равная произведению потребляемой мощности на среднее время задержки распространения: DP = P_потр t_зад . Энергия переключения измеряется в пикоджоулях и характеризует степень совершенства цифровых ИС. Технология производства является тем более совершенной, чем меньше величина DP. Для стандартных элементов ТТЛ-логики DP = 50 пДж . Энергия переключения КМОП-элементов не превышает 1 пДж.

Нагрузочная способность цифровых ИС характеризуется коэффициентом разветвления Кразв . Он равен наибольшему числу ИМС той же серии, которые можно подключить к выходу рассматриваемой схемы, не нарушая ее правильного функционирования. В зависимости от типа микросхем коэффициент разветвления может изменяться от 2–3 до 30–100 и более. Для элементов ТТЛ-логики К_разв = 10. Входное сопротивление МОП-транзисторов практически бесконечно. Поэтому коэффициент разветвления КМОП-логических элементов может достигать 100 и более. Для иллюстрации приведем параметры типовых элементов ТТЛ 74 серии (отечественный аналог – микросхемы 155 серии). Элементы этой серии были первыми микросхемами, разработанными по технологии ТТЛ в конце 1960-х годов. Их принято называть стандартными. Напряжение питания ТТЛ-элементов U_пит = 5 В. Уровни напряжения на входе и выходе:

Помехоустойчивость схем ТТЛ невелика:

Потребляемая мощность одного инвертора составляет около 10 мВт, а время задержки распространения t _зад = 10 нс. В дальнейшем были созданы усовершенствованные элементы ТТЛ-логики с диодами Шоттки (ТТЛШ). Такая логика имеет более совершенные параметры. Так, элементы серии 74F (отечественный аналог – серия 1531) имеют время задержки распространения около 3 нс, коэффициент разветвления К_разв = 30. Мощность, потребляемая элементом этой серии, равна 4 мВт. Параметры логических элементов, реализуемых с помощью современных КМОП-технологий, превосходят параметры ТТЛ-элементов в сотни раз. Время задержки распространения современных КМОП-элементов составляет около 10 пс, а мощность, потребляемая инвертором – не более 10 мкВт.

4. Выводы

1. Основная особенность схем ТТЛ заключается в том, что во входной цепи используется многоэмиттерный транзистор, осуществляющий операцию И. Число эмиттеров определяет число входов элемента.

2. Общая закономерность построения элементов КМОП-логики заключается в том, что параллельное соединение транзисторов с каналами p-типа сопровождается последовательным соединением транзисторов с каналами n-типа, и наоборот.

3. КМОП-технологии являются доминирующими при производстве цифровых интегральных схем и практически вытеснили логику на основе биполярных транзисторов. КМОП-логика используется в цифровых интегральных схемах как малой и средней, так и большой степени интеграции. Это обусловлено тем, что КМОП-элементы потребляют значительно меньшую мощность, чем логические элементы на основе биполярных транзисторов как в статическом, так и в динамическом режимах. Кроме того, МОП-транзисторы занимают на кристалле значительно меньшую площадь, чем биполярные. Современные технологии производства СБИС позволяют создавать МОП-транзисторы с длиной канала менее 0.05 мкм. Уменьшение геометрических размеров, а также малое потребление мощности дают возможность изготавливать СБИС, которые содержат десятки миллионов МОП-транзисторов на кристалле.

4. Основными параметрами логических элементов являются:

• напряжение источника питания;
• уровни напряжений, соответствующие логическим нулю и единице;
• помехоустойчивость;
• потребляемая мощность;
• нагрузочная способность;
• быстродействие;
• энергия переключения.