Применение ТТЛ микросхем

Объединение выходов логических элементов. Выходные цепи ИС ТТЛ со стандартным выходом нельзя объединять по схеме Монтажное ИЛИ, так как при наличии одного включенного выхода (состояние 0) и одного выключенного выхода (состояние 1) из выходной цепи последнего будет вытекать ток, близкий току короткого замыкания по выходу, и напряжение на включенном выходе значительно возрастает вследствие

большого втекающего тока. В результате уменьшится запас помехоустойчивости по уровню лог.0 и возрастет рассеиваемая обоими ЛЭ мощность. Возможность объединения по выходу имеется у ряда ИС ТТЛ с открытым коллекторным выходом и у ИС с тремя устойчивыми состояниями.

Микросхемы с открытым коллекторным выходом служат для реализации функции И—НЕ, а при объединении нескольких ЛЭ по выходам реализуется функция И—ИЛИ—НЕ. В этих схемах необходимо использовать внешний коллекторный резистор. Его сопротивление нужно выбирать таким, чтобы при 1 на выходе ЛЭ остаточные токи (токи утечки) выходных транзисторов и входные токи следующих схем создавали на резисторе падение напряжения менее 2,1 В, чтобы при любых условиях гарантировать напряжение лог. 1, равное 2,4 В. Кроме того, сопротивление резистора должно быть не менее определенного значения, чтобы при лог. 0 на выходе ИС ток, протекающий через резистор по цепи питания, и входной ток следующих схем не превышал максимально допустимого тока коллектора.

Сопротивление коллекторного резистора можно вычислить по следующим формулам:

,

,

где N — фактический коэффициент разветвления по выходу; Коб — фактический коэффициент объединения по выходу; Uп max, Uп min — максимальное и минимальное напряжения источника питания. Для примера приведем расчет допустимого сопротивления резистора при объединении ИС К155ЛА8 по выходу при работе на ИС К155ЛАЗ (рис. 4.3), где восемь соединенных между собой выходов ИЛИ (К = 8) должны питать четыре входа (N = 4):

,

.

Для облегчения расчета сопротивления внешнего резистора существуют таблицы и диаграммы. Чтобы не произошло значительного ухудшения крутизны положительного фронта выходного импульса, рекомендуется выбирать это сопротивление как можно меньшим.

Рис. 4.2. Параллельное включение по входу и выходу ЛЭ, находящихся в одном корпусе, на общую нагрузку

При необходимости организации работы нескольких устройств на общую нагрузку наиболее целесообразным является использование ИС с тремя устойчивыми состояниями на выходе (состояние «высокого сопротивления»). Такие микросхемы имеются в ИС ТТЛ серий К155, К531, К555. К ним относятся некоторые типы мультиплексоров (К531КП11П, К531КП14П, К531КП15П, К555КП11, К555КП12, К555КП14, К555КП15), регистров хранения (К531ИР22П, К531ИР23П, К555ИР22, К555ИР23), магистральных буферных усилителей (К531АПЗП, К531АП4П, К555АПЗ, К555АП4), формирователей с управлением по входу (155ЛП10, К155ЛП11), логических элементов, инверторов (К155ЛП8, К155ЛН6, К4531ЛА17А, К531ЛА19П) и др.

Третье устойчивое состояние характеризуется тем, что выход ИС отключается от нагрузки и практически не потребляет ток ни в состоянии лог. 0, ни в состоянии лог. 1. Однако при расчете нагрузочной способности выходов, подключенных к общей шине, следует учитывать токи утечки в третьем состоянии. При сигнале 1 на внешней шине ток утечки является втекающим для микросхем, при сигнале 0 — вытекающим.

Рис. 4.3. Схема объединения по выходу ИС К155ЛА8

Рис. 4.4. Работа ИС с тремя устойчивыми состояниями на общую шину при напряжениях высокого (а) и низкого (б) уровня на ней

Выход, находящийся в состоянии лог. 1, должен обеспечить достаточный ток на питание как входных цепей нагрузок, так и на восполнение токов утечки выходов ИС (рис. 4.4, а). Выход, находящийся в состоянии низкого уровня, должен иметь достаточный втекающий ток, превышающий объединенный входной ток ИС нагрузок и токи выключенного состояния всех остальных объединенных выходов (рис. 4.4, б).

В качестве примера приведем расчет выходных токов при объединении на внешнюю шину 11 выходов ИС К555КП15 и 9 нагрузок входов ИС К555ЛА4:

= 4 мА > 10 + 9 = 10∙0,02 мА + 9∙0,4 мА = 3,8 мА,

= 1 мА > 10 + 9 = 10∙0,02 мА + 9∙0,02 мА = 0,38 мА.

Следует помнить, что при работе на объединенную шину нескольких ИС ТТЛ разных серий нагрузочную способность определяет самый маломощный выход. Суммарная емкость внешней шины (магистрали), складывающаяся из емкости монтажа Сш и входных емкостей ЛЭ, не должна превышать предельной емкости нагрузки Сн пред.

Влияние емкости нагрузки. Емкость на выходе ИС ТТЛ оказывает существенное влияние на ее статические и динамические параметры, поэтому в технических условиях на ИС ТТЛ вводятся ограничения на нагрузочную емкость. Под нагрузочной емкостью понимается суммарная емкость межсоединений, входов ИС — нагрузок (с учетом емкости монтажа), навесных емкостей. Гарантируемые нормы динамических параметров устанавливаются для оговоренной емкостной нагрузки:

,

где k - коэффициент разветвления; Снг — емкость нагрузки управляющей схемы, при которой гарантируются временные параметры; Cвх н i — емкость входа управляемой схемы; Cм i — емкость монтажа одного входа управляемой схемы.

Превышение емкости нагрузки приводит к увеличению задержки распространения сигналов (, ) и длительностей по отрицательного фронтов сигналов переключения (,).

Отдельные интервалы времени большей части ИС ТТЛ измеряются по выходным пороговым уровням (и ) или, как принято в технической документации на ИС ТТЛ по уровням = 0,4 В (лог. 0) и = 2,4 В (лог. 1) (см. рис. 2.8). Длительность положительного фронта определяется как интервал времени, в течение которого напряжение возрастает от 0,6 до 2,2 В, длительность отрицательного фронта — как интервал времени, в течение которого напряжение снижается с 2,2 до 0,6 В. Задержки распространения сигналов измеряются по уровням 0,5 суммы входных пороговых напряжений. Задержку распространения сигналов при переключении ИС ТТЛ принято измерять при напряжении 1,5 В.

 Скачать реферат