Основные характеристики логических элементов и параметры, определяемые по ним.

Амплитудная передаточная характеристика U_ВЫХ = f(U_BX) определяет формирующие св-ва ЛЭ, его помехоустойчивость, амплитуду и уровни стандартного сигнала. Вид хар-ки зависит от типа логич-го эл-та (ЭСЛ, ТТЛ) и может изменяться в определенных пределах в зависимости от разброса пар-в схем, изменений напр-я питания, нагрузки, температуры окружающей среды.Рассмотрим типовую амплитудную передаточную характеристику (АПХ) инвертирующего ЛЭ (рис. 2.1). В статическом состоянии выходной сигнал ЛЭ может находиться либо на верхнем (U^B), либо на нижнем (U^H) уровне напряжения.

Асимптотический верхний (т. В) и асимптотический нижний (т. А) уровни логических сигналов находятся как точки пересечения АПХ (кривая 1) с ее зеркальным отображением (кривая 2) относительно прямой единичного усиления U_ВЫХ = U_ВХ. Выходные пороговые напряжения находят с помощью пороговых точек b и а на характеристике, в которых дифференциальный коэффициент усиления по напряжению K_U =-1.

Зоны статической помехоустойчивости ЛЭ по нижнему ()' и верхнему ()' уровням напряжения в комбинационных логических цепях определяются выражениями:

где ()', ()' характеризуют максимально допустимые уровни статической помехи на входе ЛЭ в комбинационных логических цепях; — выходное пороговое напряжение нижнего уровня; - выходное пороговое напряжение верхнего уровня. Однако из-за наличия схем с положительной обратной связью в технической документации на все ИС зоны статической помехоустойчивости по входу ограничиваются входными пороговыми напряжениями: — по нижнему уровню и - по верхнему. Эти пороговые напряжения называются соответственно пороговым напряжением зоны переключения (порог зоны переключения) нижнего уровня и пороговым напряжением зоны переключения верхнего уровня. В зоне переключения, заключенной между пороговыми напряжениями, работа ЛЭ в статическом режиме запрещается.

 

Рис. 2.1. Амплитудная передаточная характеристика инвертирующего ЛЭ

Входная характеристика I_ВХ= f (U_BX)— зависимость входного тока ЛЭ от входного напряжения определяет нагрузочную способность ЛЭ и режим работы линий связи. На рис. 2.3, 2.4 приведены типовые входные характеристики логических элементов ИС ЭСЛ и ТТЛ. На входной характеристике ЛЭ ЭСЛ можно выделить следующие зоны, соответствующие возможным режимам работы входной цепи ЛЭ: I, V — зоны, определяющие рабочие режимы ЛЭ, т. е. входные токи при входных напряжениях низкого и высокого уровней, при. которых входные цепи имеют большое входное сопротивление (точки А и В соответствуют нижнему и верхнему уровням напряжений ЛЭ серии К500); II и IV — зоны статической помехоустойчивости; III —зона переключения ЛЭ (опорное напряжение U_ОП, определяемое как среднее напряжение между высоким и низким уровнями, для ЛЭ ЭСЛ серии К500 составляет примерно — 1.3 В; зона ограничивается пороговыми напряжениями и ); VI — зона нерабочих режимов (U_{ВХ НАС} — напряжение насыщения входного транзистора — при увеличении входного напряжения входной ток резко увеличивается).

Рис. 2.3. Типовая входная характеристика ЛЭ ЭСЛ

Выходная характеристика U_ВЫХ = f (I_ВЫХ) — завис-ть вых. напр-я ЛЭ от выходного тока нагрузки. Эта хар-ка в совокупности с входной позволяет определить нагрузочную способность ЛЭ, режим его работы и способ согласования переходных процессов в линиях связи.

Так как в каждом из двух состояний ЛЭ в активном режиме находятся различные компоненты схемы, то различают вых. хар-ки по нижнему и по верхнему уровням вых-го напр-я. Точка В на графике выходной хар-ки ИС ЭСЛ (рис. 2.5) расположена в рабочей зоне верхнего логического уровня, точка А — в зоне нижнего уровня. Для определения рабочих точек А и В на выходную характеристику накладывают нагрузочные характеристики (R_H). Входные и выходные характеристики ЛЭ ТТЛ могут использоваться для оценки уровня помех, возникающих в линиях связи при переключении ЛЭ. В частности, для оценки отражений в длинных линиях связи используют также нагрузочную характеристику линии связи.

Рис. 2.5. Типовая выходная характеристика ЛЭ ЭСЛ

Характеристика импульсной (динамической) помехоустойчивости U_ПОМ = f (t_ПОМ) — зависимость допустимой амплитуды импульсной помехи от ее длительности — необходима для оценки допустимого уровня импульсных помех малой длит-ти.Эта хар-ка зависит от амплитуды, длительности, формы сигнала помехи и скорости переключения ЛЭ. Обычно импульсная помехоустойчивость выше стат-й. Отсутствие в настоящее время достаточно надежных критериев ее оценки при массовом производстве микросхем со значительными технологическими разбросами импульсных параметров и их зависимостью от условий работы не позволяет приводить в технических условиях на ИС допустимую импульсную помехоустойчивость. Наиболее широкое распространение получил метод ее оценки с помощью характеристики, приведенной на рис. 2.7. Зависимость U_{ПОМ ИМП} = f (t_{ПОМ ИМП}) разделяет области допустимых (I) и недопустимых (II) импульсных помех. При больших длительностях импульсов помехи t_{ПОМ ИМП} > t₂ динамическая помехоустойчивость приближается к статической. При очень малых длительностях помехи (t_{ПОМ ИМП} < t₁) ЛЭ нечувствителен к ее амплитуде.

Рис. 2.7. Типовая характеристика импульсной помехоустойчивости ЛЭ