Логические уровни КМОП микросхем

Логические уровни КМОП микросхем существенно отличаются от логических уровней ТТЛ микросхем. При отсутствии тока нагрузки напряжение на выходе КМОП микросхемы совпадает с напряжением питания (логический уровень единицы) или с потенциалом общего провода (логический уровень нуля). При увеличении тока нагрузки напряжение логической единицы может уменьшаться до двух третьих от напряжения питания.

Для современных КМОП микросхем требования по логическим уровням более жесткие. Допустимый уровень напряжения на выходе цифровой КМОП микросхемы серии SN74HC при пятивольтовом питании показан на рис. 3.20.

Рис.3.20. Уровни логических сигналов на выходе цифровых КМОП микросхем

Как уже отмечалось ранее, изменение напряжения на входе цифровой микросхемы по сравнению с выходом обычно допускается в больших пределах. Для КМОП микросхем определен 30% запас по напряжению. Границы уровней логического нуля и единицы для КМОП микросхем при пятивольтовом питании приведены на рис. 3.21.

Рис.3.21. Уровни логических сигналов на входе цифровых КМОП микросхем

При уменьшении напряжения питания, границы логического нуля и логической единицы можно определить точно так же, как и на рис. 3.21 (разделить напряжение питания на 3).

Семейства КМОП микросхем

Первые КМОП микросхемы не имели защитных диодов на входе, поэтому их монтаж представлял значительные трудности. Затворы МОП транзисторов при монтаже часто пробивались статическим электричеством. Это семейство цифровых микросхем серии К172. В следующем, улучшенном семействе микросхем серии К176 были включены защитные диоды. Эти микросхемы достаточно распространены и в настоящее время. Серия К1561 завершает развитие первого поколения КМОП микросхем. В этом семействе было достигнуто быстродействие микросхем на уровне 90 нс и диапазон изменения напряжения питания 3 … 15 В. Зарубежный аналог этих микросхем — C4000В.

Дальнейшим развитием КМОП микросхем стала серия SN74HC. Эти микросхемы отечественного аналога не имеют. Они обладают быстродействием 27 нс и могут работать в диапазоне напряжений 2 … 6 В. Эти микросхемы совпадают по конструктивному исполнению и функциональному ряду с ТТЛ микросхемами, но не совместимы с ними по логическим уровням, поэтому одновременно были разработаны микросхемы серии SN74HCT (отечественный аналог — К1564), совместимые с ТТЛ микросхемами и по логическим уровням.

В это время в радиоэлектронной аппаратуре наметился переход на трехвольтовое питание. Для него были разработаны микросхемы SN74ALVC с временем задержки сигнала 5,5 нс и диапазоном питания 1,65 … 3,6 В. Эти же микросхемы способны работать и при 2,5- вольтовом питании. Время задержки сигнала при таком напряжении питания увеличивается до 9 нс.

В настоящее время наиболее перспективным семейством КМОП микросхем считается семейство SN74AUC с временем задержки сигнала 1,9 нс и диапазоном напряжения питания 0,8 … 2,7 В.