Согласование микросхем из различных серий между собой

Рассмотрим сначала микросхемы, совместимые по логическим уровням с ТТЛ микросхемами. Выбор ТТЛ микросхем связан с тем, что ТТЛ логические уровни стали стандартом для современной цифровой техники. Даже если микросхемы внутри выполнены по КМОП технологии, они обычно формируют на выходе логические уровни, совместимые по напряжению с ТТЛ уровнями.

Стандартные ТТЛ микросхемы — это микросхемы, питающиеся от источника напряжения +5В. Зарубежные ТТЛ микросхемы получили название SN74. Конкретные микросхемы этой серии обозначаются цифровым номером микросхемы, следующим за названием серии. Например, в микросхеме SN74S00 содержится четыре логических элемента "2И-НЕ". Аналогичные микросхемы с расширенным температурным диапазоном (–55…+125 C°) получили название SN54.

Отечественные микросхемы, совместимые с SN74 выпускались в составе серий К134 (низкое быстродействие, низкое потребление — SN74L), К155 (среднее быстродействие, среднее потребление — SN74) и К131 (высокое быстродействие и большое потребление). Затем были выпущены микросхемы повышенного быстродействия с диодами Шоттки. В названии зарубежных микросхем в обозначении серии появилась буква S. Отечественные серии микросхем сменили цифру 1 на цифру 5. Промышленностью выпускаются микросхемы серий К555 (низкое быстродействие, низкое потребление — SN74LS) и К531 (высокое быстродействие и большое потребление — SN74S).

В настоящее время отечественная промышленность производит микросхемы серий К1533 (низкое быстродействие, низкое потребление — SN74ALS) и К1531 (высокое быстродействие и большое потребление — SN74F).

Согласование по току

Согласование микросхем приведенных выше ТТЛ серий между собой сводится к согласованию по току, так как напряжения логических уровней этих микросхем совпадают. Рассмотрим эквивалентную схему протекания выходного тока нуля I₀ ТТЛ микросхемы, приведенную на рис. 4.1.

Рис.4.1. Эквивалентная схема протекания выходного тока ТТЛ микросхемы

Как видно из приведенной на рис. 4.1 схемы, выходной ток ТТЛ микросхемы формируется из входных токов микросхем, подключенных к ее выходу. Это означает, что суммарный входной ток микросхем-нагрузок не должен превышать максимального выходного тока микросхемы — источника логического сигнала.

Например, зададимся вопросом: можно ли в качестве нагрузки для микросхемы К134ЛБ1 использовать микросхему К531ТМ2. Максимальный допустимый ток нуля микросхем серии К134 составляет 1,8 мА. Входной ток нуля микросхем серии К531 равен 2 мА. То есть входной ток микросхемы нагрузки превышает максимальный ток микросхемы источника сигнала.

Это означает, что между микросхемой серии К134 и микросхемой серии К531 должна находиться промежуточная микросхема серии, у которой входной ток будет меньшей величины, например, К555ЛН1. У этой микросхемы входной ток нуля не превышает значения 0,4 мА, то есть к микросхеме К134ЛБ1 можно подключать до четырех входов микросхем серии К555:

I_вых = N´I_вх555 = 4´0,4 мА = 1.6 мА < 1.8 мА

У микросхем серии К555 допустимый выходной ток составляет 4 мА. Поэтому к выходу микросхемы этого семейства можно подключать до двух входов микросхем серии К531. Более современными являются микросхемы серии К1531. Они обладают быстродействием микросхем серии К531, но при этом их входной ток не превышает значения 0,6 мА. Поэтому микросхемы этих серий могут быть подключены непосредственно к выходу микросхем серии К134. Максимальное допустимое количество входов микросхем серии К1531, которые могут быть подключены к выходу микросхемы серии К134 (коэффициент разветвления) можно рассчитать из формулы:

К_раз = I_вых134/I_вх1531 = 1,8 мА/0,6 мА =3

Точно так же можно определить коэффициент разветвления и для других сочетаний микросхем. Даже в пределах одной серии микросхем можно воспользоваться этой формулой. Возьмем в качестве примера микросхемы серии К1533. Их входной ток равен 0,2 мА, выходной ток равен 8 мА. В результате получаем коэффициент разветвления равный 40:

К_раз = I_вых1533/I_вх153 = 8 мА/0,2 мА = 40

В настоящее время происходит активный переход к микросхемам с пониженным напряжением питания, таким как 3,3 В; 2,5 В или 1,8 В. Поэтому кроме вопроса согласования микросхем по току встает вопрос согласования микросхем по напряжению логических уровней. Точно такой же вопрос возникает и при согласовании КМОП и ТТЛ микросхем.