Особенности схемотехники ТТЛШ

Схемотехника транзисторно-транзисторной логики с диодами Шотки (ТТЛШ) почти ничем не отличается от схемотехники ТТЛ, но в ТТЛШ вместо обычных транзисторов используются транзисторы Шотки, у которых между коллектором и базой обычного транзистора включён диод Шотки (рис. 9.12,а). У диода Шотки малое падение прямого напряжения (около 0,1В). Условное обозначение транзистора Шотки приведено на рис. 9.12,б. Базовая схема ТТЛШ приведена на рис. 9.12,в.

 

Рис. 9.12

 

Особенности схемотехники эмиттерно-связанной логики

В эмиттерно-связанной логике (ЭСЛ) все транзисторы работают в активной области в ненасыщенном режиме. Базовая схема ЭСЛ приведена на рис. 9.13,а. Рассмотрев принцип работы схемы с помощью временных диаграмм, приведённых на рис. 4.17,б, можно сделать вывод, что данная схема реализует следующие функции:

, .

Ниже приведены уравнения, характеризующие работу данной схемы:

Рис 9.13

 

Рассмотрим полную схему базового элемента ЭСЛ, приведённую на рис. 9.14. Данная схема работает при заземлённом плюсе источника питания.

 

Рис. 9.14

Данная схема реализует следующие логические функции:

 

Передаточная характеристика базового элемента ЭСЛ (зависимость выходного напряжения от входного) приведена на рис. 9.15.

Рис. 9.15

Достоинства ЭСЛ: высокое быстродействие (задержка переключения составляет единицы наносекунд).

Недостатки ЭСЛ: большая потребляемая мощность (в несколько раз больше, чем в ТТЛ), небольшая помехоустойчивость (из-за малого перепада уровней 0 и 1), небольшой диапазон питающих напряжений.

В ЭСЛ высокое быстродействие реализуется за счёт следующих факторов:

1.Открытые транзисторы работают в активном режиме, т.е. задержка выключения отсутствует.

2.Транзисторы связаны через эмиттеры, а транзистор VT4 включён по схеме с общей базой.

3.Переключение входных транзисторов обеспечивается эмиттерными повторителями с малым выходным сопротивлением, что тоже повышает быстродействие.

4.Перепады между логическими уровнями небольшие, поэтому происходит быстрый перезаряд емкостей.

Основное достоинство КМОП состоит в том, что в статическом режиме потребление энергии практически отсутствует. Главный недостаток – конечное (не очень маленькое) время перехода из 1 в 0 и наоборот. На рис.9.16,в представлена эквивалентная схема инвертора на КМОП-транзисторе.

Достоинства логических элементов на КМОП:

1. Логические уровни определяются уровнем напряжения питания:

т.е. реализуется стопроцентное использование энергии источника питания.

2. Не требуется стабилизация питающего напряжения, типичные диапазоны которого для КМОП-логических элементов равны: (серия КР1554) и (серии К1561, К561, К564).

3. Выходное сопротивление высокое (не менее 1 МОм), поэтому неиспользуемые входы логических элементов нельзя оставлять свободными.

4. В статическом режиме потребляемый ток составляет микро- и наноамперы. Этот ток прямо пропорционален частоте переключения элемента. При переключениях энергия тратится на перезарядку входной ёмкости. В моменты переключения в схеме протекают столбовые токи, это показано на рис. 4.23,б.

5. Нагрузочная способность на порядок выше, чем у ТТЛ, т.е. на выход можно подключать больше элементов.

6. Высокое быстродействие.

7. Высокая плотность элементов на кристалле в силу простоты схемы базового элемента.

Недостатки логических элементов на КМОП:

1. При переключениях происходят броски потребляемого тока, что приводит к импульсным помехам, передаваемым по цепям питания, поэтому цепи питания необходимо шунтировать ВЧ-конденсаторами.

2. КМОП и ТТЛ логики напрямую не согласуются. Примеры согласования приведены на рис. 9.22,а, б.

3. Логические элементы на КМОП боятся электростатических зарядов, поэтому для защиты таких элементов от пробоя под действием электростатических зарядов используют специальные защитные схемы на стабилитронах.

 

Рис. 9.22

 

Рассмотрим схемы КМОП-элементов, реализующих более сложные функции.

Схемы, приведённые на рис. 94.23,а, б реализуют соответственно следующие логические функции:

; .

 

Рис. 9.23.