5.2. Cхемное включение элементов. Возможности и ограничения

На этапе построения макета проектируемого цифрового устройства, а в последствии и опытного образца при его промышленном выпуске, важное значение приобретает правильное схемотехническое подключение ИС и других функциональных элементов, а также решение вопросов согласования ИС различных серий.

Для статистического сопряжения ИС требуется выбрать нагрузку ИС - передатчика таким образом, чтобы значение входных токов I_OH, I_OL и выходных напряжений U_OH, U_OL не выходили за пределы, установленные техническими условиями.

Для определения числа подключаемых единичных нагрузок в пределах одной серии ИС следует вычислить отношения: I_OLmax / I_IL и I_OHmax / I_IH, где I_OLmax, I_OHmax - максимально допустимые токи нагружаемой ИС, I_IH, I_IL - входные токи базового элемента данной серии.

Меньшее из этих значений и является коэффициентом разветвления по выходу К_раз, который показывает число единичных нагрузок, подключенных к данному выходу.

Аналогичным образом можно рассчитать К_раз при работе передатчика одной серии и приемника другой серии ИС, работающих в одном тип интегральной логики. Для серий ТТЛ и ТТЛШ рассчитана табл. 5.2.

Таблица 5.2.

В сериях ТТЛ и ТТЛШ имеются элементы с повышенной нагрузочной способностью, которые имеют как открытый коллекторный, так и активный двухтактный выход. Нагрузочные способности таких элементов характеризует табл.5.3.

Таблица 5.3.

В большинстве серий ИС неиспользуемые входы И не должны оставаться неподключенными. В ТТЛ и ТТЛШ - сериях сигнал от неподключенного входа воспринимается как логическая единица "1", но оставлять его свободным не рекомендуется, так как возникающие при этом дополнительные заряды в базе входного транзистора замедляют переключение элемента по другим входам. Поэтому в сериях ТТЛ и ТТЛШ неиспользуемые И - входы либо объединяют с другими, но так, чтобы не превысить допустимую нагрузку, либо подключают к источнику питания +5В через резистор 1КОМ. К одному резистору рекомендуется подключать до 20 неиспользуемых входов.

В сериях КМОП не должно быть неподключенных входов, так как на них может оказаться наведенным любой потенциал, что приведет к ложному состоянию схемы. Входы КМОП элементом можно непосредственно подключить к источнику питания, без резистора.

Неиспользуемые входы ИЛИ в любых сериях должны быть подключены к логическому нулю.

Рекомендуется также неиспользуемые функциональные элементы ТТЛ - серий включить таким образом, чтобы на их выходах была логическая единица. В этом случае уменьшается энергопотребление данного функционального элемента.

Логические элементы ИС выпускаются с тремя типами выходных каскадов: стандартный (двухтактный) выход, с открытым коллектором, выход с тремя состояниями (с Z - состоянием).

Электрические схемы выходных каскадов для элементов серии КР1533 приведены на рис. 5.6, 5.7 и 5.8.

Рис. 5.6.

Рис. 5.7.

Рис. 5.8.

Выходной каскад с открытым коллектором не способен сам по себе обеспечивать на выходе высокий уровень напряжения, поэтому к выходу элемента с помощью внешнего монтажа подключается резистор, называемый "подтягивающим", величина которого ограничена максимальном допустимым током открытого выходного транзистора. Выходной транзистор с открытым коллектором имеет повышенный допустимый ток, а иногда и повышенное выходное напряжение, поэтому такие элементы могут применяться для управления светодиодами, индикаторными лампами, обмотками реле и т.п. Пример включения элемента КР1533ЛА7 приведен на рис. 5.9. Значение резистора подтягивающего определяется формулой:

R = (U_CC - U_КЭ) / I_Omax

Рис. 5.9.

Элементы с открытым коллектором (ОК) приспособлены для объединения по выходу. Если выходы нескольких элементов с ОК объединены в одной точке, то на выходе схемы будет низкий уровень, когда открыт входной транзистор любого из объединенных элементов. Такую схему принято называть "монтажное ИЛИ". Так для схемы на рис. 5.10. выходная функция принимает вид:

f = X1 · X2 v X3 · X4

Рис. 5.10.

Данная схема также может быть названа "монтажное И", так как высокий уровень на выходе возникает только при всех "1" на входах, а низкий уровень при любом "0" на входе.

Элементы с тремя состояниями входа специально разработаны для применения в качестве выходного управляемого буфера, работающего с цифровой магистралью. Если сигнал разрешения третьего состояния EZ имеет низкий уровень (рис. 5.8.), то выходной каскад работает как обычный двухтактный вход (сравните со схемой на (рис. 5.6.), если же сигнал EZ имеет высокий уровень, то выходные транзисторы оказываются запертыми и со стороны выхода получается высокий импеданс, при этом уровень потенциала на выходе не определен (плавающий потенциал). Пример включения элемента КР1533ЛА3 показан на рис. 5.11., причем входы EZ работают на разрешение снятия состояния высокого импеданса, т.е. перевод схемы в высокоимпедансное состояние обеспечивается подачей на входы EZ высокого уровня.

Рис. 5.11.

ИС серий ТТЛ и ТТЛШ могут непосредственно управлять входами ТТЛ - схем, для подключения же КМОП-схем требуется применение согласующего резистора. Схемы КМОП - серий управляют схемами КМОП и ТТЛ непосредственно. Примеры схем сопряжения для серии КР1554 приведены на рис. 5.12. Рекомендуемый резистор R1-МЛТ-0,25-4,7-кОм±5%-А-А ОЖО.467.180ТУ.

Рис. 5.12. Сопряжение микросхем серии КР1554 с микросхемами ТТЛ и КМОП - серий