Динамические параметры интегральных схем

Динамические параметры характеризуют быстродействие, время задержки информации при прохождении через микросхему.

Различают 2 показателя быстродействия время задержки при переходе от 1 к 0 - и время задержки при переходе от 0 к 1 - .

Возьмем логический элемент И-НЕ, объединив его входы получим элемент НЕ.

Тогда при x = 0 Y = 1

x = 1 Y = 0

Процесс перехода логического элемента из одного состояния в другое под действием входных сигналов происходит не мгновенно, а как показано на рис. 1.28.

Рис. 1.28 Диаграмма процесса переключения инвертора

Входное напряжение выбирается таким, чтобы рабочая точка не находилась области точек A-B лишь кратковременно, при переключении уровней входного сигнала.

Для упрощения принимают (его называют просто .

При сигнал на выходе

При сигнал на выходе

В свою очередь сигнал входа имеет конечные длительности фронта и среза. (Вспомним реальный прямоугольный импульс).

Тогда, изобразив на временной диаграмме входной и выходной сигналы получим следующую картину (рис. 1.29).

Рис. 1.29 Диаграмма временных задержек

Параметр это время задержки переключения выходного сигнала из состояния «1» в состояние «0» при переключении входного из «0» в «1».

Параметр - это время задержки переключения выходного сигнала из состояния «0» в «1» при переключении входного из «1» в «0».

Кроме того, используется параметр среднее время задержки:

Например: микросхемы серии 155 имеют ; 1 нс =

Временные задержки увеличиваются с ростом числа элементов, входящих в состав того или иного устройства, так временная задержка срабатывания триггера обусловлена задержками переключений входящих в триггер двух логических элементов (рис. 1.30).

Рис. 1.30 Временные задержки при включении триггера

Сигнал на выходе схемы начинает изменяться после того, как сигнал на входе в процессе своего изменения от уровня логической «1» до «0» перешел пороговое значение . Сигнал превысит пороговый уровень через интервал времени . После этого начинается переключение второго логического элемента. Сигнал на выходе уменьшается до порогового значения через интервал времени после начала процесса переключения второго элемента.

Общее время переключения триггера

Чтобы входные сигналы могли вызвать переключение триггера, длительность входного сигнала должна быть:

Причины ложных срабатываний логических элементов

Рассмотрим логическую конструкцию Y = .

При построении этой функции на элементах И-НЕ ее необходимо преобразовать, представив в виде инверсии конъюнкций.

Y =

Схема, реализующая эту функцию, показана рис. 1.31.

Рис. 1.31 Схема прохождения сигнала двумя путями

Диаграмма переключений приведена на рис. 1.32.

Рис. 1. 32 Диаграмма переключения схемы (рис. 1.31)

Пусть входной сигнал перешел от «0» к «1». В момент сигнал достигнет порогового уровня и начнется переключение элемента DD1. Сигнал на его выходе станет в момент , отстоящий от на . Поэтому в течение времени на входы DD2 поступают сигналы, превышающие , то есть соответствующие логическим единицам. Следовательно, DD2 одновременно с DD1 начнет переключаться с 1 на 0. В момент создадутся условия для обратного переключения элемента DD2. Через время на выходе уровень напряжения достигнет , следовательно на выходе устройства восстановится логическая «1».

Из диаграммы видно, что за время единичный уровень на выходе изменился на нулевой, то есть правильность выполнения логической операции нарушилась, так как на выходе Y = всегда должна быть логическая «1». Это явление получило название «состязаний» или «гонок».

В триггерах также возможны «состязания» между внешними сигналами и сигналами обратной связи. Устранения ошибок от ложных срабатываний в логических цепях можно добиться путем временного разделения сигналов, исключающих подобные явления. Вырабатываемое логическим устройством напряжение в этом случае передается на последующие устройства не непрерывно и не в произвольные моменты времени, а только в такие моменты, когда искажение правильных значений выходного сигнала за счет «состязаний» заведомо исключено.

Далее будут рассмотрены принципы синхронизации сигналов, позволяющие исключить «гонки».

Лекция 4