Ядерная электроника - Цитович А.П.
Скачать (прямая ссылка):
126
полевых элементах, связаны с технологией изготовления; их подразделяют на серии МОП- и КМОП-структуры. МОП-структурьг образованы тремя слоями: металл (М-затвор), окисел SiO2 (О—
изоляция затвора), полупроводник Si (П-области истока, канала и затвора); КМОП-структуры — па дополняющих транзисторах; разной проводимости (К — от слова комплементарный, дополнительный).
Важные параметры интегральных схем, помимо быстродействия, которое обычно оценивают по средней задержке распространения сигнала и потребляемой мощности, следующие:
Статическая помехоустойчивость, определяемая как максимальная величина постоянного напряжения, которое при добавлении к управляющему сигналу не нарушает работу схемы в наиболее сложных условиях.
Два других параметра характеризуют возможность объединения логических элементов между собой, в чем всегда возникает необходимость при построении цифровых устройств.
Коэффициент объединения по входу определяет максимально возможное число входов элементов.
Коэффициент разветвления по выходу показывает, сколько схем можно подключить к 'выходам элемента без нарушения его работы.
Ниже будут рассмотрены наиболее типичные схемные решения' и технологические особенности, которыми обеспечиваются необходимые параметры элементов.
3.2.3. СХЕМЫ С НАСЫЩЕННЫМИ КЛЮЧАМИ
При рассмотрении функций логических элементов были приведены простые диодные схемы И и HE. В логических элементах ДТЛ-серий эти схемы объединяют с инверторами. В качестве примера такого элемента на рис. 3.12,а приведена ДТЛ интегральная схема И — HE. Инвертор здесь выполнен на простом транзисторном ключе; в зависимости от входного сигнала транзистор ключа либо полностью заперт, либо открыт. Если в открытом состоянии в базу транзистора поступает достаточный ток и падение напряжения на коллекторе мало, то такой режим работы называется насыщенным. Условие насыщения транзистора выполняется при:
Рис. 3.12. ДТЛ интегральная схема И — HE (а) и временные диаграммы работы насыщенного инвертора (б)
127
токе базы /б>/кн/р, где Iim- ток насыщения (/к.н~EK/RK); Ek— напряжение питания коллекторной цепи; Rk — нагрузка в цепи коллектора. Насыщенный режим выгоден тем, что позволяет довольно легко устранить влияние изменений температуры в больших пределах. Транзисторный ключ имеет хорошие параметры: он близок к идеальному ключу. В запертом состоянии потенциал коллектора почти равен напряжению источника, а в открытом — падение напряжения между эмиттером и коллектором составляет несколько процентов от напряжения источника. Однако серьезный недостаток насыщенного ключа — затягивание тока в цепи коллектора после запирания транзистора. Оно вызвано тем, что после пребывания триода в области насыщения требуется некоторое время на рассасывание избыточной концентрации неосновных носителей в базе. На рис. 3.12,6 приведены импульс тока базы іб и импульс напряжения на коллекторе ик триода, работающего в области насыщения. Из этих диаграмм видно, что импульс коллектора имеет определенные длительности времени нарастания /н и спада tcn и, кроме того, он имеет большую длительность, чем импульс тока базы. В цепи коллектора происходит как бы запоминание сигнала, приложенного к базе на время рассасывания tv, которое зависит от того, насколько был насыщен триод и как долго он находился в этом состоянии. В зависимости от типа транзистора ¦оно колеблется в широких пределах — от сотых долей микросекунды ДО 1 МКС.
Время рассасывания вносит значительный вклад в среднюю задержку распространения сигнала в схемах ДТЛ, которая составляет около 25 не. Заметим, что время нарастания выходного сигнала в схемах ДТЛ в значительной степени определяется процессами зарядки паразитных емкостей в цепи диодов.
Насыщенная схема с простым ключом имеет большое выходное сопротивление в закрытом состоянии, и к ней нельзя подключить много других логических схем, так как замедляется разрядка паразитных емкостей коллекторной цепи. Большим коэффициентом разветвления по выходу обладают схемы со сложными ключами. В качестве примера схемы со сложным насыщенным ключом рассмотрим ТТЛ-схему И—HE (рис. 3.13,а).
Транзисторно-транзисторная логика TTJI — развитие ДТЛ, в ней схемы И и HE выполняют не на диода*, а на многозмиттерном транзисторе. Логические функции в транзисторе Ti выполняют в общих для нескольких эмиттеров базовой и коллекторной областях. Работа многоэмиттерного транзистора Ti, его связь с транзистором Tzi стоящим на входе сложного ключа (Гг, T^ Г4), поясняется схемой (рис. 3.13,6). Если хотя бы на один из эмиттеров (входов) подан 0, т. е. напряжение, равное потенциалу земли, то соответствующий переход база — эмиттер Tx смещается в прямом направлении и ток, задаваемый в его •базу через Ru течет в цепь этого эмиттера (7Э), а колекторный ток Ti не течет в базу транзистора T2 (/к«0). Транзистор Гг находится в запертом состоянии. В том случае, когда на псе входы схемы поданы 1 (напряжение, равное Ek), эмиттеры T1 не получают открывающего тока смещения, задаваемый в базу ток через резптор Ri течет в цепь коллектора (7К), смещенного в прямом направлении
