Расчет дешифратора на 5 входов

Функциональная  схема изображена на рисунке 2.4.

Таблица 2.2

 

рисунок2.4

 

2.3. Выбор системы элементов.

Для выбора элементной базы рассмотрим различные  возможные решения:

Транзисторно-транзисторные  логические схемы  появились как развитие схем ДТЛ (диодно-транзисторной логики) в результате замены матрицы диодов многоэмиттерным транзистором (МЭТ). Этот транзистор представляет собой интегральный элемент, объединяющий собой свойства диодных логических схем и транзисторного усилителя.

При всех своих преимуществах высоком быстродействии, обширной номенклатуре, хорошей помехоустойчивости  эти микросхемы обладают большой потребляемой мощностью.

Функция И в схеме ТТЛ  выполняется в  общих для нескольких эмиттеров базовой  и коллекторной областях. Основное структурное отличие МЭТ от обычных транзисторов заключается в том, что он имеет несколько эмиттеров. Таким образом МЭТ представляет совокупность нескольких транзисторных структур, имеющих общий коллектор и непосредственно взаимодействующих друг с другом только за счет движения основных носителей.

С развитием и совершенствованием технологии базовым  для схем ТТЛ стал ключ со сложным инвертором  двухполярным ключом, что позволило  увеличить быстродействие, помехоустойчивость, нагрузочную способность  и снизить требования к параметрам транзисторов.

В настоящее время  выпускается несколько  серий микросхем  ТТЛ. В таблице 2.1 приведены их основные характеристики. 

Выходные  напряжения: высокого логического уровня - не менее 2.4 В, низкого - не более 0.4 В

Схемотехнически почти все логические элементы, входящие в состав указанных  серий,  могут быть комбинирование двух базовых схем: элемента И-НЕ и расширителя по ИЛИ. Для всех ТТЛ, имеющих возможность расширения по ИЛИ, максимальное число объединений равно восьми. При присоединении одного расширителя задержка распространения схемы увеличивается примерно на 5 нс, а потребляемая мощность - на 5 мВт. Логические элементы ТТЛ обладают большой нагрузочной способностью (коэффициент разветвления равен 10).

Большие выходные и сравнительно небольшие входные  токи способствуют хорошему согласованию схем между  собой.

Принципиальное  отличие ТТЛШ использование транзисторов с коллекторными переходами, зашунтированными диодами Шоттки. В результате транзисторы микросхем ТТЛШ не входят в насыщение, что существенно уменьшает задержку выключения транзисторов. К тому же они значительно меньших размеров, что уменьшает ёмкости их p-n-переходов. В результате при сохранении и повышении быстродействия удалось уменьшить её потребляемую мощность примерно в 6…10 раз.

Цифровые  микросхемы эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ) представляют собой транзисторные схемы с объединенными эмиттерами и обладают по сравнению с другими типами цифровых ЛЭ наибольшими быстродействием и потребляемой мощностью. Большое быстродействие (по - другому - малое среднее время задержки распространения) для схем ЭСЛ обуславливается тем, что в этих элементах транзисторы работают в ненасыщенном (линейном) режиме. На выходах применяются эмиттерные повторители, ускоряющие процесс заряда емкости нагрузки. Уменьшение времени задержки распространения достигается также за счет ограничения перепада выходного напряжения, что, однако, приводит к уменьшению помехоустойчивости схем ЭСЛ. Из разработанных в последние годы цифровых микросхем ЭСЛ наибольшее распространение получили серии 100, К100, 500, К500 и 1500, К1500

Микросхемы  ЭСЛ - типа являются самыми быстродействующими схемами на основе кремния, выпускаемыми отечественной промышленностью. Высокое быстродействие обусловлено тем, что в этих элементах транзисторы работают в ненасыщенном режиме. Уменьшение  времени задержки распространения достигается также в результате малого перепада выходного напряжения, но это влечет за собой малое значение помехоустойчивости. 

Цифровые  маломощные КМОП ИС, содержат в своем составе 60 типов, различных по своему функциональному назначению: арифметические устройства, счетчики - делители, дешифраторы, триггеры, логические схемы, мультиплексоры, сдвиговые регистры и прочие.

Характеристики  КМОП: низкая мощность потребления (типовая  мощность потребления  на частоте 1 Мгц 0,0025 мВт/ЛЭ); широкие рабочие  диапазоны напряжения питания (3...15 В) и температур; высокая помехоустойчивость 30...45 % Uсс; защита по входам; температурная стабильность и высокая нагрузочная способность создают предпосылки для широкого применения микросхем в радиоэлектронной аппаратуре.

КМОП  характеризуются высокими статической и динамической помехоустойчивостями. Упрощенно помехоустойчивость можно выразить как способность микросхемы исключить передачу помехи со входа схемы на ее выход.

Статическая помехоустойчивость характеризует возможности  схемы при длительном импульсе помехи, а динамическая помехоустойчивость - при кратковременных помехах.

Статическая помехоустойчивость микросхем увеличивается  с ростом напряжения питания, а колебания  помехоустойчивости  в зависимости  от температуры незначительны  из-за высокой температурной стабильности передаточных характеристик.

Динамическая  помехоустойчивость находится в прямой зависимости от уровня статической помехоустойчивости, скорости переключения микросхемы, входной  и выходной емкостей, от длительности, амплитуды и формы сигнала помехи.

Микросхемы  КМОП характеризуются  сравнительно невысоким  по сравнению с  ТТЛ ИС быстродействием. Динамические параметры  КМОП ИС зависят от сложности схемы, напряжения питания, емкости нагрузки и температуры.

Время задержки распространения сигнала, а также времена фронта линейно возрастают с увеличением емкости нагрузки и температуры.

Для защиты транзисторов от повреждения высоким  напряжением (пробоя подзатворного диэлектрика  статическим электричеством и от тиристорной  защелки) каждый вход КМОП ИС снабжают диодно-резисторной охранной цепочкой.

Интегральная  инжекционная логика (И²Л)

Достоинства:

1. используется  пониженное напряжение питания (»1 В);
2. малая потребляемая мощность, т.к. в схеме протекает ток мкА, а U_пит=1 В;

3. обеспечивают  высокую степень интеграции (нет изоляционных карманов);
4. при изготовлении схем И²Л используется те же технологические процессы, что и при производстве интегральных схем на биполярных транзисторах, но оказывается меньшим число технологических операций и необходимых фотошаблонов;
5. хорошо согласуются с элементами ТТЛ.

Недостатки:

1. Небольшая помехоустойчивость, т.к. логический перепад 0,5¸0,8 В;
2. Быстродействие ниже, чем в схемах ЭСЛ.

 

Для реализации  технического задания, учитывая большое  количество  внешних  выводов  пятиразрядного  дешифратора,

удобство  использования и  стоимсть элементной базы, а также малое  количество соединений между элементами выбираем схему пирамидального дешифратора на элементах  ТТЛШ.

2.4 Выбор серийных  микросхем для  изготовления дешифратора

Рассмотрим серийно выпускаемые микросхемы дешифраторов и выберем те, которые способны обеспечить быстродействие заданое условиями ТЗ. Так как частота работы дешифратора равна 50 Мгц, то время задержки не должно превышать 20нс.

из  справочника выпишем  микросхемы соответствующие условию быстродействия. В таблице 2.4 выписаны микросхемы дешифраторов, в таблице 2.5 микросхемы инверторов.