МеВопдстимЫе помехи

v-cr

Что касается импульсной помехоустойчивости, то для того, чтобы возник сбой, величина импульсной помехи, как правило, должна быть больше, чем статической. На рис. 11 показан примерный график зависимости амплитуды помехи, приводяшей к сбою, от длительности этой помехи [22]. Тем не менее, именно под действием импульсных помех чаще всего происходят сбои логических устройств иа ИС. Это вызвано тем, что резкое увеличение плотности монтажа при переходе на ИС привело к увеличению емкостных и индуктивных связей между проводниками. Уменьшение ширины токоведущих дорожек на печатной плате привело к увеличению их сопротивления, что также способствует снижению помехоустойчивости.

Импульсные помехи могут возникать как в цепи питания, так и во входных цепях ИС. В последнем случае помеха не только может быть вызвана

внешней наводкой, но и может генерироваться в самой линии за счет отражения полезного сигнала от несогласованных концов линии [22]. •

Для повышения импульсной помехоустойчивости необходимо рационально конструировать линии связи между ИС и экранировать отдельные блоки или устройства в целом.

Так как более быстродействующие схемы чувствительны к более широкому частотному спектру помех, то при одинаковой величине статической помехоустойчивости схемы с меньшей средней задержкой сильнее подвержены действию импульсных помех.

Наименьшую помехоустойчивость имеют схемы РТЛ, РСТЛ, ПТТЛ, для них величина статической помехоустойчивости (Ыст) составляет 0,1-0,3 е.

В схемах ДТЛ и ТТЛ величина помехоустойчивости выше благодаря наличию смещающих р-п-переходов на входах инверторов. Допустимая величина статической помехи для этих схем равна 0,4-1,1 в.

Для логических схем на МОП-транзисторах величина Uct может достигать 2-3 в, что объясняется большими логическими перепадами напряжения в этих схемах.

В ряде случаев для характеристики помехозащищенности используют не статическую помехоустойчивость Uct, а коэффициент статической помехоустойчивости Кет, определяемый по формуле

А ст - -

где Ды - логический перепад напряжения на выходе ИС.

Коэффициент объединения по входу - это максимальное количество входов, которое может иметь логический элемент. Увеличение количества входов обычно ухудшает быстродействие и помехоустойчивость ИС. Кроме того, в схемах РСТЛ, ПТТЛ, МОПТЛ увеличение количества входов требует добавления таких сложных элементов, как транзисторы. В схемах ТТЛ рост -числа входов схемы «И» ограничен конструктивными и технологическими возможностями увеличения количества эмиттеров планарного транзистора.

Наиболее просто увеличивается количество входов в схемах ДТЛ: надо лишь ввести дополнительное количество диодов, входящих в схему «И».

Чаще всего коэффициент объединения по входу не превышает восьми, что отчасти определяется ограниченным количеством выводов ИС. В схемах ДТЛ это число можно увеличивать за счет присоединения диодных расширителей, тем не менее для того, чтобы не ухудшить другие параметры схем, не ре-комендутся количество входов выше 6-8.

Рис. 11. Характеристика импульсной помехоустой- чивости ИС

в схемах РТЛ практически трудно получить коэффициент объединения по входу больше 3-4.

Однако следует помнить о том, что всегда возможна реализация много-Бходовых логических схем путем построения соответствующей логической цепи, состоящей из простых схем. Так, например, логическая цепь, эквивалентная четырехвходовой цепи «НЕ-И» может быть построена на основе трех двухвходовых схем «НЕ-И» и двух одновходовых инверторов в соответствии с равенством

Для схем ДТЛ, ТТЛ, МОПТЛ возможно расширение их логических возможностей как за счет увеличения входов схем «И-НЕ», так и за счет увеличения входов по «ИЛИ» в схемах «И-ИЛИ-НЕ». В этом случае различают две разновидности коэффициента объединения по входу: по функции «И» и по функции «ИЛИ».

Для схем ПТТЛ соответственно следует различать коэффициенты объединения для входной схемы «ИЛИ» в функции «ИЛИ»-НЕ» и для выходной схемы «ИЛИ» в функции «ИЛИ-НЕ-ИЛИ».

Коэффициент разветвления по выходу, или нагрузочная способность, определяется количеством схем этой же серии, входы которых могут быть присоединены к выходу данной схемы без нарушения ее работоспособности.

С ростом нагрузки на схему обычно ухудшаются ее быстродействие и помехоустойчивость. Кроме того, при некоторой нагрузке схема полностью может потерять работоспособность: выйдет, например, из насыщения выходной транзистор данной схемы или перестанут насыщаться входные транзисторы последующих схем.

Нагрузочная способность ИС в значительной степени определяется типом примененного в них инвертора. Для простейшего инвертора, состоящего из одного транзистора, коэффициент разветвления по выходу равен чаще всего 2-4. Это, естественно, приводит к усложнению логических цепей за счет введения необходимых «умощнителей». Для сложных инверторов нагрузочная способность достигает величины 15-25 и более.

Например, для ИС К1ЛБ141 и К2ЛБ171, содержащих простые, инверторы, нагрузочная способность равна 4. В то же время для схем К1ЛБ143 и К2ЛБ173, входящих в эти же серии, но содержащих сложные инверторы, нагрузочная способность соответственно равна 50 и 8.

В схемах МОПТЛ входы последующих схем в статическом режиме практически не нагружают выходов предыдущих. Это дает возможность иметь очень большой коэффициент разветвления по выходу. Однако надо иметь в виду, что в динамическом режиме емкости присоединенных входов затягивают переходный процесс и увеличивают ток, потребляемый от данной схемы. Для схем серии К172 нагрузочная способность по паспортным данным равна 15.

Иногда входные сопротивления различных схем, входящих в одну и ту же серию, неодинаковы. В этом случае нагрузочную способность оценивают в условных единицах - допустимым количеством присоединяемых схем какого-то одного вида, принятого за опорный. Для всех других схем вводится характер1&тика, показывающая, на сколько условных единиц вход данной схемы нагружает выход предыдущей.

Устойчивость против внешних воздействий характеризует возможность применения ИС в широком диапазоне температур, при воздействии влажности, радиации и т. д.

В значительной степени этот параметр логических ИС определяется типом используемого корпуса. Что касается электрических цепей ИС, то наименее устойчивы к воздействию температуры ИС типов РТЛ, РСТЛ, ПТТЛ. Более устойчивы схемы МОПТЛ, ДТЛ, ТТЛ.

, Наиболее широкий температурный диапазон для выпускаемых серийно ИС - от -60 до -И25°С. Рассмотренные ранее схемы серий К114 и К172 работают в диапазоне температур от -10 до -Ь70° С. Для схем серий К217 установлен рабочий диапазон температур от -30 до -Ь70° С.

Как видно из приведенных данных, логические ИС весьма устойчивы к воздействию температуры и превосходят в этом отношении модульные и микромодульные узлы.

Транзисторы структуры МОП устойчивее к воздействию радиации, чем биполярные транзисторы. Поэтому схемы МОПТЛ имеют более высокую радиационную стойкость, чем логические ИС других типов.

Степень интеграции элементов ИС характеризует достигнутый при производстве этих ИС технологический уровень. Однако для потребителей ИС более важна степень интеграции не элементов, а логических функций, так как именно она показывает, какое количество ИС (корпусов) потребуется для построения того или иного логического устройства.

Наибольшие возможности в этом направлении имеют полупроводниковые схемы ДТЛ, ТТЛ и особенно МОПТЛ. В схемах РТЛ и РСТЛ степень интеграции ограничивается необходимостью формировать относительно высокоомные резисторы, которые занимают большую площадь в кристалле.

Тем не менее в настоящее время различные логические ИС имеют практически одну и ту же степень интеграции, так как при любой технологии Количество логических схем в одном корпусе ограничивается количеством выводов этого корпуса. При количестве выводов 12-14 удается разместить в одном корпусе одну восьмивходовую схему «НЕ-И» или «НЕ-ИЛИ», или две четырехвходоБые схемы и т. д.

Однако существуют типы логических фушсций и устройств, которые требуют для их реализации довольно большого количества элементов при ограниченном количестве выводов. Сюда относятся, например, счетные триггеры. Наличие универсального счетного триггера в составе серии логических ИС свидетельствует о высокой степени интеграции. Это, в частности, относится к серии К217, хотя для обычных логических функций степень интеграции этой серии ниже, чем для других серий, что вызвано отчасти применением корпуса с 12 (а не 14) выводами, из которых три необходимы для присоединения двух источников питания.

Надежность и стоимость ИС кратко были обсуждены ранее в § 3. Сравнение различных типов логических ИС по этим параметрам несколько затруднено отсутствием достаточно полных данных.

При отработанной технологии интегральные схемы располагаются по стоимости примерно в следующем порядке (начиная с самых дешевых): МОПТЛ, РТЛ, РСТЛ, ДТЛ, ТТЛ, ПТТЛ. Кроме того, как уже было сказано ранее, схемы в пластмассовых корпусах при прочих равных условиях дешевле схем в металлополимерных или керамических корпусах.

Что касается надежности ИС, то она мало зависит от их типа и определяется в первую очередь отработанностью технологического процесса и культурой производства. Наиболее ненадежные элементы ИС - соединения выводных проводников с контактными площадками на подложке - присутствуют во всех типах ИС. Следует, однако, заметить, что в гибридно-пленочных ИС количество таких соединений больше, чем в полупроводниковых, так как в последних необходимо присоединить только кристалл к выводам корпуса, в то время как в первых, кроме этого, нужно еще присоединить к подложке активные элементы.

Глава третья

КОМБИНАЦИОННЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЦЕПИ

7. Минимизация логических функций

Прежде чем строить логическую цепь, реализующую ту или иную логическую функцию, имеет смысл попытаться упростить эту функцию. Минимизация, т. е. отыскание более простого выражения заданной логической функции, может выполняться различными методами. В частности, можно, используя