Электротехника, электроника и схемотехника (часть 2)

### Тема 3: Элементы и узлы цифровых устройств

назад | оглавление | вперед

### 3.3: Характеристики и параметры цифровых устройств

Основными параметрами логических элементов и цифровых устройств являются функциональные, статические, динамические и технико-экономические.

Функциональные параметры определяют логические возможности узла или устройства. К ним относятся: Краз—коэффициент разветвления по выходу (нагрузочная способность), характеризующий максимальное число однотипны логических элементов, которые можно одновременно подключить к выходу устройства и Коб—коэффициент объединения по входу, определяющий максимальное число логических элементов, которые можно подключить к устройству.

К статическим параметрам относят входные и выходные токи и напряжения, соответствующие логическим 1 и 0; токи потребления в двух состояниях; мощности, потребляемые схемой в состояниях 0 и 1. Средняя потребляемая мощность определяется по формуле ,

где Р0пот—мощность, потребляемая устройством в состоянии 0; Р1пот—мощность, потребляемая устройством в состоянии 1; Iср—средний ток, потребляемый одним элементом устройства. Помехоустойчивость характеризуется допустимым напряжением статической помехи Uпом, при подаче которого на вход цифрового устройства не наблюдается его ложного срабатывания.

К динамическим параметрам относятся: t01 -время перехода из состояния логического 0 в состояние логической 1; t10 — время перехода из состояния логической 1 в состояние логического 0; tз.ср — среднее время задержи; tз.ср=(t01+ t10)/2. Параметр tз.ср характеризует среднее время выполнения логических операций, т.е. быстродействие устройства.

При сравнении цифровых устройств часто пользуются параметром, называемым работой переключения: Ап=Рпот.срtз.ср. Совершенствование технологии цифровых интегральных схем (ЦИС) сопровождается непрерывным снижением Ап цифровых устройств.

С ростом частоты переключения у многих цифровых устройств наблюдается увеличение потребляемого тока. Для учета этого явления используют дополнительный параметр—динамическую мощность Рд при максимальной частоте переключения fп max: Рд=Снfmax(U1-U0), где Сн -емкость нагрузки. Максимальная частота переключения обратно пропорциональна среднему времени задержки: fп max»4/tз.ср.

К технико-экономическим параметрам относятся: стоимость, степень интеграции, объемно-габаритные показатели, функциональная сложность, надежность. Основными характеристиками цифровых устройств являйся: входная iвх=f(Uвх); выходная iвых=f(Uвых) и передаточная Uвых=f(Uвх). На практике наиболее широко используется передаточная характеристика.

Передаточной характеристикой называется зависимость напряжения на выходе oт напряжения на одном из входов при постоянных значениях напряжения (U0 и U1) на остальных входах. По типу передаточных характеристик цифровые устройства делятся на инвертирующие и неинвертирующие. Случай, показанный на рис. 3.1, а, соответствует инвертирующему устройству.

Рисунок 3.1.

С помощью передаточной характеристики можно определить допустимое напряжение статической помехи по низкому U0пом и высокому U1пом уровням, указанные на рис.3.1,а.

Динамические параметры цифровых устройств удобно определять по временным диаграммам. Вследствие наличия в цифровом устройстве реактивных элементов (в частности, междуэлектронных емкостей транзисторов и емкости нагрузки) форма выходного сигнала всегда отличается от идеальной (формы прямоугольного импульса) и может иметь вид, показанный на рис. 3.1,б.

По форме выходного импульса определяют время включения t01, время выключения t10 и среднее время задержки tз.ср.

назад | оглавление | вперед