Построения логической

Принцип построения логических схем образования управляющих, сигналов поясняется на 8.7. Здесь показан фрагмент схемы, обеспечивающей выработку управляющего сигнала и* в /-М и n-м тактах выполнения /-и команды.

Большинство из выпускаемых в настоящее время логических элементов являются элементами потенциального типа. В некоторой степени это объясняется тем, что метод интегральной технологии открыл возможность построения логических элементов и соединений между ними без применения реактивных элементов, так как изготовление последних этим методом затруднительно. В элементах потенциального типа электрический сигнал представляется тем или иным уровнем напряжения на входах и выходах схемы. Напряжение может принимать два номинальных значения: U' и U". В соответствии с этим двоичные числа изображаются высоким и низким уровнями напряжения. В соответствии с ГОСТ 13418—79 высокий уровень напряжения соответствует единице, а низкий — нулю. В зависимости от принятого соотношения между значениями напряжений (U' и U") и двоичной переменной (О, 1) различают положительную и отрицательную логику. При положительной логике напряжение U' соответствует нулю, a U" — единице. При отрицательной логике И' соответствует единице, a U" — нулю. При этом, следует заметить, уровни напряжение U' и U" могут быть положительной полярности ( 100, а), отрицательной полярности

9. Функциональные микросхемы, в которых используется эффект накопления и переноса зарядов, что позволяет реализовать плотность размещения элементов 3-Ю4 элемент/см2. Такие приборы по существу представляют собой МДП-структуры, они весьма технологичны (число технологических операций в два раза меньше по сравнению с обычной МДП-технологией). Приборы с переносом заряда (ППЗ), или приборы с зарядовой связью (ПЗС), могут стать основой построения логических схем, линий задержки, схем памяти и систем для получения изображений. Сравнительная простота технологии изготовления ПЗС по сравнению с системами на обычных МДП-транзисторах и почти десятикратное уменьшение площади схемы (~0,0016 мм2 на 1 бит

§ 4.6. Особенности схемного построения логических элементов

которой были рассмотрены при анализе транзисторных ключевых каскадов. Далее будут изучаться принципиальные схемы логических элементов. Число разновидностей схем построения логических элементов очень велико. Ограничиваясь рассмотрением логических элементов только на полупроводниковых приборах, можно выделить несколько характерных групп: схемы диодной логики (ДЛ) и логические схемы, использующие различные комбинации транзистерных переключающих каскадов. , , , .

§ 4.6. Особенности схемного построения логических элементов. . . 160

Туннельные диоды обладают усилительными свойствами и могут работать в схемах (на участке аба) как активные элементы. Они находят широкое применение в сверхбыстродействующих ЭВМ в качестве быстродействующих импульсных переключающих устройств (скорость переключения составляет доли наносекунды) и в генераторах высокочастотных колебаний. На туннельных диодах создают схемы мультивибраторов, триггеров, которые служат основой для построения логических схем, запоминающих устройств, регистров и т. д. Высокая скорость переключения объясняется тем, что туннельные диоды обычно работают на участке вольт-амперной характеристики с отрицательным дифференциальным сопротивлением, где механизм переноса зарядов связан с их туннельным смещением (через р-и-переход), скорость которого огромна. Туннельные диоды могут работать в широком диапазоне температур от 4 до 640 К, они просты по конструкции, малогабаритны. Туннельные диоды изготовляют на основе сильнолегированного германия или арсенида галлия, p-n-переход получают методом вплавления примесей.

3. Микроэлектроника и однородные структуры для построения логических и вычислительных устройств. М., «Наука», 1967. 227 с-Авт.: И. В. Прангишвили, Н. А. Абрамова, Е. В. Бабичева, В. В. Игна-тущенко.

Электронные ключи используются для построения логических элементов, осуществляющих различные операции в двоичной системе счисления. В двоичной системе используются только два значения (состояния): нуль и единица. Эти состояния могут передаваться через логические элементы в виде различных потенциальных уровней (потенциальные системы) или импульсов (импульсные системы).

В последние годы повышенное внимание привлекает идея построения логических ИМС с использованием оптронов. Так, на базе диодных оптронов уже разработаны интегральные оптоэлектрон-ные переключающие схемы, обладающие повышенной помехоустойчивостью, экономичностью и достаточно высоким быстродействием. Пример такой схемы показан на 11.18. Схема представляет собой логический ключ (инвертор-переключатель) с управлением по оптическому каналу. Транзисторная его часть соответствует базовой структуре ТТЛ, в которой многоэмиттерный транзистор заменен оптроном. Отличие этой схемы от обычных логических ИМС состоит в гальванической развязке входа, что упрощает связь между блоками, повышает устойчивость работы схемы, уменьшает уровень шумов в ней, так как последние подавляются оптическим каналом в оптроне.

Почему диоды и транзисторы могут использоваться для построения логических схем?

В качестве первого классификационного признака (типа) примем тип схемотехнического построения логической схемы, выполняющей элементарные логические функции И (ИЛИ) в сочетании с инверсией. В соответствии с традиционными типами логических схем функционально-интегрированные элементы подразделяются на элементы: НСТЛ, ДТЛ, ТТЛ, ЭСЛ.

В настоящее время для построения логической части УРЗ применяются различного вида транзисторные логические элементы. Кроме того, операция ИЛИ иногда реализуется посредством схем на

В основном меры по борьбе с помехами сводятся к снижению влияния уже указанных таких особенностей элементов бесконтактных УРЗ, как высокая чувствительность и большое быстродействие. Так, для построения логической части УРЗ применяются логические элементы с большим различием уровней логических сигналов. Замедление действия элементов достигается путем шунтирования их входов и выходов конденсаторами. Конденсаторы должны устанавливаться также между шинами цепей питания УРЗ по постоянному току. Это ограничит попадание в УРЗ внешних помех, а также снизит броски напряжения при резких колебаниях токов нагрузки.

13. Теоретические основы построения логической части релейной защиты и автоматики/В. Е. Поляков, С. В. Жуков, Г. М. Проскурин и др. М.: Энергия, 1979.

Для использования в логических устройствах наиболее пригодными оказались полевые транзисторы с индуцированным каналом. Ключевые каскады на таких транзисторах можно соединять непосредственно, подключая выход одного каскада к входу другого без каких-либо элементов связи, что позволяет существенно уменьшить число элементов логического устройства. Используя несколько полевых транзисторов, соединенных стоками и имеющих в цепи стоков общую нагрузку на основе 3.102 можно получить логический элемент ИЛИ — НЕ. Появление единичного включающего сигнала на затворе любого из полевых транзисторов вызовет включение этого транзистора и появление нулевого уровня напряжений на выходе. Можно сразу увидеть недостатки такого простейшего варианта построения логической схемы ИЛИ — НЕ на полевых транзисторах.

Измерение напряжения одиночных импульсов длительностью -более нескольких миллисекунд — задача нетрудная и решается путем использования вентильно-емкостных накопительных устройств с применением в качестве вентилей электромеханических ключей. Более сложной задачей является измерение напряжения одиночных импульсов в микросекундном и наносекундном диапазонах длительностей. В этих диапазонах длительностей используются электронные методы преобразования с применением вакуумных и полупроводниковых диодов. В области малых амплитуд и длительностей существенное значение приобретают нелинейные и инерционные свойства этих элементов, затрудняющие преобразование информации об амплитуде одиночного сигнала. Возможны два варианта построения логической схемы прибора: 1) на-

каких-либо элементов связи, что позволяет существенно уменьшить число элементов логического устройства. Используя несколько полевых транзисторов, соединенных- стоками и имеющих в цепи стоков общую нагрузку, можно получить логический элемент, выполняющий функцию ИЛИ — НЕ. Появление единичного включающего сигнала на затворе любого из полевых транзисторов вызовет включение этого транзистора и появление нулевого уровня напряжений на выходе. Можно сразу увидеть недостатки такого простейшего варианта построения логической схемы ИЛИ — НЕ на полевых транзисторах.

Ясно, что табл. 2.7 можно не строить, а выражения (2.3) получать непосредственно по табл. 2.6. Не останавливаясь здесь на вопросах минимизации КС автомата, непосредственно по выражениям (2.3) построим его логическую схему из элементов И, ИЛИ, НЕ ( 2.6). Эта процедура построения логической схемы автомата носит название канонического метода его структурного синтеза.

Простейшим способом построения логической схемы МПА является совместная реализация функций возбуждения и функций выходов, записанных в_ одних и тех же строках структурной таблицы. Так, конъюнкция Ti^Ts из первой строки табл. 2.10 может быть использована при построении функций у\, у3, .?>з, конъюнкция Т\ТгТгХ\хчх3 из четвертой строки — при построении j/4, ?>2> ?*з и т. д.

Использование дешифраторов и мультиплексоров в схеме автомата оправдывается экономическими соображениями, поскольку суммарное число элементов в этом случае не увеличивается, а стоимость стандартных логических элементов обычно ниже, чем настраиваемых матричных схем. Заметим, что при программировании последних часто появляются бракованные элементы, т. е. число реально использованных матричных БИС для построения логической схемы МПА часто превышает число элементов такой схемы. В силу этого довольно часто схему МПА целесообразно отроить не в однородном, а в комбинированном базисе, который объединяет различные матричные схемы и стандарт-

Предположим, что одноуровневая схема с произвольной структурой строится на основе ПЛМ (&, t, q) и ПЗУ (s-, f). Тогда число U ПЛМ (s, t, q) и Q ПЗУ (5', t'), необходимых для построения логической схемы МПА, реализующего заданную отмеченную ГСА Г с параметрами L, N, R, В, можно приближенно определить из следующих выражений (см. § 6.4, а также [31, 32]):