Státnice z elektroniky

<< předchozí     následující >>

Kapitola 9
Logické integrované obvody

Číslicový obvod má pracovat se signálem diskrétním, který má konečný počet přípustných hodnot. Počet hodnot diskrétního signálu je zpravidla velmi malý, nejčastěji dvě.

Logické obvody se dělí na kombinační a sekvenční. U kombinačního obvodu je výstup funkcí pouze vstupů, kdežto u sekvenčního je výstup kombinací jak vstupů, tak i předchozích stavů (paměť). Podle jiného kritéria můžeme logické obvody rozdělit na synchronní (hodinový signál) a asynchronní.

9.1  Základní typy

9.1.1  Bipolární technologie

DTL – diod-transistor logic

Log. 1 odpovídá napětí +12 V, log. 0 0 V. Díky relativně velkému napětí je odolné vůči rušení. Obvody mají velkou spotřebu. Dodnes v těžkých provozech.

TTL – transistor-transistor logic

Charakteristické je užívání víceemitorových tranzistorů. Obvod nejde použít v kaskádě bez oddělení (obvody se navzájem ovlivňují) => s otevřeným kolektorem. 10 až 30 ns, 1 až 10 mW. Lze zrychlit přidáním Schottkyho diody (vede při 0,4 až 0,5 V) – zabraňuje přesycení => technologie STTL . Další technologie založené na TTL jsou AS TTL – advantage schotky, LS TTL – low schotky – snížená spotřeba, ALS TTL , LV – low voltage technology – snížené napájení.
vstup výstup
log. 0 0 až 0,8 V 0 až 0,4 V
log. 1 2,0 V až Ucc 2,0 V až Ucc

ECL – emitor cuppled logic

Logický zisk až 15 (lze připojit 15 vstupů na jeden výstup), až 1,5 GHz, 30 mW na hradlo.
vstup výstup
log. 0 < 3,6 V < 4,2 V
log. 1 > 4,7 V 5 V

MTL – merged transistor logic

Někdy se jí říká injekční logika.

9.1.2  Unipolární technologie

Příkon na vstupu teoreticky nula, prakticky vybíjení nebo nabíjení kapacit. Velmi vysoký vstupní odpor 1010 až 1015 Ω – uplatňuje se pouze kapacita tranzistoru. Uplatňují se pouze majoritní nosiče náboje. Prvek MOS lze vytvořit na ploše 6 až 10× menší než bipolární tranzistor. Menší napěťový zisk než bipolární tranzistor => větší ovládací napětí.

9.1.3  NMOS technologie

Kanál typu N (na schematické značce tranzistoru šipka ven). Vede při UGS > 0, prahové napětí UT = +2 V. Výhoda, že lze celý logický obvod udělat jedním prvkem (tranzistory s trvale propojeným C a G funguje jako odpor). Funguje v rozmezí napájecího napětí Ucc od 3 do 18 V.

PMOS technologie

Vede při UGS < 0, prahové napětí UT = −2 V.

CMOS technologie

Jedná se o kombinaci N a P kanálu. Funguje v rozmezí napájecího napětí Ucc od 3 do 18 V. Výhody: malá spotřeba, levá výroba, velká hustota prvků na čipu, necitlivost na napájecí napětí, logický zisk až 50 – uplatňuje se zvětšování kapacity => snížení rychlosti, zpoždění desítky ns, závisí na Ucc i na teplotě.

MNOS technologie

M znamená metal a N nitrid – vysoká permitivita – sníží se prahové napětí, větší rychlost.

9.2  Kombinační obvody

9.3  Sekvenční obvody

9.3.1  Klopné obvody

9.3.2  Posuvné registry