9.03. Сопряжение логических семейств

Поскольку существуют ситуации, когда вам приходится смешивать различные типы логических семейств, важно знать, каким образом можно обеспечить «общение» различных семейств друг с другом. Например, многие представляющие интерес кристаллы БИС созданы на основе -МОП-технологии с ТТЛ-совместимыми выходными уровнями (ВЫСОКИЙ - около ), но их нельзя сразу же подключать к . Другой пример, вам захотелось использовать превосходную серию счетчиков в существующей схеме, построенной на . Или вам понадобилась -вольтовая логика по периферии -вольтовой КМОП-системы для того, чтобы обеспечить соединение с внешними ТТЛ-совместимыми сигналами, или для питания кабелей.

Рис. 9.4. Выходная характеристика логического вентиля.

Воспрепятствовать сочетанию какой-либо логической пары кристаллов могут только 3 вещи: а) несовместимость входных логических уровней; б) возможности выходного формирователя и в) напряжение питания. Чтобы не утомлять вас страницами объяснений, что работает а что - нет, мы свели проблему сопряжения к табл. 9.2. Предпримем по ней краткое путешествие.

ТТЛ использует напряжение питания и обычно выдает высокий уровень всего около ; она обладает хорошим низким уровнем - почти до земли. Таким образом, ее можно подключить к логике с низким значением порога, т. е. к ТТЛ, НСТ, ACT и -МОП (в которых заранее закладывается совместимость). Для того чтобы управлять НС, АС и , работающие при 5 В, вам понадобится полный перецад до . Это вы можете сделать с помощью резисторной подвески к или вставляя буфер НСТ (напомним, что НСТ и ACT имеют выходы с полным перепадом).

Таблица 9.2. Сопряжение логических семейств

Если вы используете подвеску, учтите, что значение резистора определяется компромиссом - чем меньше, тем быстрее, но при большей мощности. Обычно выбирают 4,7 КОм. Резистор подвески подтягивает высокий выходной уровень ТТЛ к , хотя последняя часть волны подъема (во время которой резистор и делает всю работу) довольно медленная. Для того чтобы управлять высоковольтной КМОП-логикой, используйте преобразователь уровней типа 40109, 14504 или они очень медленные, ну и пусть, ведь вы же все равно пытаетесь управлять медленной КМОП-логикой. n-МОП-выходы похожи на ТТЛ, но в общем случае обладают меньшей нагрузочной способностью. Можете использовать, таким образом, те же средства сопряжения.

Выходы всех КМОП-семейств обладают перепадом, равным напряжению питания. Это означает, что вы можете непосредственно подключать -вольто-вую КМОП-логику к ТТЛ, -МОП- и -вольтовой КМОП-логике. Учтите, однако, что КМОП старого типа имеют слабый выход при работе от 5 В (ток отвода ) и полностью теряют свою способность управлять ТТЛ. Для этих семейств используйте транслятор уровней для управления высоковольтной КМОП-логикой.

Превосходным решением задачи сопряжения КМОП-ТТЛ/n-МОП является использование КМОП при уменьшенном напряжении питания; по стандарту JEDEC Standard № 8 напряжение питания составляет , при этом входной порог располагается вблизи обычного ТТЛ-порога 1,4 В. Таким образом, ТТЛ может непосредственно управлять НС/АС при питании 3,3 В и наоборот. В качестве дополнительного вознаграждения работа при 3,3 В снижает динамическую мощность потребления (см. разд. 8.10, 14.16 и рис. 8.18 и рис. 14.38) на 55% относительно мощности при 5 В при увеличении задержек распространения почти на 40%. Учтите, однако, что вы не можете подключать (и в том и в другом направлении) -вольтовую КМОП к другим КМОП, работающим при 5 В.

Упражнение 9.1. Объясните, почему последнее утверждение истинно.

Наконец, высоковольтная КМОП-логика может управлять -вольтовой логикой, если для формирования -вольтового выходного перепада вы поставите преобразователь уровней или 4049/4050). Можно управлять LS ТТЛ-элементами непосредственно от высоковольтной КМОП-логики, поскольку там нет диодов, защищающих входы, и входное напряжение пробоя обычно превышает 10 В; однако в соответствии с техническими условиями на LS (абсолютное максимальное входное напряжение 7 В) необходимо использовать преобразователь уровней.

Предостережение. Хотя статические логические уровни могут не вызывать беспокойства, иногда возникает занимательная динамическая несовместимость, если вы пытаетесь управлять фронтовыми входами (например, входы синхронизации счетчиков) НС или АС от выходов более медленной логики типа или . На рис. 9.5 изображены многократные переходы, которые вы могли часто наблюдать; иногда кристалл НС совсем отказывается считать до тех пор, пока вы не прикоснетесь щупом осциллографа (или небольшой )! По-видимому, виновником этого является комбинация большого времени перехода и относительно высокого выходного импеданса медленной КМОП.

Рис. 9.5. Быструю фронтовую логику нельзя запускать медленными сигналами (например, от узлов с медленной логикой).

На рис. 9.6 приведены несколько сочетаний семейств, с которыми вам, вероятно, доводилось встречаться.