Mạch logic tổ hợp - Phần 5 pps

1.5 CÁC VI MẠCH TỔ HỢP VÀ LƯU Ý KHI SỬ DỤNG. 1.5.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CẦN BIẾT. 1.5.2 CÁC THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA IC SỐ. 1.5.3 CÁC HỌ IC SỐ. 1.5.4 GIAO TIẾP GIỮA CÁC HỌ IC SỐ. 1.5.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CẦN BIẾT • Tín hiệu tương tự và tín hiệu số - Tín hiệu tương tự là tín hiệu có biên độ biến thiên liên tục theo thời gian. - Tín hiệu số là tín hiệu có biên độ gián đoạn về thời gian và được lượng tử hóa về mức. Trong các mạch điện, t/h số thường là điện áp hay dòng điện có một trong hai mức "cao" hoặc "thấp" trong từng khoảng thời gian nhất định. • Mạch tương tự và mạch số - Các mạch điện tử tạo hoặc xử lý tín hiệu tương tự được gọi là mạch tương tự. - Các mạch điện tử tạo hoặc xử lý tín hiệu số được gọi là mạch số. Các mạch số có thể được sản xuất với độ tích hợp ngày càng cao. Tùy theo số cổng logic trong một vi mạch, người ta phân loại vi mạch số như sau: + SSI-Small Scale Integrated, số cổng < 10; + MSI-Medium Scale Integrated 10 < số cổng < 100; + LSI-Large Scale Integrated 100 < số cổng < 1000; + VLSI-Very Large Scale Integrated 1000 < số cổng < 10.000; + ULSI-Ultra Large Scale Integrated số cổng > 10.000. • Biểu diễn các trạng thái Logic 1 và 0 Các mạch số có thể được qui ước logic dương hoặc logic âm. Trong các mạch với logic dương, điện thế cao biểu diễn logic 1, điện thế thấp biểu diễn logic 0. Trong các mạch với logic âm thì ngược lại. Ví dụ, các mạch logic họ TTL, mức điện thế từ 2,4 đến 5 V là mức logic 1, mức điện thế từ 0 đến 0,4 V là mức logic 0. Khoảng nằm giữa 0,4 đến 2,4 V là khoảng không xác định. 1.5.2 CÁC THÔNG SỐ KT CỦA IC SỐ • Các đại lượng điện đặc trưng • Công suất tiêu tán (Power requirement) • Khả năng chịu tải (Fan-Out) • Thời trễ truyền (Propagation delays) • Tích số công suất-vận tốc (speed- power product) • Tính miễn nhiễu (noise immunity) • Logic cấp dòng và logic nhận dòng • Các đại lượng điện đặc trưng. - V CC : Điện thế nguồn (power supply).Thí dụ, với IC số họ TTL, V CC =5±0,5 V , họ CMOS V DD =3-15V (Người ta thường dùng ký hiệu V DD và V SS để chỉ nguồn và mass của IC họ MOS) – - V IH (min): Điện thế đầu vào mức cao (High level input voltage) nhỏ nhất. - V IL (max): Điện thế đầu vào mức thấp (Low level input voltage) lớn nhất. - V OH (min): Điện thế đầu ra mức cao (High level output voltage) nhỏ nhất. - V OL (max): Điện thế đầu ra mức thấp (Low level output voltage) lớn nhất. - I IH : Dòng điện đầu vào mức cao (High level input current). - I IL : Dòng điện đầu vào mức thấp (Low level input current). - I OH : Dòng điện đầu ra mức cao (High level output current). - I OL : Dòng điện đầu ra mức thấp (Low level output current). - I CCH ,I CCL : Dòng điện tiêu thụ (chạy qua) của IC khi đầu ra lần lượt ở mức cao và thấp. • Công suất tiêu tán (Power requirement). Mỗi IC tiêu thụ một công suất từ nguồn V CC (hay V DD ). Công suất tiêu tán này xác định bởi điện thế nguồn và dòng điện tiêu thụ của IC. Do dòng tiêu thụ thay đổi giữa hai trạng thái cao và thấp nên công suất tiêu tán sẽ được tính từ dòng trung bình và là công suất tiêu tán trung bình: P(avg)=I CC (avg).V CC . Trong đó: I CC (avg)=(I CCH +I CCL ):2. Các cổng logic họ TTL có công suất tiêu tán ở hàng mW, còn họ MOS thì chỉ ở hàng W. • Khả năng chịu tải (Fan-Out). Khả năng này chỉ ra số đầu vào lớn nhất có thể nối với một đầu ra của mạch logic cùng loại, nói lên khả năng chịu tải của một mạch logic. Fan-Out H = I OH / I IH (UL-Unit Load); Fan-Out L = I OL / I IL (UL); Khi sử dụng các vi mạch số, người ta dùng giá trị nhỏ nhất trong hai giá trị trên. [...]... i logic c p dòng và logic nh n dòng Khi u ra m ch logic 1 m c cao, nó c p dòng IIH cho u vào c a m ch logic 2, vai trò như m t t i n i mass nh n dòng Khi u ra m ch logic 1 m c th p, nó nh n dòng IIL t u vào c a m ch logic 2 xem như n i v i ngu n VCC 1 .5. 3 CÁC H IC S - Công ngh ch t o m ch s có các h : RTL (Resistor-transistor logic) , DCTL (Direct couple-transistor logic) , RCTL (ResistorCapacitor-transistor... transistor MOS: - Khi d n, n i tr nh (vài ch c n trăm k ) - Khi ngưng, n i tr r t l n (hàng 1010 ), tương ương v i m t khóa h • C ng cơ b n NMOS • C ng cơ b n CMOS • Các c ng CMOS khác - C ng CMOS v i c c máng (drain) h ; - C ng CMOS v i u ra 3 tr ng thái; - Khóa-m t/h 2 chi u • c tính c a h MOS - Ngu n: VDD = 3 - 15V - M c logic: VOL(max) = 0V VOH(min) = VDD VIL(max) = 30%VDD VIH(min) = 70%VDD - L nhi u:... truy n Thí d h IC có th i tr truy n là 10 ns và công su t tiêu tán trung bình là 50 mW thì tích s công su tv n t c là: 10 ns x 5 mW =10.1 0-9 x 5. 1 0-3 = 50 x1 0-1 2 watt-sec = 50 picojoules (pj) M t IC có ch t lư ng càng t t khi tích s công su t-v n t c càng nh • Tính mi n nhi u (noise immunity) Tính mi n nhi u c a m t m ch logic là kh năng ch ng nhi u c a m ch và ư c xác nh b i l nhi u L nhi u là s chênh... (Resistor-transistor logic) , DCTL (Direct couple-transistor logic) , RCTL (ResistorCapacitor-transistor logic) , DTL (Diodtransistor logic) , ECL (Emitter- couple logic) v.v - Hi n nay t n t i hai h có nhi u tính năng k thu t cao như th i tr truy n nh , tiêu hao công su t ít là: TTL (transistor-transistor logic) và h MOS (metal-oxyde-semiconductor) H TTL • C ng cơ b n h TTL • Các ki u m ch ra • c tính các lo t TTL •... cao - M ch ra ba tr ng thái: Xét c ng o có u ra 3 tr ng thái, trong ó T4 & T5 ư c m c Darlington c p dòng ra l n cho t i Diod D i u khi n: khi C=1, diod D ngưng d n, m ch ho t ng như m t c ng o; khi C=0, diod D d n, c c góp T2 b ghim áp m c th p nên T3, T4 & T5 u ng t, u ra m ch tr ng thái tr kháng cao • c tính các lo t TTL - Ký hi u chung: 74XXXX và 54 XXXX 74: VCC =5 ± 0 ,5 V, nhi t 0o C n 70o C 54 :... m c th p nên T3, T4 & T5 u ng t, u ra m ch tr ng thái tr kháng cao • c tính các lo t TTL - Ký hi u chung: 74XXXX và 54 XXXX 74: VCC =5 ± 0 ,5 V, nhi t 0o C n 70o C 54 : VCC =5 ± 0, 25 V, nhi t -5 5o C n 125o C - Các ký hi u riêng: sau 74 (54 ) không có ch gì là IC chu n, L: Low power, H: High speed, S: Schottky, LS: Low power Schottky, AS: Advance Schottky, 74ALS (Advance Low power Schottky), 74F (Fast) H... nhi u: - L nhi u m c cao: VNH = VOH(min) - VIH(min) - L nhi u m c th p: VNL = VIL(max) - VOL(max) Khi u vào có m c cao, n u t/h nhi u có giá tr âm và biên >VNH s làm cho i n th u vào rơi vào vùng b t nh và m ch không nh n ra ư c t/h vào thu c m c logic nào Khi u vào m c th p, tín hi u nhi u có tr dương và biên >VNL s ưa m ch vào tr ng thái b t nh • Logic c p dòng và logic nh n dòng M t m ch logic. .. VNL = 30%VDD - Th i tr truy n: vài ch c ns - Công su t tiêu tán: hàng nW - Fan Out: 50 UL - M t tích h p cao, thích h p cho LSI, VLSI • Các lo t CMOS CMOS có hai ký hi u: 4XXX do h ng RCA ch t o và 14XXX c a h ng MOTOROLA, có hai lo t 4XXXA (14XXXA) và 4XXXB (14XXXB), lo t B ra i sau có c i thi n dòng ra Ngoài ra còn có các lo t : - 74CXXX: có sơ chân, ch c năng và các thông s như TTL - 74HC (High... v i tín hi u u vào c a m t m ch logic Có hai lo i th i tr truy n: th i tr truy n t th p lên cao tPLH và th i tr truy n t cao xu ng th p tPHL Tùy theo h IC, th i tr truy n thay i t vài ns n vài trăm ns Th i tr truy n càng l n thì t c làm vi c c a IC càng nh • Tích s công su t-v n t c (speed- power product) ánh giá ch t lư ng IC, ngư i ta dùng i lư ng tích s công su t-v n t c ó là tích s công su t tiêu... i n th tín hi u ra t ng c p phù h p v i tín hi u vào c a t ng t i và dòng i n t ng c p ph i l n hơn ho c b ng dòng vào c a t ng t i B ng kê các thông s c a 2 h IC: CMOS (VDD = 5V) TTL • TTL t i CMOS - TTL t i CMOS dùng VDD = 5V T b ng, dòng i n vào c a CMOS có tr r t nh so v i dòng ra c a TTL, v y v dòng i n không có v n i n th ra c a TTL VOH(max) th p so v i VIH(min) c a CMOS, như v y ph i nâng i . trung bình là 50 mW thì tích số công suất- vận tốc là: 10 ns x 5 mW =10.10 -9 x 5. 10 -3 = 50 x10 -1 2 watt-sec = 50 picojoules (pj). Một IC có chất lượng càng tốt khi tích số công suất-vận tốc càng. 1 .5. 3 CÁC HỌ IC SỐ - Công nghệ chế tạo mạch số có các họ: RTL (Resistor-transistor logic) , DCTL (Direct couple-transistor logic) , RCTL (Resistor- Capacitor-transistor logic) , DTL (Diod- transistor. thái Logic 1 và 0 Các mạch số có thể được qui ước logic dương hoặc logic âm. Trong các mạch với logic dương, điện thế cao biểu diễn logic 1, điện thế thấp biểu diễn logic 0. Trong các mạch