    
Раздел: Документация
0 ... 65 66 67 68 69 70 71 ... 119 Таблица 5.30. Основные характеристики усовершенствованных ИС
Эти новые серии ИС в настоящее время выпускаются за рубежом одним-двумя поставщиками, а в их состав входят главным образом ИС шинных интерфейсов с разной разрядностью слова (9, 10, 16, 18 и 32 бит), и в них предусмотрены специальные средства повышения тестируемости и встроенные последовательные регистры. Кроме того, эти ИС обычно собираются в корпуса для монтажа на поверхность с шагом контактов 0,635 мм, что вдвое уменьшает место, занимаемое ими на схемных платах. Функциональные свойства и конструктивное оформление новых ИС в сочетании с дополнительным набором их технических характеристик открывают перед разработчиками современной аппаратуры невиданные ранее возможности при проектировании систем. ИС серий ACQ/ACTQ представляют собой "чистые" модернизированные КМОП ИС. В них снижены все виды помех и при этом сохранены вполне приемлемое быстродействие и свойственное КМОП ИС сверх.малое энергопотребление. Кроме того, ИС серий ACQ jACTQ имеют симметричные выходные токи ±24 мА в статическом и ±75 мА в динамическом режиме, что позволяет им работать на низкоимпедансные линии передачи. Как и ИС серий АС/ACT, ИС серий ACQ/ACTQ выпускаются с входными К МОП-уровнями (ACQ) и с уровнями входных сигналов, совместимых с ТТЛ ИС (ACTQ). Для ИС серии ACQ обеспечивается более высокая помехоустойчивость (по логическому 0), при пороге переключения, равном Vcc/2, их задержки на 1 - 2 не меньше, чем у ИС серии ACTQ, а все их динамические и статические параметры сохраняются при напряжении питания 3,3 В. Серии FCTx и FCTxT появились в результате дальнейшего развития исходного семейства FCT. ИС этих серий совместимы по входным уровням с ТТЛ ИС, но ИС серии FCTx имеют вы- йодные КМОП-перепады, тогда как у ИС серии FCTxT выход-щые перепады для уменьшения помех снижены до уровня ТТЛ ЙС. В некоторых случаях такое уменьшение перепадов вдвое унижает уровень помех по сравнению с помехами в ИС серии IFCT. Выходной ток Iol У ИС этих серий равен 64 мА, что позволяет им работать на оконечные согласующие нагрузки для Биполярных ИС. I Серия FASTr в настоящее время является самым быстродействующим 5-В семейством ИС (не считая ЭСЛ ИС) - задержки в ИС этой серии составляют 3,9 не, а их энергопотре-5ление снижено до 40% по сравнению с ИС серии FAST. Высокое быстродействие ИС серии ВСТ обеспечивают ТТЛ-схемы, а для реализации Z-состояния выходных каскадов ис-иользуются КМОП-транзисторы. Энергопотребление этих ИС в статическом режиме выше, чем у усовершенствованных КМОП ИС, а по быстродействию они несколько уступают схемам серии ASTr. В ИС серии ВСТ удачно сочетаются показатели энер-1х)ПОтребления в динамическом режиме, чрезвычайно низкого уровня помех и большого выходного тока (Iql - 64 мА), т.е. В них обеспечено отличное сочетание всех четырех критериев выбора ИС, с которыми приходится иметь дело разработчикам систем. Анализ энергопотребления. Для ИС всех ТТЛ-серий и серии ВСТ мощность потребления в основном определяется статической составляющей, а ее динамическая составляющая пренебрежимо мала. Преимущество ИС серии ВСТ перед ИС серии FASTr - это намного меньшее энергопотребление в Z-состоянии (leez = 9 мА для серии ВСТ и 50 мА для серии FASTr). Для ИС КМОП-серий ток питания складывается из пренебрежимо малой статической составляющей, динамической составляющей и из так называемой составляющей 1сст - дополнительного тока, связанного с энергопотреблением КМОП ПС при работе с входными ТТЛ-уровнями. Динамическая составляющая определяется мощностью, рассеиваемой КМОП ИС при заряде и разряде собственных и нагрузочных емкостей. Эта мощность увеличивается с ростом частоты переключения. Частота, при которой отмечается равенство токов питания для ИС серии F ASTr и ACMOS ИС из табл. 5.30 в реальных системах при постоянном переключении ИС, несколько больше 20 МГц. При более высокой частоте ИС серий ВСТ и FASTr имеют меньшую динамическую мощность потребления и их следует предпочесть КМОП ИС, если речь идет о системах с режимом постоянного переключения. Если же с высокой частотой переключается ограниченное число ИС, то следует предпочесть ИС семейства ACMOS, имеющих малую статическую мощность потребления. Например, в микропроцессорных системах в любой момент времени в активном состоянии находятся только два приемопередатчика, остальные - в Z-состоянии, поэтому для уменьшения суммарной мощности потребления их следует выполнять на ИС семейства ACMOS даже при работе на частоте выше 20 МГц. Анализ быстродействия. В микропроцессорных системах на долю интерфейсных ИС отводится примерно 25% общего времени переключения (правило 25%). Чтобы сохранить это соотношение в системах на базе быстродействующих /i/SC-процессоров, в которых команды выполняются за один такт, и микропроцессоров семейства 486, нужно использовать серии FASTr, ВСТ и FCTA (табл. 5.31). Для систем на базе микропроцессоров серий 286 и 386 отлично подходят серии ACQ и ACTQ. Таблица 5.31. Роль быстродействия логических ИС
Следует иметь в виду, что при одновременном переключении нескольких выходов ИС токи через земляные шины возрастают, увеличивая задержки срабатывания (типовая поправка для каждого дополнительного переключающегося выхода составляет 250 пс). Так. для ИС 74Г244 паспортное значение задержки при переключении одного выхода равно 3, 9 нс, а при переключении всех выходов - 5,0 нс. Анализ нагрузки. По токовой нагрузочной способности возможные приложения можно разделить на два типа: статическая нагрузка и управление линиями передачи. Преимущество по статической нагрузочной способности имеют серии ИС с большим выходным током Iol = 64 мА (FCTx, FASTr и ВСТ). При работе на линии связи важное значение имеет симметричность выходов (равенство выходных токов), поэтому в этом случае предпочтение следуетотдать ИС серий ACQ и ACTQ (табл. 5.30). Анализ помех. Все помехи можно разделить на две группы: помехи, возникающие в самой ИС, и помехи, генерируемые системой. Помехи, связанные с ИС, обычно сводятся к броскам напряжения на земляных шинах. Они являются следствием переключательных переходных токов, протекающих по индуктивностям выводов земли и питания. Броски по земляным шинам приводят к появлению положительного выброса напряжения на земляной шине. Эти броски не представляют проблем для синхронных линий данных, поскольку они возникают в той части тактового цикла, в которой данные считаются недействительными. Но если их амплитуда велика, то броски напряжения вызывают проблемы при их наложении на асинхронные сигналы (сигналы сброса, загрузки, разрешения записи и другие сигналы управления). Для ИС всех серий из табл. 5.30, кроме серии FCTA, броски лежат в пределах от 0,8 до 1,0 В (в реальных системах не Превышают уровня V/l = 0,8 В). В ИС серии FCTA броски могут Превышать уровень Vjl = 0,8 В, поэтому их не рекомендуется применять для формирования асинхронных сигналов, когда возможны 1ереключения одних выходных каскадов при статических состояниях других выходов. W Помехи, создаваемые системой, всегда можно снизить до приемлемого уровня с помощью надлежащих методов проектирования независимо от используемой серии ИС (для более быстродействующих ИС Ц-ребуются более серьезные меры предосторожности). В линии передачи ИС всех серий могут вызвать одинаковый уровень колебаний, щ для любой ИС можно осуществить оконечное согласование линий, рем выше быстродействие ИС, тем короче проводник, требующий со-яасования. Проводник ведет себя как линия передачи, и в нем возникают колебания, если задержка при прохождении сигнала по проводнику Превышает одну треть времени нарастания trise или спада tjau сигнала (фронта сигнала). В табл. 5.32 приседены длительности фронтов Сигналов для разных серий ИС и длины печатных проводников, при превышении которых требуется оконечное согласование. Таблица 5.32. Сравнение времени переключения
При наличии связи между токами разных сигнальных линий возникают перекрестные помехи. Амплитуда емкостной перекрестной помехи пропорциональна скорости нарастания фронта сигнала и емкости связи между печатными проводниками. Для уменьшения емкости ЙРвязи применяются конструктивные меры: увеличение промежутков Между печатными проводниками; экранирование чувствительных сигнальных линий проводниками земли и питания; прокладка проводни-ров в соседних слоях многослойных печатных плат в перпендикулярных направлениях; экранирование слоев с печатными проводниками йДоями земли и питания; использование коаксиальных, дифференциальных и витых пар проводов. Системные радиопомехи относятся к самым сложным видам по-Йех. Их необходимо учитывать на всех уровнях проектирования - от JU>i6opa серии ИС до топологического проектирования печатных плат конструирования системных экранов. Электромагнитное излучение выходит на первое место среди источников помех во многих электронных системах. Чем больше высокочастотной энергии содержится в спектре сигнала (чем больше крутизна фронтов сигнала), тем выше уровень радиопомех. По уровню радиопомех ИС серии ВСТ имеют худшие показатели по сравнению с ИС серий ACQ/ACTQ, что объясняется наличием у последних специальных выходных каскадов. Методика выбора серий ИС. Для выбора серий ИС, приведенных в табл. 5.30, можно воспользоваться блок-схемой, приведенной на рис. 5.140. Выбор начинается с принятия решения, какой из параметров - быстродействие, энергопотребление или уровень помех - имеет наибольшее значение для проектируемого устройства. Затем следует определить, какой из параметров находится на втором по значимости месте и какой - на третьем. В каждой из точек принятия решения блок-схема "спрашивает", насколько жесткие требования предъявляются к данному параметру.  Рис. 5.140 Если выбирается ветвь с менее жесткими требованиями, то оставшийся параметр оптимизируется автоматически. Если же движение идет по направлению с более жесткими требованиями, то необходимо произвести следующий выбор параметров. К сожалению, все параметры нельзя оптимизировать одновременно и чем дальше идет процесс оптимизации, тем выше вероятность, что придется пойти на компромисс в отношении главного параметра. В данном параграфе был использован материал статьи Уильяма Холла "Как правильно выбрать подходящее семейство логических И С" (Электроника, № 3 - 4, 1992). Глава б Коммутаторы и арифметические устройства б.1. Дешифраторы Полным дешифратором с прямыми выходами (рис. 6.1,а; DC - Decoder) называется комбинационная схема (КС), имеющая п входов и реализующая 2" минтерма п F, = Л» = П ху,(6.1) p=i где v - (х„,..., х\), i = еп...е\ - двоичное число, a i = 0,1,..., 2п - 1 - десятичное число. Такие дешифраторы называются также дешифраторами пх2". В соответствии со свойствами минтермов (1.67) при каждой комбинации значений входных сигналов хр только один выход F, принимает значение, равное 1, т.е. только один выход имеет высокий активный уровень. Поэтому дешифраторы широко используются в коммутаторах электронных устройств, обеспечивая включение в каждый момент времени только одного устройства. На рис. 6.1,6показан дешифратор 1x2, выполняющий функции Fo = х\ и F\ = х\, а на рис. 6.1,в - дешифратор 2x4, реализующий четыре минтерма двух переменных х2 и х\. Если в этой схеме ЛЭ И заменить на ЛЭ И-НЕ, то получится дешифратор 2 х 4 с инверсными выходами, реализующий четыре Макстерма Af;(x2,xj) = A,(x2,Xi) двух переменных х2 и Xj и выдающий низкий активный уровень сигнала только на одном выходе. Неполным дешифратором называется КС, имеющая п входов, но реализующая N < 2п минтермов п переменных. Такие дешифраторы называются дешифраторами nxN. В виде ИС вы- 0 ... 65 66 67 68 69 70 71 ... 119 |
