Microprocesoare în telecomunicații

3. Familii de elemente logice. Schemotehnica elementelor logice.

§1. Schemotehnica elementelor logice. Tehnologii de

producere a circuitelor integrate

Elementele logice şi alte DN se produc în formă de microcircuite integrate realizate după anumite tehnologii:

1. RTL – logica pe baza tranzistoarelor şi rezistoarelor.

Neajunsuri:

• nivelul mic de integrare;

• puterea consumată mare;

• rezistenţa de intrare mică;

• necesitatea câtorva surse de alimentare.

2. DTL – logica pe bază de diode şi tranzistoare.

Avantaje:

• s-a redus consumul de energie;

• s-a mărit nivelul de integrare.

Neajunsuri:

• necesitatea utilizării a 2 surse de alimentare.

3. TTL – logica pe bază de tranzistoare bipolare.

Au un consum de energie de zeci-sute de mW, frecvenţa maximă de lucru de 1 – 10 MHz, tensiunea de alimentare +5V.

Avantaje:

• micşorarea puterii consumate;

• mărirea vitezei de lucru;

• mărirea nivelului de integrare.

4. TTLŞ – logica pe baza diodelor Shottky.

Avantaje:

• puterea consumată a fost redusă până la 10 – 50 mW;

• frecvenţa maximă de lucru 10 – 50 MHz.

5. CMOS – sunt realizate pe baza tranzistoarelor MOS complementare.

Avantaje:

• puterea consumată de ordinul 1W;

• frecvenţa maximă de lucru de 1 – 10 MHz;

• tensiunea de alimentare de +5V – +12V.

6. ECL – logica cuplare prin emitor.

Avantaje:

• puterea consumată de ordinul 100 mW;

• frecvenţa maximă de lucru circa 500 MHz.

Neajunsuri:

• nivelele logice nu sunt compatibile cu logica tip TTL. Din această cauză logica ECL nu a primit o răspândire mare.

7. I2L – logica integrată injecţională.

Utilizând acest tip de tehnologie nivelul de integrare s-a mărit (până la 5 mln de tranzistoare pe cristal).

§2. Logica de tip TTL

Circuitele integrate TTL sunt realizate pe bază de tranzistoare bipolare. Elementul de bază în acest tip de logică este elementul ŞI-NU. Circuitul unui element logic ŞI-NU este prezentat în fig.85.

Circuitul elementului logic ŞI – NU:

Fig. 85. Circuitul elementului logic ŞI-NU în baza logicii de tip TTL

Principiul funcţionării:

VT1 – logica de intrare;

VT2, VT3, VT4 – formează etajul de ieşire.

VT1 – este format din două tranzistoare unite în paralel. Numărul intrărilor este egal cu numărul emitoarelor tranzistorului VT1.

Fie că X1 = X2 = 1. Joncţiunea p – n a emitorului VT1 va fi închisă. Curentul I1 deschide tranzistorul VT2. Prin circuitul lui de ieşire circulă un curent care formează o cădere de tensiune pe rezistenţele R2 şi R3. Deoarece VT2 este deschis tensiunea ce cade pe el este nulă. Tensiunea sursei de alimentare se divizează pe R2 şi R3. Căderea de tensiune pe R3 deschide tranzistorul VT4. Curentul de ieşire circulă prin VT3 şi VT4. Căderea de tensiune maximă este prezentă pe VT3 deoarece acesta se află în stare închisă. O parte din tensiune cade pe dioda VD, iar pe tranzistorul VT4 tensiunea practic este nulă. În acest caz potenţialul la ieşire va fi nul (y = 0).

Fie că X1 = 0 sau X2 = 0 sau X1 = X2 = 0. În acest caz una sau ambele intrări sunt unite cu punctul nul al sursei de alimentare şi unul sau ambele emitoare ale tranzistorului VT1 se vor deschide. Curentul va circula pe unde rezistenţa este mai mică. Tranzistorul VT2 se închide şi atunci RCEVT2 R2,R3. Acest curent creează tensiunea cea mai mare ce cade pe joncţiunea CE a tranzistorului VT2 şi VT4 se închide. RCE creşte brusc. Căderea de tensiune pe VT2 este depusă la intrarea tranzistorului VT3 şi-l va deschide. Ca rezultat VT3 se deschide şi rezistenţa de ieşire va fi mică. În acest caz y = 1. Dioda serveşte pentru închiderea garantată a tranzistorului VT3, atunci când VT2 este deschis.

Pe baza elementului analizat pot fi realizate alte tipuri de elemente logice. De exemplu, pentru a obţine elementul NU (invertor), tranzistorul VT1 trebuie să aibă un singur emitor.

Circuitul elementului logic SAU– NU este reprezentat în fig.86.