20 Кмоп логика

КМОП (К-МОП комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник)— технология построения электронных схем. КМОП-логика (комплементарная МОП-логика) — каждый логический элемент микросхемы состоит из пары взаимодополняющих (комплементарных) полевых транзисторов (n-МОП и p-МОП). В технологии КМОП используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости. Отличительной особенностью схем КМОП является очень малое энергопотребление в статическом режиме (в большинстве случаев можно считать, что энергия потребляется только во время переключения состояний). Отличительной особенностью структуры КМОП по сравнению с другими МОП-структурами (N-МОП, P-МОП) является наличие как n-, так и p-канальных полевых транзисторов; как следствие, КМОП-схемы обладают более высоким быстродействием и меньшим энергопотреблением, однако при этом характеризуются более сложным технологическим процессом изготовления и меньшей плотностью упаковки.

Подавляющее большинство современных логических микросхем, в том числе, процессоров, используют схемотехнику КМОП.

КМОП логические элементы на комплементарных ключах

а — элемент ИЛИ-НЕ; б — элемент И-НЕ

Основное достоинство КМОП-ключей состоит в том, что изменение выходного напряжения не связано с изменением тока: он остается близким к нулю. Это преимущество — ничтожную потребляемую мощность — сохраняют и КМОП логические элементы.

Закономерность структуры КМОП логических элементов: параллельное соединение одного типа транзисторов сопровождается последовательным соединением транзисторов другого типа. Выполняемая

логическая функция определяется включением транзисторов «нижнего этажа». В рассматриваемых схеме — это n-канальные транзисторы. Если изменить полярность питающего напряжения, то в «нижнем этаже» окажутся транзисторы с p-каналом.

21 БиКмоп логика

БиКМОП — логика, включающая как биполярные, так и КМОП структуры. С появлением БиКМОП технологии стало возможным достигнуть значения выходного тока –32/ 64 мА.

Рассмотрим работу БиКМОП-логики на примере простого инвертора, элемента НЕ. В статическом состоянии этот элемент работает как обычным КМОП-инвертор (Т1, Т2), у которого последовательно с каналом каждого из транзисторов включены резисторы R1, R2, сопротивления которых сравнимы с сопротивлениями каналов соответствующих транзисторов в открытом состоянии. Статические токи в КМОП-инверторе отсутствуют, напряжения на резисторах R1 и R2 равны нулю и биполярные транзисторы Т3 и Т4, эмиттерные переходы которых подсоеденины к этим резисторам, закрыты, т.е. биполярные транзисторы в статическом состоянии не влияют на характеристики БиКМОП-вентиля.

• Пусть в исходном состоянии на входе инвертора низкий логический уровень; это соответствует открытому состоянию р-канального транзистора Т1 и высокому уровню на выходе инвертора, т.е. конденсатор нагрузки СН заряжен до уровня Ес. После поступления на вход высокого логического уровня транзистор Т1 запирается, а Т2 отпирается и начинается разряд Сн через транзистор Т2 на параллельно соединенные резистор R2 и эмиттерный переход биполярного транзистора Т4. Протекание части разрядного тока через эмиттерный переход приводит к открыванию Т4 и значительному ускорению перезаряда емкости нагрузки. Процесс переключения при переходе входного сигнала из высокого логического уровня в низкий происходит аналогично.

• Из приведенного описания следует, что использование биполярных транзисторов позволяет нейтрализовать влияние емкости нагрузки, являющейся одним из основных факторов, ограничивающих быстродействие КМОП-ИС.

Логика КМОП (CMOS) бывает разная. Буферизованная, небуферизованная, совместимая с ТТЛ | Разумный мир

В статье «Типы цифровой логики. Не только ТТЛ и КМОП» я коротко рассказал о разных типах логических микросхем. Это была лишь обзорная статья. И в ней КМОП (CMOS) логика, один из основных сегодня типов логики, была рассмотрена поверхностно. Только общий подход к построению собственно логического элемента.

Между тем, есть много важных нюансов, которые нужно знать, но которые не всегда очевидны. И сегодня мы поговорим о некоторых таких нюансах. В первую очередь о различии между буферизованными элементами, которые можно считать современными, и не буферизованными, которые однако нельзя считать устаревшими. Эта разница может быть почти несущественной, если микросхемы применяются по прямому назначению — построению схем цифровой логики. Но в некоторых случаях разница оказывает решающее значение. Однако, обо все по порядку.

Ссылка на предыдущую статью, о которой я говорил ранее

Типы цифровой логики. Не только ТТЛ и КМОП

Классическая КМОП логика

Я не буду повторять написанное в предыдущей статье, однако нам нужно вспомнить, как выглядит типичный элемент КМОП. Но немного более подробно

Классический элемент 2ИЛИ-НЕ КМОП логики. Показаны защитные диоды на входах и выходе элемента. Иллюстрация моя.

Классический элемент 2ИЛИ-НЕ КМОП логики. Показаны защитные диоды на входах и выходе элемента. Иллюстрация моя.

Совсем уж старые серии, вроде нашей 176, вспоминать не будем. Типичные представители более современной классической КМОП логики работают при напряжении питания от 3 до 15 В. При этом входные токи можно считать отсутствующими (в статическом режиме!), так как токи утечки затворов чрезвычайно малы. И потребляемый таким элементом ток очень мал, при отсутствии нагрузки и в статическом режиме.

Статический режим означает, что входные сигналы не изменяются. Изменение входных сигналов приводит к появлению входных токов, так как емкости затворов будут перезаряжаться. Соответственно будет возникать и ток нагрузки, так как к выходу элемента подключаются входы последующих элементов. Емкость дорожек печатной платы тоже вносит свой вклад. Нельзя забывать и про инерционность переключения транзисторов.

В результате, на высокой частоте рассеиваемая элементом КМОП мощность оказывается гораздо выше, чем в статике. Малая потребляемая мощность является одним из основных плюсов. Однако, у любой медали есть две стороны. А у каждого плюса найдется свой минус.

Паразитное самопитание КМОП логических элементов

Давайте посмотрим, что будет, если на логический элемент не подано напряжение питания, но на его входах (хотя бы на одном из них) присутствует сигнал высокого логического уровня. Например, на плату нашего устройства поступают сигналы из внешних цепей.

В цепи питания каждой микросхемы обычно установлен конденсатор, который и будет заряжаться от входного сигнала через защитный диод между входом и +Uп. Поскольку в статическом режиме ни вход, ни элемент, ток практически не потребляют даже малого тока от высокоомного источника входного сигнала может оказаться достаточно, что бы конденсатор зарядился до напряжения при котором логический элемент начнет работать. Скорее всего, работать некорректно.

Такое самопитание КМОП логики от входных сигналов является вредным явлением. Однако, есть микросхемы (серии микросхем) в которых это вредное явление отсутствует. В таких микросхемах используется немного иной способ защиты входов. Например, Toshiba приводит такой вариант

В CMOS логике Toshiba верхний защитный диод может отсутствовать. Однако, это не означает отсутствия защиты. Иллюстрация из» CMOS Logic IC VHC/VHCT/VHCV (Verry High Speed) Series Outline», 31 января 2021 года, Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation

В CMOS логике Toshiba верхний защитный диод может отсутствовать. Однако, это не означает отсутствия защиты. Иллюстрация из» CMOS Logic IC VHC/VHCT/VHCV (Verry High Speed) Series Outline», 31 января 2021 года, Toshiba Electronic Devices & Storage Corporation

Здесь верхний защитный диод отсутствует. Подробности реализации защиты не сообщаются. Причем такое решение используется и для входов и для выходов элементов.

На самом деле, есть несколько различных вариантов защиты выводов с исключением паразитного самопитания. Но поскольку статья немного о другом, я просто приведу пару ссылок (английский язык)

• Low-C ESD Protection Design in CMOS Technology. Chun-Yu Lin. Submitted: January 3rd 2019 Reviewed: March 4th 2019 Published: April 9th 2019
• Substrate-triggered ESD protection circuit without extra process modification. March 2003 IEEE Journal of Solid-State Circuits 38(2)

Низкая нагрузочная способность, зависящие от тока нагрузки логические уровни, быстродействие

Это тоже следствие экономичности и простоты схемотехнического решения. Посмотрите еще раз на иллюстрацию с элементом 2ИЛИ-НЕ. В верхнем плече два транзистора включены последовательно. Для элемента 2И-НЕ последовательно будут включены два нижних транзистора.

Да, в статье «Типы цифровой логики. Не только ТТЛ и КМОП» я говорил, что это не так критично, как для биполярных транзисторов. Но если нужен элемент 8ИЛИ или 8И? Если учесть, что в микросхемах стараются сделать транзисторы минимального размера, сопротивление канала получается значительным. А это не только приводит к зависимости выходных уровней напряжения от тока нагрузки, но и отрицательно сказывается на быстродействии.

Для простых логических элементов можно формировать транзисторы большего размера, с малым сопротивлением канала, что снизит остроту проблемы. Но для сложных элементов, например, триггеров или регистров, это решение будет не самым оптимальным.

Логические уровни не ТТЛ

Этот недостаток вовсе не является странным. Микросхемы ТТЛ были господствующими в цифровых устройствах. Поэтому требовалось обеспечить совместимость.

Проблема возникает при подключении входа КМОП логики к выходу ТТЛ. Даже в том случае, если КМОП питается от тех же самых 5 В. Дело в том, что минимальное напряжение высокого уровня в ТТЛ равно 2.4 В, а максимальное напряжение низкого уровня 0.4 В. С учетом помех фактические пороговые уровни равны примерно 2 В для высокого уровня и 0.8 В для низкого.

Да, если вы измерите уровни на выходе отдельного не нагруженного элемента, то они будут близки к 0 и 5 В. Но нагруженный элемент обязан обеспечивать на выходе максимум 0.4 В для «0» и минимум 2.4 В для «1». Поэтому во многих случаях проблему вы не заметите, но это не означает, что ее не существует.

У КМОП логики пороговый уровень примерно соответствует половине напряжения питания. При питании от 5 В это дает 2.5 В. Таким образом, в худшем случае напряжение высокого уровня на входе КМОП подключенном к выходу ТТЛ будет недостаточным, чтобы КМОП восприняла его как действительно высокий уровень. Ведь 2 В меньше 2.5 В (а требуется минимум примерно 3 В для этого случая).

И «1» будет воспринята как «0», что является ошибкой. Самое неприятное, что подобная ошибка может возникать не постоянно, а периодически, например, при повышенной температуре или высокой частоте сигнала.

Проблему можно решить установкой подтягивающего резистора (на +5В) на выходе ТТЛ. Это снизит влияние верхнего плеча выходного каскада ТТЛ и позволит совместимые с КМОП уровни. Я не буду приводить расчет сопротивления подтягивающего резистора. Так же можно использовать ТТЛ элементы с открытым коллектором выходе и тот же самый подтягивающий резистор.

Подключение выхода ТТЛ ко входу КМОП может потребовать использования подтягивающего резистора. Иллюстрация моя

Подключение выхода ТТЛ ко входу КМОП может потребовать использования подтягивающего резистора. Иллюстрация моя

При подключении выхода КМОП ко входу ТТЛ тоже может возникнуть проблема. Особенно, если элемент КМОП является многовходовым элементом И, например 8И. Входы ТТЛ генерируют вытекающий ток при низком уровне на входе. И если к выходу КМОП подключено много ТТЛ входов, суммарный вытекающий ток ТТЛ может привести к повышенному напряжению низкого уровня на выходе, например, элемента 8И.

Совместимая с ТТЛ логика КМОП

Неудивительно, что требование совместимости с ТТЛ было чрезвычайно важным. Это привело к появлению специального семейства микросхем КМОП. В данном случае я буду использовать зарубежные серии микросхем для описания.

Итак, разговор будет идти о следующих сериях:

• 7400 — классическая ТТЛ
• 5400 — классическая ТТЛ малой мощности
• 74НС — классическая КМОП, точнее, CMOS, все таки зарубежная
• 74HCT — классическая совместимая с ТТЛ CMOS

Texas Instruments приводит в документе SN54/74HCT CMOS Logic Family Applications and Restrictions (май 1996) несовместимости логических уровне ТТЛ и КМОП и того, как эта проблема решается серией 74HCT

Несоответствие логических уровней ТТЛ и КМОП логики. Решение проблемы с помощью специальной серии микросхем 74HCT. Из документации Texas Instruments

Несоответствие логических уровней ТТЛ и КМОП логики. Решение проблемы с помощью специальной серии микросхем 74HCT. Из документации Texas Instruments

Там же описывается решение с подтягивающим резистором и расчет этого резистора. Изменение пороговых уровней в серии 74HCT достигается изменением геометрии полевых транзисторов первого каскада.

Примерно аналогичные решения (и документы) есть и у других производителей микросхем. Например, Fairchild Semiconductor Application Note 368 (март 1984).

Следует учитывать, что совместимость с ТТЛ здесь только по входным уровням! Элементы серии 74НСТ не генерируют вытекающий ток входов для напряжения низкого уровня. Иногда это требуется учитывать.

В остальном, совместимая с ТТЛ КМОП логика является классической КМОП логикой. Схемотехнических отличий нет, только измененная геометрия входных транзисторов на кристалле.

Буферизованная логика

Привести в порядок выходные логические уровни и повысить нагрузочную способность можно установив на выходе классических КМОП элементов дополнительные мощные (относительно) каскады. И проще всего использовать для это классические инверторы КМОП, но с более крупными транзисторами, что позволит уменьшить сопротивление канала.

Такая логика называется буферизованной и сегодня является наиболее распространенной и почти вытеснила классическую. Поскольку инверсия выходного сигнала далеко не всегда желательна, возможны два варианта построения базовых элементов (на примере 2ИЛИ)

Два основных варианта построение буферизованной логики. Иллюстрация моя

Два основных варианта построение буферизованной логики. Иллюстрация моя

На практике можно встретить использование обоих вариантов. Кажущаяся меньшая целесообразность второго варианта является ошибочной. Дело в том, что в сложных элементах (триггерах, регистрах, АЛУ, и т.д.) буферные каскады используются только на входах и выходах. Внутренние каскады выполняются по схемам классической КМОП логики!

Включение инверторов на входе позволяет снизить влияние входной емкости элемента на выход предыдущего каскада. Например, один вход дешифратора может объединять внутри множество отдельных входов элементов И/ИЛИ, что дает в сумме значительную входную емкость. И инвертор на входе позволяет решить эту проблему. От него не требуется большой мощности, как от выходного.

Входные инверторы нам не очень интересны, а вот с выходными, мощными, стоит разобраться подробнее.

Сквозной ток и помехи по цепям питания

Давайте посмотрим на модель мощного выходного инвертора, собранную на дискретных транзисторах.

Модель не нагруженного инвертора КМОП. Иллюстрация моя

Модель не нагруженного инвертора КМОП. Иллюстрация моя

Как и во многих других статьях я буду использовать программу моделирования MPLAB Mindi.

Здесь использованы два почти комплементарных транзистора с близкими параметрами. Это ничем не выдающиеся, кроме большой распространенности, транзисторы с сопротивлением канала 10 Ом (максимум). Источник напряжения V1 обеспечивает схему питанием, а V2 формирует входной сигнал треугольной формы. Скоро вы поймете, почему я использовал сигнал именно треугольной формы. Резистор R1 имитирует выходное сопротивление источника сигнала.

В модели использовано три зонда (щупа). Зонд V2-pos показывает входной сигнал. Зонд Q1-D выходной сигнал инвертора. Зонд Q1-S является токовым, в отличии от других зондов. Он показывает потребляемый инвертором ток от источника питания.

А теперь результат моделирования (по клику открывается в большем размере)

Результат моделирования работы инвертора КМОП при медленно изменяющемся входном сигнале. Иллюстрация моя

Результат моделирования работы инвертора КМОП при медленно изменяющемся входном сигнале. Иллюстрация моя

Здесь красным цветом показан входной сигнал. зеленым цветом выходной, синим ток потребляемый инвертором по цепи питания. Масштаб напряжения по вертикальной оси программа выбрала неудачный, не кратный клеткам графика. Но тут уже ничего не поделать.

Итак, при плавной увеличении входного напряжения инвертор начинает переключаться при напряжении примерно 2.5 В, половине напряжения питания, как и ожидалось. Заканчивается переключение при 2.9 В на входе. Этот диапазон входных напряжений, от 2.5 В до 2.9 В, соответствует работе обоих транзисторов инвертора в активном режиме.

В активном режиме через транзисторы инвертора протекает сквозной ток. Именно пики этого сквозного тока и показаны на графике синим цветом, как раз во время переключения инвертора. В модели не принято никаких мер для уменьшения сквозного тока, однако его пиковое значение составило примерно 14 мА. То есть, оба транзистора действительно приоткрыты, работают в активном режиме. При этом у нас к выходу инвертора не подключена нагрузка!

Интересно оценить влияние сопротивления источника сигнала, давайте увеличим его до 10 кОм. И получим такой результат

Влияние сопротивления источника сигнала на время переключения инвертора. Показан только один фронт. Пунктирные линии соответствуют сопротивлению источника 1 кОм, сплошные 10 кОм. Иллюстрация моя

Влияние сопротивления источника сигнала на время переключения инвертора. Показан только один фронт. Пунктирные линии соответствуют сопротивлению источника 1 кОм, сплошные 10 кОм. Иллюстрация моя

Видно, что время переключения выросло, но максимальное значение сквозного тока осталось неизменным. Вполне закономерный результат. Возросло влияние емкостей затворов транзисторов, что привело к более долгому нахождению транзисторов в активном режиме. Но сам процесс переключения не изменился.

Можно сдвинуть пороговые напряжения транзисторов инвертора изменив их геометрию на кристалле, как это было сделано в серии HCT. Но полностью исключить протекание сквозного тока очень сложно. Можно уменьшить его пиковое значение.

То есть, мощные буферные инверторы очень не любят плавного изменения входного напряжения. А значит, буферизованную КМОП логику нельзя использовать в аналоговых и полу-аналоговых схемах, что возможно для классической КМОП логики. Примером таких полу-аналоговых схем являются многие RC-генераторы. По той причине, что на выходных транзисторах буфера будет рассеиваться слишком большая мощность.

Однако, нельзя использовать лишь обычные буферизованные элементы, но можно использовать буферизованные элементы с триггерами Шмитта на входе. Триггер Шмитта исключает влияние скорости изменения входного сигнала. Если же элементы с триггерами Шмитта на входе использовать нельзя, то следует поискать обычные, не буферизованные элементы. Они выпускаются, но более редкие и могут быть более дорогими.

Примеры не буферизованных микросхем: MC74VHC1GU04, SN74AHC1GU04. Пример буферизованной микросхемы: NC7WZ04P6X. Пример буфферизованной микросхемы с триггерами Шмитта: SN74LVC2G14DBVR.

Не буферизованные элементы не всегда имеют букву U в наименовании, так что нужно заглядывать в документацию. Важно именно Unbuffered Output.

Из нашей модели видно и очевидное требование — обязательно шунтировать выводы питания микросхем буферизованной логики конденсаторами. Причем важно, что бы конденсатор имел малый ESR (например, керамический) и располагался как можно ближе к выводам микросхемы. Конденсатор позволит замкнуть импульсы тока переключения в контуре микросхема-конденсатор и минимизировать прохождение помех по цепям питания.

Самовозбуждение и звон на фронтах

По большому счету, эта проблема пересекается с предыдущей. Добавление к логическому элементу буферных каскадов увеличивает его коэффициент усиления для активного режима. А это может привести к самовозбуждению при медленном изменении входного сигнала, особенно, при наличии шума и помех. И приводит к паразитной генерации на практике, для медленно изменяющегося входного сигнала.

Я не буду моделировать этот процесс, просто приведу фрагмент из документа Texas Instruments. Understanding Buffered and Unbuffered CD4xxxB Series Device Characteristics. R. E. Funk. Standard Linear & Logic. 2002 год.

Возникновение самовозбуждения и звона на фронтах буферизованного элемента при медленном изменении входного сигнала. Из документации Texas Instruments

Возникновение самовозбуждения и звона на фронтах буферизованного элемента при медленном изменении входного сигнала. Из документации Texas Instruments

Если действительно требуется работа с медленно изменяющимся входным сигналом, используйте не буферизованные элементы или элементы с триггерами Шмитта на входе.

Быстродействие

Поскольку в буферизованных элементах добавлено два дополнительных инвертора, следует ожидать снижения быстродействия, так как задержка распространения сигнала возрастает. И это действительно было так в первых сериях. Однако, технологии не стоят на месте.

Давайте сравним некоторые параметры (рекомендованные) не буферизованной SN74AHC1GU04

• Напряжение питания: 2-5.5 В
• Выходной ток (втекающий/вытекающий): 8 мА
• Время переключения (типовое) при 5В: 3.5 нс

И буферизованной NC7WZ04P6X

• Напряжение питания: 1.65-5.5 В
• Выходной ток (втекающий/вытекающий): 50 мА
• Время переключения (типовое) при 5В: 1.8 нс
• Максимальное время фронта/спада входного сигнала при 5 В: 5 нс/В

Видно, что быстродействие современных буферизованных элементов не ниже, чем классических. При этом выходной ток буферизованных элементов значительно выше. И обратите внимание на последний параметр Максимальное время фронта/спада входного сигнала, этого параметра не было у классических элементов КМОП.

Заключение

Сегодня мы рассмотрели лишь некоторые основные типы КМОП логики. За кадром остались серии VHC, UHC (буферизованная, не смотря на букву U!), LVC, и множество других. Детали их реализации отличаются, но их различие меньше, чем между не буферизованной и буферизованной логикой. И учитывать эти особенности требуется гораздо реже.

Давайте подведем небольшой итог.

Классическая, не буферизованная логика:

• Проста и экономична
• Хорошо подходит как для логических/цифровых схем, так и для полу-аналоговых (RC-генераторы, например) и даже чисто аналоговых.
• Обладает невысокой нагрузочной способностью
• Могут возникать проблемы при совместном использовании с ТТЛ логикой
• Следует избегать подачи входных сигналов при отсутствии питания

ТТЛ-совместимая логика:

• Аналогична классической логике, но имеет некоторые отличия в токе пртребления
• Совместима по уровням входных сигналов с ТТЛ
• Не генеририрует входных токов, в отличии от ТТЛ

Буферизованная логика:

• Самый распространенный на сегодня тип логики
• Большой выходной ток
• Сравнимое с классическими КМОП быстродействие, или даже выше
• Требует обязательной установки конденсаторов в цепях питания, так как генерирует пики тока потребления с крутыми фронтами и малой длительности (отличные помехи!)
• Необходимо обеспечивать минимально возможное время фронта/спада входных сигналов. Этот параметр может нормироваться!
• Непригодна для работы в полу-аналоговых схемах, не говоря уже об аналоговых

Для чисто цифровых устройств можно использовать любой тип КМОП логики, если все элементы именно КМОП.

На сегодня все. Если появились, или остались, какие либо вопросы, задавайте их в комментариях.

До новых встреч!

Типы цифровой логики. Не только ТТЛ и КМОП | Разумный мир

В комментариях к статьям о феррит-диодной и феррит-транзисторной логике, устройстве и работе АЛУ, было несколько небольших дискуссий о разных типах логики, в основном, конечно, микросхем. И меня попросили рассказать, какая логика вообще бывает и какие особенности у разных типов логики.

Сначала я не планировал писать статью на эту тему, ведь о ТТЛ и КМОП, да и ЭСЛ, написано множество статей, они рассматриваются в различных книгах и учебниках. Всем все известно, что тут еще можно добавить?

Но написать все таки решил… Ведь есть и другие типы логики, о которых сегодня мало кто вспоминает. И может быть интересным общий обзор, с немного историческим уклоном, в котором сведены воедино различные принципы построения микросхем цифровой логики. Со сравнением плюсов и минусов различных типов.

Эта статье не является учебной, это именно обзор, но с достаточно подробным рассмотрением схемотехники основных типов цифровой логики разных временных отрезков. Как всегда, статья написана на основе личного опыта работы с разными сериями микросхем. Я высказываю свою точку зрения, которая может отличаться вашей.

Показать все разнообразие схемотехники даже внутри одного типа невозможно в рамках одной статьи (только ТТЛ существует несколько разновидностей). Поэтому будут рассматриваться лишь обобщенные, или классические, варианты схемотехники.

Ссылки на статьи, о которых я говорил ранее:

Феррит-диодные ячейки. Старая импульсная логика. История цифровой техники.

Феррит-транзисторная динамическая логика. История цифровой схемотехники

Элементы ЭВМ. АЛУ — арифметико-логическое устройство. Часть 1

Элементы ЭВМ. АЛУ. Часть 2. Внутренний мир

Резисторно-транзисторная логика (РТЛ). Она же транзисторная логика с непосредственными связями (ТЛНС)

Название ТЛНС использовалось редко, но его можно встретить в некоторых старых отраслевых справочниках. Это один из первых методов построения логических элементов. Причем элементы строились даже на германиевых транзисторах (серия 116). Но германий это конечно экзотика. Фактически, основной элементов РТЛ является обычный ключевой каскад на транзисторе

Базовые схемы построения логических элементов РТЛ. Иллюстрация моя

Базовые схемы построения логических элементов РТЛ. Иллюстрация моя

Причем простейший ключевой каскад. Более того, ничто не мешает работать такому каскаду как обычному усилительному каскаду класса А, пусть и очень нелинейному из-за отсутствия резистора в цепи эмиттера.

Этим и определяется основной недостаток РТЛ — низкая помехоустойчивость. Второй недостаток — малая нагрузочная способность. Альтернативный вариант элемента ИЛИ-НЕ обладает и менее очевидным недостатком — взаимным влиянием входов элемента. По этой причине он не получил широкого распространения, но использовался во внутренних каскадах.

Базовым элементом РТЛ является ИЛИ-НЕ, так как его проще всего реализовать. С элементами И и И-НЕ все немного сложнее

Решение «в лоб», с последовательно включенными транзисторами, не подходит. Иллюстрация моя

Решение «в лоб», с последовательно включенными транзисторами, не подходит. Иллюстрация моя

Почему не подходит простейшее решение с последовательным включением транзисторов? Дело в том, что низкий логический уровень на выходе теперь будет равен удвоенному (для 2И по входу) падению напряжения коллектор-эмиттер открытых транзисторов. То есть, уровень логического нуля будет повышенным. Казалось бы, проблему можно решить включив на выходе элемент НЕ, пусть и итоговый элемент будет выполнять функцию И, а не И-НЕ. Но дело еще и в том, что у нас для входа А потребуется повышенный высокий уровень, на величину падения напряжения коллектор-эмиттер нижнего открытого транзистора.

Поэтому используют формулы де-Моргана и дополнительные инверторы, как показано на иллюстрации справа. Здесь реализована операция 2И, так как я не стал добавлять инверсию выходного сигнала. Обратите внимание, что здесь же показано использование альтернативного варианта элемента 2ИЛИ-НЕ во внутреннем каскаде.

Давайте посмотрим на типичные параметры элементов РТЛ.

• Напряжение питания: + 4 В
• Выходное напряжение низкого уровня: 0.2 В
• Выходное напряжение высокого уровня: 0.8 В
• Помехоустойчивость (статическая): 0.15 В
• Выходной ток высокого уровня: 0.2 — 0.5 мА
• Входной ток высокого уровня: 0.02 — 0.08 мА
• Задержка распространения: 200-500 нс
• Коэффициент разветвления по выходу: 4

Обратите внимание, что для РТЛ при высоком уровне на входе ток входа является втекающим. Это важный момент.

Коэффициент разветвления по выходу это количество входов других элементов, которые можно подключить к выходу данного элемента. Каждый вход потребляет втекающий ток, который обеспечивается коллекторным резистором элемента РТЛ. Чем больше входов подключено к выходу, тем больше падение напряжения на коллекторном резисторе и ниже выходное напряжение высокого уровня. Это и является ограничивающим фактором.

Выходные параметры можно улучшить используя двухтактный выходной каскад. Но это не устраняет прочих недостатков. Элементы РТЛ не только выпускались в виде готовых микросхем, но и собирались из обычных транзисторов и резисторов в некоторых устройствах. По настоящему массовой такая логика все таки не стала.

Диодно-транзисторная логика (ДТЛ)

Однотактный выходной каскад, или просто один элемент РТЛ, не могут обеспечить большой выходной ток высокого уровня. Конечно, можно уменьшить сопротивление резистора в цепи коллектора, но это приведет к увеличению рассеиваемой мощности, которая будет просто греть окружающую среду.

Было бы хорошо, если входной ток логических элементов формировался внутри самого элемента, а не отбирался от выхода предыдущего каскада. Это позволит не уменьшать сопротивление резистора в цепи коллектора, а транзистор сможет коммутировать больший ток, только если действительно потребуется.

Эта идея и легла в основу самого начального принципа построения логического элемента ДТЛ

Начальный вариант построения элементов ДТЛ. Иллюстрация моя

Начальный вариант построения элементов ДТЛ. Иллюстрация моя

Давайте рассмотрим элементы ДТЛ подробнее и начнем с элемента НЕ. Во первых, теперь у нас необходимый базовый ток для транзистора не отбирается от предыдущего элемента, а формируется резистором в самом нашем элементе. Более того, теперь у нас нет втекающего тока входа, теперь ток вытекающий. Причем максимальное значение вытекающий ток имеет для низкого уровня на входе элемента. Этот ток определяется резистором, а входной диод обеспечивает протекание только вытекающего тока.

То есть, для нас теперь не важно (в разумных пределах, конечно) сопротивление коллекторного резистора предыдущего элемента. Главное, что бы транзистор в предыдущем элементе мог коммутировать ток, достаточный для подключения нескольких входов к одному выходу. Если входом мало, то и ток будет небольшим. Одна проблема решена.

Диод VD1, который кажется лишним, выполняет весьма важную функцию — увеличивает напряжение для открывания транзистора. Предположим, что у нас вход соединен в отрицательным выводом источника питания (общим проводом). При этом на входном диоде падает напряжение соответствующее открытому p-n переходу. Если у нас нет диода VD1, то это напряжение будет приложено и к переходу база-эмиттер транзистора. И этого напряжения может оказаться достаточно для приоткрывания транзистора, особенно, при повышенной температуре.

Превратить наш инвертор в элемент 2И-НЕ очень просто. Нужно просто добавить еще один диод. Или несколько, если требуется больше входов. Нетрудно заметить, что базовым элементом в ДТЛ будет элемент 2И-НЕ.

Но давайте посмотрим, ведь у нас транзистор теперь должен коммутировать суммарный ток входов всех последующих элементов. И если таких входов много, то и ток базы потребуется большой. Ток базы у нас задается резистором, который определяет одновременно и суммарный вытекающий ток входов. Сопротивление этого резистора потребуется уменьшать. То есть, будет возрастать и нагрузка на транзисторы предыдущих элементов.

Мы можем уменьшить на предыдущие элементы добавив дополнительный транзистор, вот так

Элемент ДТЛ 2И-НЕ с уменьшенными входными вытекающими токами. Иллюстрация моя

Элемент ДТЛ 2И-НЕ с уменьшенными входными вытекающими токами. Иллюстрация моя

По сути, мы просто добавили эмиттерный повторитель, что и позволило уменьшить входные токи (вытекающие, для низкого уровня). На самом деле, дополнительный диод в цепи базы второго транзистора теперь не обязателен, так как эмиттерный повторитель сам по себе обеспечивает дополнительный сдвиг уровня. Однако, этот диод обычно все таки устанавливают. Например, он есть в 104 серии микросхем. В 156 серии диода нет, но там использован составной эмиттерный повторитель.

Для повышения помехоустойчивости вместо этого диода может устанавливаться и стабилитрон. Именно так и было сделано в высокопороговой 511 серии ДТЛ.

Показанный на последней иллюстрации базовый логический элемент 2И-НЕ является классическим в микросхемах ДТЛ. Это серии 104, 156, уже упомянутые ранее, серия 121. Эти микросхемы не были очень быстрыми, типовое время задержки составляло порядка 150 нс. В первых сериях питание было двухполярным (я не буду показывать схемотехнику таких элементов), так как требовался дополнительный источник запирающего напряжения. Однако, 156 серия работает уже от привычных +5В.

Поскольку выходной каскад по прежнему однотактный, его параметры не являются выдающимися. Но уровни напряжений уже ближе к привычным 2.4В для логической «1» и 0.4В для логического «0». Да и втекающий выходной ток низкого уровня стал заметно больше, ведь теперь именно он имеет решающее значение. Коэффициент разветвления по выходу у 104 серии остался почти таким же, как в РТЛ, всего 5. А вот в 156 серии уже достигает 10.

Типовое значение вытекающего входного тока низкого уровня порядка 1.5 мА. Это суммарный ток всех входов элемента, так как он определяется единственным резистором.

Однако, однотактный выходной каскад по прежнему заметно ограничивает быстродействие. Емкость нагрузки достаточно быстро разряжается через открытый транзистор, но заряжается медленно, через коллекторный резистор. А уменьшение его сопротивления по прежнему нежелательно.

В 128 серии, динамическая ДТЛ, использовались двухтактные выходные каскады. Динамические типы логики мы сегодня не рассматриваем. Но с двухтактным выходным каскадом познакомимся

Логический элемент 2И-НЕ ДТЛ с двухтактным выходным каскадом. Иллюстрация моя

Логический элемент 2И-НЕ ДТЛ с двухтактным выходным каскадом. Иллюстрация моя

Не правда ли, все очень похоже на всем привычную ТТЛ? Все верно, похоже. Более того, именно такой вид элемента 2И-НЕ и основой при разработке ТТЛ, но об этом чуть позже. В данной схеме нам уже все основные элементы знакомы. Кроме собственно выходного каскада, который довольно прост, поэтому я не буду на нем подробно останавливаться. Скажу только пару слов о диоде VD. Его основная функция обеспечить сдвиг уровня, что бы транзистор верхнего плеча был надежно закрыт при открытом транзисторе нижнего плеча.

Транзистроно-транзисторная логика (ТТЛ)

Показанный на последней иллюстрации элемент всем хорош, но его реализация на кристалле вызывает некоторые затруднения. Дело в том, что диоды в микросхемах являются несколько чужеродными элементами. Их выполняют в виде транзисторов, но в диодном включении. Таки образом, три диода образующие входной каскад превращаются в три транзистора. А это занимает лишнее место на кристалле.

Однако, если присмотреться, такое включение диодов не что иное как упрощенная модель транзистора, как ее изображают в школьном учебнике физики и книгах для начинающих любителей электроники. Только диодов немного больше. Все верно. И все входные диоды можно заменить транзистором. Но не обычным, а многоэмиттерным. И мы получим классический элемент ТТЛ 2И-НЕ

Классический элемент ТТЛ 2И-НЕ. Иллюстрация моя

Классический элемент ТТЛ 2И-НЕ. Иллюстрация моя

Поскольку ТТЛ является модификацией ДТЛ, то и базовым элементом будет тот же самый 2И-НЕ. Да и все параметры ДТЛ и ТТЛ будут схожи. Даже серии микросхем с однотактным выходным каскадом выпускались, например, серия 134.

Кроме всем привычной 155 серии (и ее аналога в планарном корпусе 133 серии) выпускалась и 131 серия, сопротивления резисторов в которой были уменьшены, что повысило ее быстродействие, но и увеличило рассеиваемую мощность. Но 131 серия просуществовала недолго и была вытеснена микросхемами ТТЛШ. В ТТЛШ используются транзисторы и диода с барьером Шоттки, это обеспечивает более высокое быстродействие, но схемотехника с ТТЛ. Поэтому микросхемы ТТЛШ отдельно рассматривать не будем. Даже ставшую весьма популярной 555 серию.

В ТТЛ кроме обычных элементов И-НЕ и ИЛИ не были и так называемые «расширяемые по ИЛИ». И комбинированные, например 4ИЛИ-2И-НЕ. Здесь нет ничего особо сложного

Элемент 2И-2ИЛИ-НЕ (155ЛР1). Синим цветом показано расширение по ИЛИ. Иллюстрация моя

Элемент 2И-2ИЛИ-НЕ (155ЛР1). Синим цветом показано расширение по ИЛИ. Иллюстрация моя

Просто добавляется еще один входной каскад И, который подключается параллельно существующему, что и дает ИЛИ. Показанный синим цветом фрагмент выпускался и в виде отдельных микросхем расширитель по ИЛИ (ЛД). Например, 155ЛР1 была расширяемой по ИЛИ и к ней могла подключаться 155ЛД1.

Входы ТТЛ, как и ранее рассмотренная ДТЛ, имеют вытекающий ток низкого уровня. Причем величина этого тока может быть разной не только в разных сериях, но и у разных микросхем одной серии. И этот ток нужно учитывать.

Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ)

Во всех ранее рассмотренных типах цифровой логики транзисторы работали с насыщением в открытом состоянии. Это увеличивает время переключения и снижает быстродействие. ЭСЛ использует переключатели тока (переключатели тока Йорка) в которых исключается насыщение транзисторов за счет глубок ОС то току в цепях эмиттеров.

Базовый элемент 2ИЛИ-НЕ ЭСЛ. Иллюстрация моя

Базовый элемент 2ИЛИ-НЕ ЭСЛ. Иллюстрация моя

Если вы здесь видите дифференциальный каскад, то вы не очень далеки от истины. Но поскольку транзисторы работают не в линейном, а в ключевом режиме, этот каскад является переключателем тока.

Резистор R цепи эмиттеров задает ток, величина которого остается неизменной в любом режиме работы. Сопротивление этого резистора должно быть достаточно большим для поддержания постоянства тока. Во многих случаях вместо резистора используется источник тока. Величина тока выбирается такой, что бы при нормальном режиме работы насыщение транзисторов образующих переключатель тока исключалось.

При низком уровне напряжения на выходах А и В весь ток задаваемый резистором R или источником тока протекает через транзистор VT. На базе этого транзистора задается опорный потенциал, который и обеспечивает открытое, но не насыщенное, состояние транзистора.

Два входных транзистора, на базы которых подаются сигналы А и В включены параллельно. Если присмотреться, то очень похоже на то, как транзисторы включались в РТЛ. В РТЛ такое включение транзисторов обеспечивало операцию логического ИЛИ_НЕ. В ЭСЛ все точно так же, но наличие резистора в цепи эмиттеров (или заданный ток источника) вносит существенные изменения в работу. Базовым элементом ЭСЛ является ИЛИ-НЕ.

Во первых, теперь потенциал эмиттеров отличен от нуля, что определяет и пороговый уровень для входных напряжений. Во вторых, глубокая обратная связь по току исключает насыщение транзисторов. А это существенно повышает быстродействие.

Когда напряжение на одном из входов превышает опорное напряжение на базе VT соответствующий транзистор открывается. При этом ток, задаваемый резистором R переключается в цепь эмиттера соответствующего транзистора, а VT закрывается. При этом потенциал эмиттеров не изменяется. Подача высокого уровня и на второй вход ситуацию не изменяет. VT по прежнему остается закрытым, а ток перераспределяется между двумя входными транзистора (в идеале, одинаково). И потенциал эмиттеров остается прежним.

Выходные сигналы формируются на коллекторах транзисторов переключателя тока. Однако, уровни напряжения этих сигналов будут неверными, повышенными. Для сдвига уровне выходных сигналов и используются эмиттерные повторители, которые кроме того повышают нагрузочную способность логического элемента.

Разность напряжений высокого и низкого логических уровней не может превышать величины сдвига уровней эмиттерными повторителями. Это следует из условия отсутствия насыщения транзисторов. Если позволите, я не буду приводить обоснование и формулы, все таки статья обзорная. Поэтому разность напряжений нуля и единицы в ЭСЛ составляет примерно 0.8-0.9В, в типичных сериях микросхем. Разница между уровнями может быть увеличена использованием дополнительных схемотехнических решений для сдвига уровней.

Обратите внимание, что в элементах ЭСЛ одновременно формируются два противофазных выходных сигнала, так как переключатель тока является и дифференциальным каскадом. Это позволяет исключить использование дополнительных инверторов при построении цифровых схем на ЭСЛ, что положительно сказывается на быстродействии.

Существует вариант ЭСЛ, в котором эмиттерные повторители включены не на выходах, а на входах переключателя тока

Базовый элемент 2ИЛИ-НЕ ЭЭСЛ. Иллюстрация моя

Базовый элемент 2ИЛИ-НЕ ЭЭСЛ. Иллюстрация моя

Такая логика называется ЭЭСЛ — эмиттерно-связанная логика с эмиттерными повторителями на входе. Она является более быстродействующей, но нагрузочная способность элементов ниже.

Микросхемы ЭСЛ обладают впечатляющим быстродействием, так в серии 1500 время задержки менее 1нс. Но и рассеиваемая ими мощность впечатляет не меньше. При этом помехоустойчивость ЭСЛ довольно низка, хоть и выше, чем у РТЛ. При этом на ЭСЛ были собраны и большие ЭВМ, например ЕС серии Ряд-3.

Интегральная инжекционная логика (ИИЛ или И2Л). Подававшая большие надежды, но сегодня почти забытая, экзотика

Эта логика развивалась уже на излете СССР. На нее возлагались большие надежды, так как она занимала меньше места на кристалле, чем КМОП, была быстрее ТТЛШ (но медленнее ЭСЛ), и при этом довольно экономичная. Были выпущены и микропроцессорные наборы на ее основе, например, серия 582 (секционированные микропроцессорные секции). И более полный набор в серии 583, комбинированная ТТЛШ-ИИЛ. Но сегодня о этом типе логике помнят немногие.

ИИЛ сложно показать в виде схемы, поскольку это полупроводниковая структура

Базовая структура элемента ИИЛ и примерный схемотехнический аналог. Иллюстрация моя

Базовая структура элемента ИИЛ и примерный схемотехнический аналог. Иллюстрация моя

Элемент состоит из подложки с проводимостью n+, которая объединяет выводы эмиттеров всех инверторов, а не просто служит конструктивным элементов. Отдельные элементы не требуется изолировать, что повышает плотность их упаковки на кристалле. На подложке выращивается толстый эпитаксиальный слой проводимости n. Этот слой служит эмиттерной областью n-p-n транзисторов с вертикальной структурой. Этот же слой служит базовой областью p-n-p транзистора. В эпитаксиальном слое размещаются диффузные области. Сначала формируется область базы n-p-n транзистора. Эта же область является и коллектором p-n-p инжектора. В базовой области формируются два n+ кармана, которые являются коллекторами n-p-n транзистора. Один p-n-p инжектор может использоваться для нескольких n-p-n инверторов.

Эмиттер инжектора VTи инжектирует носители заряда которые поступают в эмиттерную область VT. На иллюстрации это показано стрелкой на рисунке структуры. Эмиттерная область VT является одновременно и базовой областью VTи. Носители поступают в базу инвертора VT, которая является одновременно и коллектором VTи, и образуют ток в коллекторных цепях VT. Инвертор выключается, когда ток инжектора отбирается из базы n-p-n транзистора в другую цепь, например, коллектор предыдущего элемента. Такое переключение тока обеспечивается уменьшением входного напряжения, которое управляет смещением на эмиттерном переходе инвертора.

По сути, инжектор обеспечивает токовое питание инвертора. Дополнительный источник питания коллекторных цепей не требуется. Поэтому более правильно было бы назвать такие элементы логикой с инжекционным питанием. Но тут уж как назвали…

Разность между напряжениями логических уровней в ИИЛ мала, порядка 0.7В. То есть, сравнима с ЭСЛ. Но при этом ИИЛ может работать при очень малых токах, порядка наноампер. Рабочий ток регулируется изменением напряжения питания, которое непосредственно влияет на ток инжектора. Диапазон напряжений питания довольно большой, от 1 до 15В. А диапазон рабочих частот немного не дотягивал до 50 МГц.

Неудивительно, что этой логике пророчили большое будущее. Совместимость с другими типами логики обеспечивалась преобразователями уровней, обвязкой, как было сделано в 583 серии. Увы, все это уже в прошлом…

Логика на полевых транзисторах одинаковой проводимости (nМОП, pМОП)

Использование полевых транзисторов с изолированным затвором было весьма привлекательным в силу того, что в статичном режиме они почти не потребляют ток, в отличии от ранее рассмотренных типов. Однако, чувствительность к статическому электричеству и сложность формирования двухтактного выходного каскада сдерживали использование полевых транзисторов.

Тем не менее, цифровые микросхемы на полевых транзисторах с изолированным затвором все таки выпускались. Пожалуй, одной их самых известных серий была 172 (178 в планарном корпусе) pМОП. Это были медленные (время задержки порядка 600 нс) и далеко не самые экономичные микросхемы. Но они были высокопороговыми, с напряжением питания -27В (да, именно минус), что иногда ыло весьма полезным. Кстати, такой же тип имели большинство микросхем 145 серии, которая применялась в бытовых устройствах. Часы на К145ИК1901 наверняка помнят многие.

Базовые элементы 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ pМОП. Иллюстрация моя

Базовые элементы 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ pМОП. Иллюстрация моя

Как видно, принцип построения МОП логики (с данном случае pМОП) очень похож на РТЛ (ТЛНС). Разница лишь в том, что в качестве нагрузки использован не резистор, а источник тока на полевом транзисторе (динамическая нагрузка). Кроме того, мы теперь можем более просто строить и схемы реализующие операцию И, так как потенциал на затворе отсчитывается не от истока, а от подложки. Конечно, последовательное включение транзисторов повышает потенциал напряжения низкого уровня, но не так значительно, как для биполярных транзисторов. А вот влияния на входные уровни теперь практически отсутствует (в разумных пределах).

Однотактный выход приводит к тем же самым проблемам, что и у РТЛ — малой нагрузочной способности и повышенной рассеиваемой мощности. Построение двухтактных каскадов на однотипных транзисторах возможно, хоть и сопряжено с некоторыми сложностями. Для этого требуется 4 транзистора. Один для инвертора, один для динамической нагрузки инвертора, и два да построение каскада усиления мощности (верхнее и нижнее плечи). При этом достаточно всего 6 транзисторов, что бы организовать одновременно и прямой, и инверсный, выходы. Именно так и было сделано в 172 серии. Я не буду приводить схемы двухтактных выходных каскадов.

Логика на комплементарных полевых транзисторах (КМОП)

С появлением возможности формировать на кристалле транзисторы разной проводимости произошла небольшая революция. Появилась возможность изготавливать достаточно быстродействующие и при этом экономичные (в статическом режиме, динамический это отдельный разговор) микросхемы. Причем совместимые по логическим уровням с популярной ТТЛ, при одинаковом напряжении питания. И работающие в широком диапазоне питающих напряжений.

Базовые элементы КМОП. Иллюстрация моя

Базовые элементы КМОП. Иллюстрация моя

Обратите внимание, какие простые базовые логические элементы получаются. По сути, 2И-НЕ и 2ИЛИ-НЕ это небольшие вариации простого инвертора. Это развитие МОП логики, но теперь выход сразу двухтактный. Никаких динамических нагрузок, никаких лишних элементов. И нулевой потребляемый ток в статическом режиме при отсутствии нагрузки на выходах элементов. Во всяком случае, для идеальных транзисторов.

Однако, эта высокая экономичность сыграла злую шутку в первых сериях микросхем КМОП, например, в 176 серии. Дело в том, что на входах микросхем устанавливают диоды для защиты от статического напряжения. Вы их не раз видели, два диода последовательно на обе шины питания. А теперь представьте, что питание на схему не подано, но входные сигналы поданы. Вот от этих входных сигналов схема и может питаться через защитные диоды. Самого малого тока оказывается достаточно, так микросхемы микромощные.

Благодаря простоте, технологичности, высокой плотности упаковки элементов на кристалле, хорошим характеристикам, КМОП логики и обрела очень высокую популярность.

Для повышения быстродействия современные микросхемы КМОП часто строят с использованием дополнительных буферных выходных каскадов, которые могут обеспечить высокую скорость перезарядки емкости нагрузки. Однако, такие буферизованные микросхемы не могут использоваться в схемах с медленным изменением входных сигналов.

Например, для микросхемы NC7WZ04P6X оговаривается, что при напряжении питания 5В скорость нарастания входных сигналов должна быть выше 5нс/В (20нс/В для напряжения питания 2В). В противном случае микросхема может выйти из строя, так как на транзисторах мощного буферного каскада рассеивается слишком большая мощность из-за одновременно открытых транзисторов верхнего и нижнего плеча (сквозной ток). Поэтому для RC генераторов, например, может потребоваться использовать старую 176 серию (CD4000), которая не имеет буферных каскадов и подобных ограничений. Выпускаются и специализированные микросхемы, которые могут работать с медленно изменяющимися сигналами (почти аналоговыми), но они дороги. Или использовать триггеры Шмитта.

Заключение

На сегодня, пожалуй, достаточно. Мы рассмотрели далеко не все типы элементов цифровой логики. Да и рассмотрение было очень кратким, обзорным. Тем не менее, наиболее известные и популярные типы показаны. Исключение — инжекционная логика, которая сегодня мало известна. Но она весьма интересна и я просто не мог ее пропустить.

Если что то осталось непонятным, что то упущено, нашли ошибку — пишите в комментариях. Если тема окажется интересной, напишу более подробные статьи.

До новых встреч!

CMOS, по русски — КМОП, или комплементарная логика с транзисторами на металл-оксид-полупроводнике.

CMOS-технология — одна из нескольких технологий разработки и построения схем электроники. Само название технологии является аббревиатурой английского выражения — complementary metal-oxide-semiconductor. В русской транскрипции — КМОП, или комплементарная логика с транзисторами на металл-оксид-полупроводнике.

Работа транзисторов МОП-структуры основана на полевом эффекте, открытом ещё в 20-х годах девятнадцатого века. В микросхемах, построенных по CMOS-технологии, применяются пары полевых транзисторов с одинаковыми параметрами, но с разными проводимостями изолированных затворов. Если у одного транзистора затвор p-типа, то у другого он n-типа; следствием такой структуры является более высокое быстродействие.

Схемы CMOS изобрёл американский инженер Фрэнк Вонлас в 1963-м году, а первые микросхемы по этой технологии появились уже в 1968-м. Эти схемы отличаются от схем, выполненным по другим технологиям — ЭСЛ, ТТЛ и др. ничтожно малым энергопотреблением в режиме «покоя», что обусловливается отсутствием каких-либо нагрузочных резисторов. Основной расход энергии происходит в моменты переключений состояния схемы, в остальное время транзисторы закрыты, и через них протекает только ток утечки, которым, в большинстве случаев, можно пренебречь. Такие микросхемы нашли широкое применение в электронных устройствах с питанием от батарей — часы, микрокалькуляторы, сотовые телефоны и др. — где энергосбережение является одним из определяющих факторов.

По мере совершенствования технологии изготовления микросхем и интеграции в одном пикселе приёмника информации, средств её обработки и вывода, появилась возможность производства CMOS-матриц больших размеров. Такие матрицы применяются в различных видеокамерах, на их базе конструируются цифровые фотоаппараты, охранные датчики в системах безопасности и др.

CMOS матрица

В неразрушающем контроле CMOS-матрицы используются в видеоэндоскопах при обследовании труднодоступных мест, а также они являются основной частью детекторов рентгеновского излучения. В качестве примера можно привести детектор, выполненный на основе матрицы светочувствительных элементов из аморфного кремния — а-Si, где сцинтиллятором служит оксисульфид гадолиния — Gd₂O₂S.

КМОП — это… Что такое КМОП?

КМОП — Комплементарная структура металл оксид полупроводник. Семейство логических элементов, получаемых за счет комбинации n канальных и p канальных МОП транзисторов. [http://www.cscleansystems.com/glossary.html] Тематики полупроводниковые приборы EN… …   Справочник технического переводчика

КМОП — комплементарная структура «металл оксид полупроводник» CMOS Словарь: С. Фадеев. Словарь сокращений современного русского языка. С. Пб.: Политехника, 1997. 527 с …   Словарь сокращений и аббревиатур

КМОП — Статический КМОП инвертор КМОП (К МОП; комплементарная логика на транзисторах металл оксид полупроводник; КМДП[1] …   Википедия

КМОП — комплементарная структура металл окисел полупроводник …   Словарь сокращений русского языка

КМОП-сенсор — КМОП матрица светочувствительная матрица, выполненная на основе КМОП технологии. КМОП матрица В КМОП матрицах используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости. Эквивалентная схема ячейки КМОП матрицы: 1… …   Википедия

КМОП (значения) — КМОП (комплементарная логика на МОП транзисторах; англ. CMOS, Complementary symmetry/metal oxide semiconductor) технология построения логических электронных схем: КМОП КМОП сенсор КМОП матрица …   Википедия

Кмоп (значения) — КМОП (комплементарная логика на МОП транзисторах; англ. CMOS, Complementary symmetry/metal oxide semiconductor) технология построения логических электронных схем: КМОП КМОП сенсор КМОП матрица …   Википедия

КМОП-транзистор — Статический КМОП инвертор КМОП (К МОП; комплементарная логика на транзисторах металл оксид полупроводник; англ. CMOS, Complementary symmetry/metal oxide semiconductor) технология построения электронных схем. В технологии КМОП используются полевые …   Википедия

КМОП-матрица — …   Википедия

КМОП-структура —  CMOS  (Complementary Metal Oxide Semiconductor)  КМОП структура, К МОП, комплементарная логика на транзисторах металл оксид полупроводник   Технология построения электронных схем. В технологии КМОП используются полевые транзисторы с… …   Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. — М.

TTL-совместимая CMOS логика от Texas Instruments

Микросхемы стандартной логики даже в настоящее время имеют достаточно широкое применение. Технологии производства логических микросхем свелись к двум типам, зависящим от типа применяемых в них транзисторов.
TTL (транзисторно-транзисторная логика) — технология построения микросхем на биполярных транзисторах. Упрощенная схема инвертора, выполненного по этой технологии, представлена на рисунке 1.

Рис. 1 Схема TTL инвертора.

CMOS (или КМОП) технология на основе комплементарных структур металл-окисел-полупроводник, то есть на сборках полевых транзисторов. Схема CMOS инвертора приведена на рисунке 2.

Рис. 2 Схема CMOS инвертора.

В качестве основных преимуществ CMOS можно выделить следующие:

• Существенная разница в энергопотреблении CMOS и TTL элементов.
  Если логический вентиль в CMOS микросхеме потребляет порядка 10 нВт, то эквивалентный элемент TTL микросхемы может потреблять до 10 мВт. А это огромная разница, особенно в устройствах где питание осуществляется от батареи.
• CMOS технология позволяет производить микросхемы со значительно более высокой плотностью логических вентилей. Это связано с тем, что логический CMOS вентиль может состоять всего из двух полевых транзисторов, тогда как вентиль в TTL чипе требует значительно большего количества элементов, включая резисторы. Этот фактор является очень важным в условиях миниатюризации электронных устройств в настоящее время.

Обе технологии существуют до настоящего времени. Каждая имеет свои достоинства и недостатки и выбор в пользу той или другой зависит от конкретного приложения. За годы производства многие недостатки были минимизированы, например за счет изменения схемотехники входных каскадов CMOS, была достигнута их совместимость с уровнями стандартной TTL логики без применения дополнительных компонентов. Эти микросхемы имеют сходное название с их эквивалентом TTL, чтобы пользователи могли легко их идентифицировать.

Полный ассортимент логических TTL микросхем производства Texas Instruments, поставляемый Промэлектроникой.
Новое поступление на склад микросхем стандартной логики, выполненных по CMOS-технологии:

• Наименование

  К продаже

  Цена от

Наличие:

441 шт.

Под заказ:

690 шт.

Наличие:

1 492 шт.

Под заказ:

0 шт.

Под заказ:

0 шт.

Наличие:

433 шт.

Под заказ:

0 шт.

Наличие:

1 497 шт.

Под заказ:

0 шт.

Наличие:

156 шт.

Под заказ:

0 шт.

Под заказ:

0 шт.

Под заказ:

948 шт.

Транзисторно-транзисторная логика — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Транзисторно-транзисторная логика

Cтраница 1

Транзисторно-транзисторная логика ( ТТЛ) и логические элементы на основе комплементарных МОП-структур ( КМОП) представляют собой два наиболее распространенные семейства логических элементов.  [2]

Микросхемы транзисторно-транзисторной логики ( ТТЛ) широко применяются в цифровой аппаратуре. В них удачно сочетаются хорошие функциональные показатели быстродействие, помехоустойчивость, нагрузочная способность — с умеренным потреблением энергии и невысокой стоимостью. Более половины объема мирового производства интегральных схем приходится в настоящее время на долю ТТЛ. Сейчас налажен массовый выпуск нескольких разновидностей ТТЛ-микросхем: универсальных ( стандартных) серий, серий повышенного быстродействия, серий с малым потреблением мощности, а также серий микросхем на транзисторах Шотки в двух вариантах — обычном и маломощном. Принцип действия различных модификаций ТТЛ одинаков и различаются они главным образом временем задержки сигнала и потребляемой мощностью.  [3]

Схемы транзисторно-транзисторной логики ( ТТЛ) наиболее широко применяются в цифровой технике. Это объясняется тем, что микросхемы ТТЛ отличаются высоким быстродействием и малой потребляемой мощностью.  [5]

ТТЛ ( транзисторно-транзисторная логика) и КМОП ( комплементарные МОП-структуры) представляют собой в настоящее время два наиболее распространенных семейства логических элементов. Огромное количество ИМС обоих семейств, выполняющих самые разнообразные функции, выпускаются по меньшей мере десятью фирмами. С помощью этих семейств можно удовлетворить все потребности, которые возникают при построении цифровых схем и устройств.  [6]

ТТЛ ( транзисторно-транзисторная логика) и КМОП ( комплементарные МОП-структуры) в настоящее время представляют собой два наиболее распространенных семейства логических элементов. Огромное количество ИМС обоих семейств, выполняющих самые разнообразные функции, выпускаются по меньшей мере десятью фирмами. С помощью этих семейств можно удовлетворить все потребности, возникающие при построении цифровых схем и устройств.  [7]

Комплекс элементов транзисторно-транзисторной логики построен на основе использования многоэмиттерного транзистора, понятие о котором дается в § 4.4. Входами схемы ( рис. 12.19, г) являются эмиттеры транзистора Тм, с помощью которого реализуется логическая функция И. При подаче на все входы схемы положительных уровней напряжения ( соответствующих логической единице) через коллекторный переход транзистора Тм в базу транзистора Т1 течет ток.  [8]

Схема элемента транзисторно-транзисторной логики ТТЛ является воплощением этой идеи ( рнс. В отличие от схемы ДТЛ здесь имеется только один сдвигающий диод. Поэтому при нулевом уровне на входах напряжение на базе транзистора Т1 будет не отрицательным, как в ДТЛ ( 5 — 6), а близким к нулю, что несколько снижает помехоустойчивость схемы. Кроме того, в отличие от изолированных диодов здесь возможно взаимодействие между диодами — горизонтальный транзисторный эффект. В результате этого эффекта в эмиттере, на который подано запирающее напряжение ( / их, может протекать паразитный обратный ток, обусловленный инжекцией электронов из смежного открытого эмиттера, что может привести к снижению уровня t / вх — Для исключения этого эффекта принимают особые меры, несколько увеличивающие площадь ИС. Тем не менее выигрыш в площади по сравнению с ДТЛ оказывается существенным. Поэтому схемы ТТЛ практически вытеснили ДТЛ и в настоящее время относятся к самым распространенным интегральным логическим схемам.  [9]

Основная особенность микросхем транзисторно-транзисторной логики состоит в том, что во входной цепи используется специфический интегральный прибор — много-эмиттерный транзистор.  [11]

Микросхемы на основе транзисторно-транзисторной логики являются в настоящее время самыми массовыми изделиями современной интегральной микросхемотехники.  [12]

Транзисторно-транзисторные цифровые ИМС ( транзисторно-транзисторная логика — ТТЛ) состоят из схемы И, выполненной на основе многоэмиттерного транзистора, и сложного инвертора, собранного из нескольких транзисторов.  [13]

Как отмечалось ранее, элементы транзисторно-транзисторной логики, появившиеся в результате дальнейшего усовершенствования элементов ДТ.  [14]

В результате ( совершенствования технологии изготовления традиционной транзисторно-транзисторной логики в последние годы были разработаны схемы, в которых транзистор рпр-ти-па подает инжекторный ток в базу npn — транзистора.  [15]

Страницы:      1    2    3    4    5

Logic Pro — Apple

Невероятно мощный. Серьезно творческий.

Мощные творческие инструменты для профессионального написания песен, создания битов, редактирования и сведения.

Новый

Интегрированные инструменты Dolby Atmos для микширования и экспорта песен в виде пространственного звука.

Огромная коллекция плагинов и звуков для творчества.

Управляйте сеансами создания музыки с iPad или iPhone с помощью Logic Remote.

Новый

Пространственный звук Выведите свой звук за пределы. И выше.

Добро пожаловать в новое поколение звука. Никогда не было так просто выйти за рамки стерео и создавать полностью иммерсивные пространственные аудиомиксы с помощью встроенных инструментов Dolby Atmos. Превратите свои песни в яркое трехмерное изображение и экспортируйте их в файл Dolby Atmos, совместимый с Apple Music.Независимо от того, работаете ли вы в студии звукозаписи с системой с несколькими динамиками Dolby Atmos или используете ноутбук с AirPods Max для бинаурального мониторинга объемного звучания, Logic Pro обеспечивает рабочий процесс создания пространственного звука для всех.

Микшируйте и экспортируйте свою песню в виде пространственного аудиофайла Dolby Atmos, готового для Apple Music.

Расширенный микшер объемного звучания и новый 3D Object Panner

Измерители уровня микшера

и панорамы объемного звука теперь поддерживают Dolby Atmos до 7.1.4 — включая высотные швеллеры. Новый 3D Object Panner обеспечивает еще более точный способ позиционирования звука вокруг слушателя.

Плагины, улучшенные для пространственного звука

Плагины

Surround оптимизированы для работы в Dolby Atmos и предоставляют все инструменты, необходимые для создания пространственного микса с профессиональным звучанием.

Экспорт миксов Dolby Atmos для Apple Music

Экспортируйте свой проект как файл Dolby Atmos, совместимый с Apple Music.

Новый

Новые звуковые пакеты Смешивайте, играйте и вводите новшества.

Вдохновляйтесь огромной коллекцией инструментов, лупов и сэмплов — с новыми добавленными звуками, созданными некоторыми из крупнейших хитмейкеров мира. Включает бесплатные пакеты Producer Pack от Oak Felder, Take a Daytrip, TRAKGIRL и многое другое. ^*

Узнать больше о новых звуковых пакетах

Логический пульт Прикоснись и плыви.

Logic Remote позволяет использовать ваш iPhone или iPad для управления Logic Pro на вашем Mac. Используйте жесты Multi-Touch для воспроизведения программных инструментов, микширования треков и управления такими функциями, как Live Loops и Remix FX, из любой точки комнаты. Проведите пальцем по экрану и коснитесь, чтобы активировать ячейки в Live Loops. И наклоняйте свой iPhone или iPad вверх и вниз и используйте его гироскоп для управления фильтрами и повторителями в Remix FX.

Живые петли

Исследуйте музыкальные идеи, используя сетку музыкальных петель и фраз, которые вы можете запускать и изменять в реальном времени для создания уникальных аранжировок.

Микширование Multi-Touch

Управляйте миксом из любого места в комнате — рядом с компьютером или на диване — с помощью фейдеров Multi-Touch.

Ключевые команды

Создавайте со скоростью звука с помощью клавишных команд в Logic Remote. Выберите из специально подобранных команд для популярных рабочих процессов или создайте свой собственный набор.

Последовательность ударов

Программируйте паттерны ударных и мелодические партии, создавайте динамические ритмические исполнения и автоматизируйте свои плагины — и все это одним быстрым касанием пальца.

Композиции и спектакли Твоя студия всегда в работе.

Logic Pro превращает ваш Mac в профессиональную студию звукозаписи, способную справиться даже с самыми требовательными проектами. Создавайте и аранжируйте музыку в реальном времени и быстро создавайте биты и мелодии. Записывайте свои композиции и выступления — от треков живой группы до сольных программных инструментов — и вставляйте их в свои песни.

Лучший способ записи.

Запись без шва. Автоматическое управление дублями. Поддержка чистого звука 24 бит / 192 кГц. Logic Pro позволяет легко сделать все — и отменить. Вы можете создавать проекты, содержащие до 1000 стерео или объемных звуковых дорожек и до 1000 программных инструментальных дорожек, а также запускать сотни плагинов. Это все, что вам нужно для завершения любого проекта.

Получите максимум от MIDI.

Logic Pro выходит за рамки обычного секвенсора с расширенным набором опций, которые позволяют записывать, редактировать и управлять исполнением MIDI.Превратите свободное исполнение в исполнение, которое плотно прилегает к груву, используя региональные параметры скорости, тайминга и динамики ноты. Или улучшите свои MIDI-выступления, сохранив музыкальные детали, такие как флеймы или аккорды, с помощью Smart Quantize.

Live Loops.

Для спонтанной композиции.

Live Loops — это динамический способ создания и аранжировки музыки в реальном времени. Начните свою композицию, добавляя петли, сэмплы или записанные исполнения в сетку ячеек.Запускайте разные ячейки, чтобы поиграть со своими идеями, не беспокоясь о временной шкале или расположении. Как только вы найдете комбинации, которые хорошо работают вместе, вы можете создавать разделы песни, а затем перемещать все в область треков, чтобы продолжить производство и закончить свою песню.

Пошаговый секвенсор.

Поэзия чистого ритма.

Step Sequencer вдохновлен классическими драм-машинами и синтезаторами. Используя редактор Step Sequence, быстро создавайте удары ударных, басовые партии и мелодические партии — и даже автоматизируйте свои любимые плагины.Добавляйте сложные вариации в свой узор с помощью широкого диапазона творческих способов воспроизведения. Используйте функцию повтора ноты для создания повторяющихся шагов, возможность рандомизации пошагового воспроизведения и связывание шагов вместе для создания более длинных нот.

Novation Launchpad.

Живите вне сети.

Испытайте супер-тактильные ощущения в Live Loops через Launchpad — сетку 8×8 выразительных пэдов для управления ячейками, динамического ввода нот, управления микшером и многого другого.

Подробнее о панели запуска novation

Remix FX.

Управляйте своей производительностью.

Добавьте эффекты и переходы в стиле ди-джея к отдельной дорожке или целому миксу с помощью набора заиканий, эхо, фильтров и эффектов стробирования.

Лучшие в отрасли инструменты.

Создавайте детализированные барабанные треки, микшируйте и подбирайте музыку, оставаясь в темпе, и многое другое.По мере развития вашей песни Logic Pro поможет вам организовать все свои идеи и выбрать лучшие из них. Группируйте связанные треки, прослушивайте альтернативные версии и объединяйте несколько треков. Молниеносно быстрое сочетание щелчков и перетаскивания помогает добиться максимальной производительности из нескольких дублей.

Еще больше профессиональных функций в миксе.

Logic Pro наполнен невероятными инструментами и ресурсами для повышения вашего творческого потенциала и рабочего процесса по мере того, как вы оттачиваете свое мастерство, даже если вы опытный профессионал.

Эффекты производства

Сделайте так, чтобы ваши песни и другая аудиопродукция звучали наилучшим образом с помощью полного набора динамических процессоров, эквалайзеров и других производственных эффектов.

Обработка на основе выбора

Используйте встроенные плагины Logic Pro или любые сторонние эффекты Audio Unit для прямого и постоянного рендеринга эффектов в любой части аудиофайла или в нескольких файлах одновременно.

Ноты

Преобразуйте MIDI-исполнение в нотную запись в реальном времени во время игры, создавая идеально читаемую нотную запись даже для исполнения, которое может быть не совсем идеальным.

Музыка и звук для изображения

Logic Pro упрощает создание озвучивания и озвучивания. Импортируйте фильм QuickTime или, если вы редактируете в Final Cut Pro, импортируйте XML, чтобы воссоздать видеопроект прямо в Logic Pro.

Экспорт

Делитесь проектами и треками с помощью AirDrop, Mail Drop или с помощью обширного набора функций для экспорта основ. Logic Pro также поддерживает протоколы передачи файлов, такие как Final Cut Pro XML и AAF, для перемещения контента между различными профессиональными музыкальными и видео приложениями.

Отскок

Рендеринг или возврат проекта в один аудиофайл или в несколько аудиофайлов.Проект можно преобразовать одновременно в несколько различных форматов файлов, а проект объемного звука можно преобразовать в набор аудиофайлов объемного звучания.

Logic Pro — Технические характеристики

Минимальные системные требования

• macOS 11 или новее
• 6 ГБ свободного места для минимальной установки или 72 ГБ для полной установки звуковой библиотеки

Минимальные системные требования Logic Remote

iPad: iPadOS 14.0 или новее

iPhone: iOS 14.0 или новее *

iPod touch: iOS 14.0 или новее *

* Интеллектуальное управление, навигация по библиотеке звуков, интеллектуальная справка, полный микшер и доступ к элементам управления надстройками доступны только на iPad.

Общие

• 1929 определяемые клавиши и MIDI-команды
• 90 отзываемых экранов
• История отмены с 200 шагами, включая отмену редактирования плагинов и микшера
• Полная компенсация задержки плагина, в том числе для внешнего аудио и MIDI
• Разрешение 1/3840 для MIDI-событий

Аудио

• Аудиофайл и разрешение ввода / вывода до 24 бит / 192 кГц
• Максимальная продолжительность проекта более 6 часов при 96 кГц; 13 часов в 44.1 кГц
• Профессиональные алгоритмы дизеринга (POW-r, Apogee UV22HR)
• 64-битный механизм суммирования

Редактор партитуры

• До 16 независимых голосов в партии
• Более 4000 стандартных хордовых сеток
• Табулатура поддерживает до 16-струнных инструментов с любой настройкой

Знаки очков

• Ножки и подставки для разной длины
• Саморегулирующиеся многопозиционные упоры
• Ключ и тактовые символы
• Знаки ключа
• Нечеткие символы и символы крещендо / декрещендо
• Различные типы пластиков, включая ударные
• Акценты, знаки изгиба, ферматы и другие символы, относящиеся к определенным банкнотам
• Фразовые знаки
• Трели и прочие украшения, символы тремоло
• Маркировка педали сустейна
• Штриховые линии, повторяющиеся знаки и маркировка Segno и Coda
• Символы аккордов
• Аккордные сетки и символы табулатуры
• Символы разрыва страницы и строки
• Поддержка шрифта Bravura
• Импорт и экспорт MusicXML

Плагины и звуки

Плагины

• 70 плагинов эффектов, включая Pedalboard, который включает 35 педалей эффектов
• 25 программных инструментальных модулей
• 9 плагинов MIDI
• 7 плагинов инструментов и эффектов с поддержкой до 7.1 рамка
• Плагины с 14 эффектами с поддержкой объемного звука до 7.1.4
• Пользовательская система настройки инструмента, включая 97 фиксированных пресетов настройки, равномерный, пользовательский и настройку Hermode

Звуковая библиотека

• 5953 всего патчей для аудио, вспомогательных, программных инструментов и выходных треков
• 13,552 Apple Loops, охватывающих широкий диапазон жанров
• 1250 Пробоотборники
• 110 Инструменты Quick Sampler
• 3556 Алхимические пресеты
• 150 дизайнерских наборов драм-машин с более чем 3066 патчами отдельных частей набора
• 4529 настройки плагина для 104 плагинов
• 1060 пространств реверберации и деформированных эффектов для Space Designer
• 54 рисунка канавок для плагина MIDI Arpeggiator
• 26 сеток Live Loops
• 4 Учебные проекты
• 161 паттерн и шаблон для пошагового секвенсора

Смеситель

• До 1000 полос стереофонических аудиоканалов
• До 1000 программных инструментальных полосок
• До 1000 дополнительных полос каналов
• До 256 автобусов
• До 1000 внешних MIDI-треков
• 15 вставок для внутренних плагинов эффектов или плагинов эффектов Audio Units
• 8 вставок для внутренних или MIDI-плагинов аудиоустройств
• 12 посылов на канальную полосу, до или после фейдера или после панорамирования
• 32 группы для аудио, программных инструментов или полос каналов MIDI

Поддержка панели управления

Дополнительные плагины сторонних производителей

• Frontier Design Group: AlphaTrack
• Мутант джаза: Декстер
• KORG: nanoKONTROL
• M-Audio: Axiom, Axiom Pro, Axiom AIR, Oxygen
• Novation Launch Pad: все модели
• PreSonus: FaderPort
• Roland: V-STUDIO 20
• Smart AV: интеллектуальная консоль

Расширенная поддержка через плагины панели управления

• Апогей Электроникс ГиО
• Apple Logic Remote для iPhone и iPad
• CM Labs: Motor Mix
• Пользовательская лампа записи
• Emagic: логическое управление, XT
• Поддержка протокола EuCon для систем панелей управления серии Euphonix / AVID Artist
• Frontier Design Group: ТранзПорт
• шестигранник: TouchOSC
• JL Cooper: CS-32, FaderMaster 4/100, MCS3
• KORG: KONTROL49, microKONTROL
• Mackie: Baby HUI, HUI, Mackie Control, C4, Extender, MCU Pro, MCU XT Pro
• M-Audio: iControl
• Novation: все устройства, совместимые с AutoMap
• Radikal Technologies: САК-2к, САК-2.2
• Роланд: SI-24
• РОЛИ БЛОКИ
• TASCAM: US-2400
• Ямаха: 01V96, 01X, 02R96, DM1000, DM2000
• Всесторонняя поддержка любого управляющего оборудования через MIDI Learn

Объемный и пространственный звук

Поддержка различных конфигураций каналов объемного звучания Мониторинг Dolby Atmos

• Бинауральный (для стереонаушников)
• 2.0
• 5,1
• 7,1
• 5.1.4
• 7.1.4

Конфигурации микшера объемного звучания

• Квадрафонический
• LCRS
• 5.1 (ITU)
• 5.1.2 (Dolby Atmos)
• 5.1.4 (Dolby Atmos)
• 6,1 (ES / EX)
• 7,1 (SDDS или 3 / 4,1)
• 7.1.2 (Dolby Atmos)
• 7.1.4 (Dolby Atmos)

Совместимость

• Открытые проекты из Logic 5 или более поздней версии
• Откройте песни GarageBand непосредственно в Logic Pro
• Поддержка MIDI и аудиооборудования, совместимого с Core Audio
• Поддержка звуковых модулей эффектов, инструментов и плагинов MIDI
• Импорт / экспорт проектов AAF и XML (Final Cut Pro)
• Экспорт миксов Dolby Atmos как файлов ADM BWF64, совместимых с Apple Music
• Создайте проект из файла ADM BWF64 с дорожкой объемного слоя, всеми дорожками объектов и метаданными
• Импорт / экспорт регионов MIDI как файлов MIDI, экспорт регионов MIDI и аудио как петель Apple
• Импорт / экспорт нот в MusicXML
• Воспроизведение AIFF, WAV (BWF), CAF, SDII, Apple Lossless, соответствующих требованиям MP3 и AAC (неподходящие файлы будут преобразованы в PCM)
• Запись AIFF, CAF и WAV (BWF)
• Возврат в AIFF, WAV (BWF), CAF, MP3 и M4A (Apple Lossless, AAC)
• Записать любой отраженный звук прямо на CD или DVD-A (только звук PCM)

логических уровней — учись.sparkfun.com

Введение

Мы живем в мире аналоговых сигналов. Однако в цифровой электронике есть только два состояния — ВКЛ или ВЫКЛ. Используя эти два состояния, устройства могут кодировать, транспортировать и контролировать большой объем данных. Логические уровни в самом широком смысле описывают любое конкретное дискретное состояние, которое может иметь сигнал. В цифровой электронике мы обычно ограничиваем наше исследование двумя логическими состояниями — двоичным 1 и двоичным 0.

рассматривается в этом учебном пособии

• Что такое логический уровень?
• Назовите общие стандарты логических уровней в цифровой электронике.
• Как взаимодействовать между различными технологиями.
• Переключение уровня
• Пониженно-повышающие регуляторы напряжения

Рекомендуемая литература

Это руководство основано на базовых знаниях в области электроники. Если вы еще этого не сделали, подумайте о прочтении этих руководств:

Что такое схема?

Каждый электрический проект начинается со схемы. Не знаю, что такое схема? Мы здесь, чтобы помочь.

двоичный

Двоичная система — это система счисления в электронике и программировании … поэтому важно научиться этому. Но что такое двоичный? Как это переводится в другие системы счисления, такие как десятичные?

Что такое логический уровень?

Проще говоря, логический уровень — это определенное напряжение или состояние, в котором может существовать сигнал. Мы часто называем два состояния в цифровой схеме ВКЛ или ВЫКЛ.Представленное в двоичном формате, ON преобразуется в двоичную 1, а OFF переводится в двоичный 0. В Arduino мы называем эти сигналы HIGH или LOW соответственно. За последние 30 лет в электронике появилось несколько различных технологий для определения различных уровней напряжения.

Логический 0 или Логический 1

Цифровая электроника использует двоичную логику для хранения, обработки и передачи данных или информации. Двоичная логика относится к одному из двух состояний — ВКЛ или ВЫКЛ. Обычно это переводится как двоичная 1 или двоичный 0.Двоичная 1 также называется сигналом HIGH, а двоичный 0 — сигналом LOW.

Сила сигнала обычно описывается его уровнем напряжения. Как определяется логический 0 (LOW) или логическая 1 (HIGH)? Производители микросхем обычно определяют их в своих спецификациях. Наиболее распространенным стандартом является ТТЛ или транзисторно-транзисторная логика.

Активный низкий и активный высокий

При работе с микросхемами и микроконтроллерами вы, вероятно, столкнетесь с выводами, которые имеют активный низкий уровень и контакты, которые являются активными высокими.Проще говоря, это просто описывает, как активируется пин. Если это вывод с активным низким уровнем, вы должны «потянуть» этот вывод до НИЗКОГО уровня, подключив его к земле. Для активного высокого контакта вы подключаете его к ВЫСОКОМУ напряжению (обычно 3,3 В / 5 В).

Например, предположим, что у вас есть регистр сдвига с выводом включения микросхемы CE. Если вы видите вывод CE в любом месте таблицы с линией, подобной этой, CE, то этот вывод активен на низком уровне. Для включения микросхемы контакт CE необходимо подтянуть к GND.Если, однако, на выводе CE нет линии, значит, он активен на высоком уровне, и его необходимо подтянуть к ВЫСОКОМУ уровню, чтобы активировать вывод.

Многие ИС будут иметь контакты как с активным низким, так и с активным высоким уровнем. Только не забудьте дважды проверить имена контактов, над которыми есть линия. Линия используется для обозначения НЕ (также известного как полоса). Когда что-то ЗАМЕТАНО, оно переходит в противоположное состояние. Таким образом, если вход с активным высоким уровнем отмечен NOTTED, то теперь он активен с низким уровнем. Просто как тот!

Уровни логики TTL

Большинство используемых нами систем полагаются на либо 3.Уровни TTL 3 В или 5 В. TTL — это аббревиатура от Transistor-Transistor Logic. Он основан на схемах, построенных на биполярных транзисторах, для переключения и поддержания логических состояний. Транзисторы в основном представляют собой переключатели с электрическим управлением. Для любого логического семейства необходимо знать несколько уровней порогового напряжения. Ниже приведен пример стандартных уровней TTL 5 В:

В _OH — Минимальный уровень ВЫХОДНОГО напряжения, который устройство TTL обеспечивает для ВЫСОКОГО сигнала.

В _IH — Минимальный уровень ВХОДНОГО напряжения следует считать ВЫСОКИМ.

В _OL — Максимальный уровень выходного напряжения, который устройство обеспечивает для НИЗКОГО сигнала.

В _IL — Максимальный уровень входного напряжения все еще считается НИЗКИМ.

Вы заметите, что минимальное выходное ВЫСОКОЕ напряжение (V _OH ) составляет 2,7 В. В основном это означает, что выходное напряжение устройства, управляющего ВЫСОКИМ, всегда будет не менее 2,7 В. Минимальное входное ВЫСОКОЕ напряжение (В _IH ) ) равно 2 В, или в основном любое напряжение, которое составляет не менее 2 В, будет считываться как логическая 1 (ВЫСОКАЯ) для устройства TTL.

Вы также заметите, что существует подушка 0,7 В между выходом одного устройства и входом другого. Иногда это называют запасом шума.

Аналогично, максимальное выходное НИЗКОЕ напряжение (В _OL ) составляет 0,4 В. Это означает, что устройство, пытающееся отправить логический 0, всегда будет ниже 0,4 В. Максимальное входное НИЗКОЕ напряжение (В _IL ) составляет 0,8. V. Таким образом, любой входной сигнал ниже 0,8 В по-прежнему будет считаться логическим 0 (НИЗКИЙ) при считывании в устройство.

Что произойдет, если у вас напряжение между 0,8 В и 2 В? Что ж, ваше предположение не хуже моего. Честно говоря, этот диапазон напряжений не определен и приводит к недопустимому состоянию, часто называемому плавающим. Если выходной вывод на вашем устройстве «плавает» в этом диапазоне, нет уверенности в том, к чему приведет сигнал. Он может произвольно колебаться между HIGH и LOW.

Вот еще один способ взглянуть на допуски ввода / вывода для обычного устройства TTL.

3,3 В CMOS логические уровни

По мере развития технологий мы создали устройства, которые требуют более низкого энергопотребления и работают с более низким базовым напряжением ( _В = 3,3 В вместо 5 В). Для устройств на 3,3 В технология изготовления также немного отличается, что позволяет уменьшить занимаемую площадь и снизить общие затраты на систему.

Для обеспечения общей совместимости вы заметите, что большинство уровней напряжения почти такие же, как у устройств с напряжением 5 В.Устройство 3,3 В может взаимодействовать с устройством 5 В без каких-либо дополнительных компонентов. Например, логическая 1 (ВЫСОКИЙ) от устройства 3,3 В будет составлять не менее 2,4 В. Это по-прежнему будет интерпретироваться как логическая 1 (ВЫСОКИЙ) для системы 5 В, потому что оно выше V _IH , равного 2 В.

Однако следует предостеречь, когда идете в другом направлении и подключаете устройство с напряжением 5 В к устройству 3,3 В, чтобы устройство с напряжением 3,3 В было толерантным к 5 В. Спецификация, которая вас интересует, — это максимальное входное напряжение .На некоторых устройствах с напряжением 3,3 В любое напряжение выше 3,6 В приведет к необратимому повреждению микросхемы. Вы можете использовать простой делитель напряжения (например, 1 кОм и 2 кОм), чтобы снизить сигналы 5 В до уровня 3,3 В или использовать один из наших логических переключателей уровня.

Уровни логики Arduino

Глядя на таблицу ATMega328 (основной микроконтроллер, стоящий за Arduino Uno и Sparkfun RedBoard), вы можете заметить, что уровни напряжения немного отличаются.

Arduino построен на немного более прочной платформе. Наиболее заметное различие заключается в том, что недопустимая область напряжений составляет только от 1,5 В до 3,0 В. Запас шума больше на Arduino, и он имеет более высокий порог для НИЗКОГО сигнала. Это значительно упрощает создание интерфейсов и работу с другим оборудованием.

Ресурсы и дальнейшее развитие

Теперь, когда вы поняли суть одной из самых распространенных концепций в электронике, есть целый мир новых вещей, которые нужно изучить!

Хотите узнать, как микроконтроллер, такой как Arduino, может считывать аналоговое напряжение, создаваемое делителем напряжения? Вы можете сделать это с помощью нашего руководства по аналого-цифровым преобразователям.

Узнайте, как использовать различные уровни напряжения для управления другими устройствами, из нашего учебного пособия по широтно-импульсной модуляции.

Вам также может быть интересно использовать схемы делителей напряжения и преобразователи логических уровней для переключения с одного логического уровня на другой.

Последовательная связь

Концепции асинхронной последовательной связи: пакеты, уровни сигналов, скорости передачи, UART и многое другое!

Делители напряжения

Превратите большое напряжение в меньшее с помощью делителей напряжения.В этом руководстве рассказывается: как выглядит схема делителя напряжения и как она используется в реальном мире.

Руководство по подключению логического преобразователя уровня с однополярным питанием

Логический преобразователь с однополярным питанием позволяет двунаправленно транслировать сигналы от микроконтроллера 5 В или 3,3 В без необходимости во втором источнике питания! Плата обеспечивает выход как 5 В, так и 3,3 В для питания ваших датчиков. Он оснащен посадочным местом для резистора PTH для возможности регулировки регулятора напряжения на стороне низкого напряжения TXB0104 для 2.Устройства на 5 В или 1,8 В.

Или добавьте транзистор или реле для управления устройствами, работающими при более высоких напряжениях, как в руководствах, перечисленных ниже!

Монтажная панель со светодиодной подсветкой

Краткий обзор светодиодных полосок SparkFun и несколько примеров, показывающих, как их подключить.

Транзисторы

Ускоренный курс по биполярным транзисторам.Узнайте, как работают транзисторы и в каких схемах мы их используем.

Руководство по эксперименту с Интернетом вещей

SparkFun ESP8266 Thing Dev Board — это мощная платформа для разработки, которая позволяет подключать ваши аппаратные проекты к Интернету. В этом руководстве мы покажем вам, как объединить некоторые простые компоненты для удаленной регистрации данных о температуре, отправки себе текстовых сообщений и управления освещением издалека.

Список литературы

Ritchey Comp Road Logic — классический шоссейный велосипед по отличной цене

Цена:

1760 $
Вес: 17.8 фунтов (заявлено, 55 см)
Размеры: 49, 51, 53, 55, 57, 59 см
Подходящий велосипед для: тех, кто любит длительные хаотичные поездки по разным поверхностям

Купить сейчас Больше изображений

Дизайнер и конструктор рам Том Ричи занимается производством велосипедов и снаряжения уже 45 лет, и эта модель является отличным примером работы, благодаря которой он был занесен в Зал славы велосипедистов. Comp Road Logic в равной степени классическая и современная. Он предназначен для длительных поездок по дорогам, особенно если они пересекаются (или проходят только по) грунтовым дорогам.Но Ричи также хотел мотоцикл, который бы не отставал от быстрого набора и помогал бы вам в спринтерских соревнованиях. Еще одна смесь старого и нового: стальная рама оснащена современной карбоновой вилкой.

Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Наконец, он стал более доступным. Ричи взял раму премиум-класса и соединил ее с более дешевыми компонентами Ritchey Comp и групсетом Shimano 105 (ранее Shimano Ultegra), чтобы охватить более широкую аудиторию.Иногда бренды используют материал рамы более низкого качества, чтобы снизить стоимость более дешевых моделей, но в данном случае это не так. Вы получаете лучшие работы Ричи, а полная сборка теперь доступна за меньшие деньги.

Ritchey предлагает только эту версию за 1760 долларов, хотя вы можете купить только рамку за 875 долларов.

Comp Road Logic имеет стальную раму и карбоновую вилку

. Предоставлено Ричи

Стальная рама Comp Logic

Классические размеры трубы и растянутая посадка при езде придают Comp Logic вневременной, гоночный вид.Создавая собственные трубки, Ричи может использовать более легкую сталь с более тонкими стенками, не жертвуя при этом прочностью и долговечностью. Конструкция с тройным стыком означает, что стенки трубы имеют три разные толщины, самые тонкие в середине и самые толстые в местах соединения труб, что обеспечивает прочность сварных швов. Короткие стыковые секции и сварка TIG обеспечивают прочную и легкую конструкцию.

Рулевая колонка также является собственной разработкой Ричи. Рулевая труба должна быть достаточно прочной, чтобы выдерживать большое количество скручивающего усилия, но без излишка материала (т.е.е. масса). Расширяя рулевую трубу на верхней и нижней обоймах подшипников, Ричи делает ее легче, чем прямая труба большего размера, создавая при этом место для установки стандартной 1⅛-дюймовой чашки гарнитуры. Ричи утверждает, что это сэкономит 80 граммов, а также поможет создать элегантный дизайн.

Ричи использует расширяющуюся головную трубку, чтобы она оставалась легкой, при этом он все еще может вставить стандартную чашку для гарнитуры размером 1 1/8 дюйма.

Предоставлено Ричи

Помогая мотоциклу делать все, Logic подходит для шин шириной до 30 мм, в зависимости от комбинации шин и обода.Так что, проводите ли вы большую часть своего времени в дороге или грязи, или просто предпочитаете размер шин, Comp Logic в какой-то мере подойдет. Подседельный штырь диаметром 27,2 мм — еще одна приятная уступка комфорту, так как подседельный штырь меньшего диаметра немного прогибается, чтобы помочь вынести жало на неровных дорогах.

Классическая геометрия в современном стиле

Logic имеет классические линии с почти прямой подседельной трубой и перьями в стиле фастбэк, которые крепятся высоко возле воротника сиденья. Он спроектирован так, чтобы быть комфортным во время дневных приключений, таких как 100-мильные прогулки, которые любит сам Ричи, но также обладает достаточной резкостью, чтобы чувствовать себя отзывчивым на более гоночных поездках.Вытянутая посадка и колесная база чуть длиннее средней придают Logic классическое ощущение гонок, обеспечивающее стабильность на высоких скоростях. Рулевое управление более отзывчивое, но стальная рама обеспечивает плавность хода.

Предоставлено Ричи

Другие компоненты Ritchey, которые мы любим

Группа Shimano 105 компании Comp является фаворитом благодаря сочетанию низкой цены, надежности и плавности переключения передач. Трансмиссия 105 разделяет конструктивные особенности с более дорогими группами Shimano Ultegra и Dura-Ace, такими как четырехрычажная система шатунов и 11-скоростная трансмиссия.Ричи также отмечает отличные тормозные суппорты. В то время как Ричи прославился как производитель рам, в наши дни бренд, возможно, более известен своими деталями, и этот идет со скромной, но качественной рулью Ritchey Comp, выносом, подседельным штырем и седлом. Вы также получаете алюминиевые бескамерные диски Ritchey Zeta II и шины Comp Tom Slick 700×27 мм.

Мэтт Джейкобс Редактор тестов, Велосипед Мэтт вырос, катаясь на BMX в Великобритании, ездил по Европе и США, и теперь он тратит эти мили на тестирование дорожных, горных и городских велосипедов для езды на велосипеде.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти дополнительную информацию об этом и подобном контенте на сайте piano.io.

Логика и риторика — Memoria Press

Логика — изначальный навык мышления. Логическая программа Memoria Press вернула многие утерянные инструменты преподавания этого важного предмета, так что ваш ребенок может выучить его простым пошаговым способом.Риторика, утерянное искусство убеждения, теперь доступна вашему ученику в удобном формате, чтобы он или она могли научиться спорить и убеждать.

Хотите знать, с чего начать?

Щелкните здесь, чтобы посмотреть, как автор, Мартин Котран, объясняет идеальное продвижение через логическую программу Memoria Press.

Номинальная 5,00 из 5

От: 103,95 $ 77,97 $

7+ классы

7+ классы

8+ классы

Оценка 5.00 из 5

$ 103.95 $ 77.97

8+ классы

9+ классы

10–12 классы (НЕОБХОДИМО приложение к Классической риторике)

9+ классы

9+ классы

Дополнения

классы 8–12 (дополнительное приложение к традиционной логике II)

классы 8–12 (дополнительное приложение к традиционной логике II)

10–12 классы (факультативное дополнение к Классической риторике)

10–12 классы (факультативное дополнение к Классической риторике)

Coplogic Solutions Отчет об инцидентах и ​​сбоях

* Обозначает обязательное поле

Имя *

Фамилия *

Рабочий телефон *

Рабочий адрес электронной почты *

Компания *

Страна / регион * Страна / Регион * United StatesAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAscension IslandAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBrazilBritish Индийский океан TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCanadaCape VerdeCayman IslandsChadChannel IslandsChileChinaColombiaComorosCongoCook IslandsCosta RicaCroatiaCubaCuracaoCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEquatorial GuineaEritreaEstoniaEthiopiaFalkland (Мальвинские) острова FijiFinlandFranceFrench PolynesiaGabonGambiaGeorgiaGermanyGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHondurasHong Kong SARHungaryIcelandIndiaIndonesiaIranIraqIrelandIsraelItalyIvory CoastJamaicaJapanJordanKazakhstanKenyaKoreaKorea, Корейская Народно-Демократическая RepKuwaitKyrgyzstanLaosLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Арабская JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacau SARMacedoniaMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMexicoMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontenegroMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPalestinian AuthorityPanamaPapua Новый GuineaParaguayPeruPhilippinesPolandPortugalPuerto RicoQatarRomaniaRussian FederationRwandaSamoaSan MarinoSaudi ArabiaSenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSt.Китс и Невис LuciaSt. Пьер и Микелон Винсент и GrenadinesSudanSurinameSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian арабских RepublicTaiwanTajikistanTanzaniaThailandTogoTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Арабские EmiratesUnited KingdomUruguayUS Малые отдаленные IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin острова (Британские) Виргинские острова (США) Западная SaharaYemenZambiaZimbabwe

Почтовый Индекс *

Промышленность * Отрасли

Подсектор * Подсектор *

Название работы Должность Исполнительный консультант / Аналитик, Ассистент / Ассистент

Должность юриста Право Должность АгентАналитикКапитанГлавныйПолковникКомандующийКомиссарЗаместитель / Помощник начальникаЗаместитель / Под шерифомДетективДиректор, Отдел разведки / угроз, Директор, Отдел расследований / Оперативный отдел, следователь / ИнспекторЛейтенант, Майор, ОфицерДругой, Сержант, Шериф, Шериф, Шериф

Население, обслуживаемое агентством Население, обслуживаемое агентством 0-20,000 1,000,001 и выше 100,001-200,000 20,001-50,000 200,001-500,000 50,001-100,000 501,000-1,000,000

RMS

Когда вы собираетесь совершить покупку Когда вы собираетесь совершить покупку Просто ищите информацию о продукте Следующие 12 месяцев Следующие 3-6 месяцев

Как вы о нас узнали

Как мы можем вам помочь

Да, я хочу получать электронные письма о решениях Coplogic

Представлять на рассмотрение

уровней напряжения логического сигнала | Логические ворота

Входные напряжения для логических вентилей

Цепи логического затвора

предназначены для ввода и вывода только двух типов сигналов: «высокий» (1) и «низкий» (0), которые представлены переменным напряжением: полное напряжение источника питания для «высокого» состояния и нулевое напряжение. для «низкого» состояния.В идеальном мире все сигналы логической схемы будут существовать при этих крайних пределах напряжения и никогда не отклоняться от них (т.е. ниже полного напряжения для «высокого» или больше нуля для «низкого»).

Однако в действительности уровни напряжения логического сигнала редко достигают этих идеальных пределов из-за паразитных падений напряжения в схеме транзистора, и поэтому мы должны понимать ограничения уровня сигнала схем затвора, поскольку они пытаются интерпретировать напряжения сигнала, лежащие где-то между полными напряжение питания и ноль.

Допустимое отклонение напряжения входов затвора TTL

Вентили

TTL работают при номинальном напряжении питания 5 вольт, +/- 0,25 вольт. В идеале «высокий» сигнал TTL должен составлять ровно 5,00 вольт, а «низкий» сигнал TTL — ровно 0,00 вольт.

Однако реальные схемы затворов TTL не могут выдавать такие идеальные уровни напряжения и предназначены для приема «высоких» и «низких» сигналов, существенно отклоняющихся от этих идеальных значений.

«Допустимые» напряжения входного сигнала находятся в диапазоне от 0 вольт до 0.8 В для «низкого» логического состояния и от 2 до 5 В для «высокого» логического состояния.

«Допустимые» напряжения выходного сигнала (уровни напряжения, гарантированные производителем затвора в указанном диапазоне условий нагрузки) варьируются от 0 до 0,5 В для «низкого» логического состояния и от 2,7 до 5 В для «высокого» логического уровня. состояние:

Если бы сигнал напряжения в диапазоне от 0,8 до 2 вольт должен был быть отправлен на вход затвора TTL, не было бы определенного ответа от затвора.Такой сигнал будет считаться неопределенным , и ни один производитель логических вентилей не может гарантировать, как их схема затвора будет интерпретировать такой сигнал.

Запас шума TTL

Как вы можете видеть, допустимые диапазоны для уровней выходного сигнала уже, чем для уровней входного сигнала, чтобы гарантировать, что любой TTL-затвор, выводящий цифровой сигнал на вход другого TTL-затвора, будет передавать напряжения, приемлемые для принимающего затвора. Разница между допустимым диапазоном выходного сигнала и входного сигнала называется запасом шума затвора.

Для ворот TTL запас шума низкого уровня — это разница между 0,8 вольт и 0,5 вольт (0,3 вольта), а запас шума высокого уровня — это разница между 2,7 вольт и 2 вольт (0,7 вольта). Проще говоря, запас помехоустойчивости — это пиковая величина паразитного или «шумового» напряжения, которое может быть наложено на слабый сигнал выходного напряжения затвора до того, как затвор-приемник может его неправильно интерпретировать:

Допустимое отклонение напряжения входов затвора КМОП

Схемы затвора CMOS

имеют характеристики входного и выходного сигналов, которые сильно отличаются от TTL.Для затвора CMOS, работающего при напряжении источника питания 5 вольт, допустимые напряжения входного сигнала находятся в диапазоне от 0 до 1,5 вольт для «низкого» логического состояния и от 3,5 до 5 вольт для «высокого» логического состояния.

«Допустимые» напряжения выходного сигнала (уровни напряжения, гарантированные производителем затвора в указанном диапазоне условий нагрузки) варьируются от 0 до 0,05 В для «низкого» логического состояния и от 4,95 до 5 В для «высокого» логического уровня. состояние:

CMOS Запас помехоустойчивости

Из этих цифр должно быть очевидно, что схемы затвора CMOS имеют гораздо больший запас по шуму, чем TTL: 1.45 вольт для нижнего и верхнего пределов CMOS по сравнению с максимумом 0,7 вольт для TTL. Другими словами, КМОП-схемы могут выдерживать более чем в два раза большее количество наложенного «шумового» напряжения на свои входные линии, прежде чем возникнут ошибки интерпретации сигнала.

Запас шума при более высоких рабочих напряжениях

Запас по шуму

CMOS еще больше расширяется при более высоких рабочих напряжениях. В отличие от TTL, который ограничен напряжением источника питания 5 вольт, CMOS может питаться от напряжения до 15 вольт (некоторые схемы CMOS могут достигать 18 вольт).

Здесь показаны допустимые «высокое» и «низкое» состояния как для входа, так и для выхода интегральных схем КМОП, работающих от 10 В и 15 В соответственно:

Поля для допустимых «высоких» и «низких» сигналов могут быть больше, чем показано на предыдущих рисунках. То, что показано, представляет характеристики входного сигнала в «наихудшем случае» в соответствии со спецификациями производителя. На практике можно обнаружить, что схема затвора будет допускать «высокие» сигналы со значительно меньшим напряжением и «низкие» сигналы со значительно большим напряжением, чем указанные здесь.

И наоборот, показанные чрезвычайно малые выходные запасы — гарантирующие выходные состояния для «высоких» и «низких» сигналов с точностью до 0,05 В от «шин» источника питания — оптимистичны. Такие «твердые» уровни выходного напряжения будут справедливы только для условий минимальной нагрузки. Если затвор получает или пропускает значительный ток в нагрузку, выходное напряжение не сможет поддерживать эти оптимальные уровни из-за внутреннего сопротивления канала конечных выходных полевых МОП-транзисторов затвора.

Пороги напряжения

В пределах «неопределенного» диапазона для любого входа затвора будет некоторая демаркационная точка, отделяющая фактический «низкий» диапазон входного сигнала затвора от его фактического «высокого» диапазона входного сигнала.То есть где-то между самым низким «высоким» уровнем напряжения сигнала и самым высоким «низким» уровнем напряжения сигнала, гарантированным производителем затвора, существует пороговое напряжение, при котором затвор фактически переключит свою интерпретацию сигнала с «низкого» »Или« высокий »или наоборот. Для большинства схем затвора это неопределенное напряжение является одной точкой:

.

Входы с шумом переменного тока

В присутствии «шумового» напряжения переменного тока, наложенного на входной сигнал постоянного тока, единственная пороговая точка, в которой логический элемент изменяет свою интерпретацию логического уровня, приведет к ошибочному выходу:

Если этот сценарий кажется вам знакомым, это потому, что вы помните аналогичную проблему со схемами операционного усилителя (аналогового) компаратора напряжения.При единственной пороговой точке, в которой вход вызывает переключение выхода между «высоким» и «низким» состояниями, наличие значительного шума приведет к ошибочным изменениям на выходе:

Триггер Шмитта

Решением этой проблемы является установка бита положительной обратной связи в схему усилителя. В операционном усилителе это делается путем подключения выхода обратно к неинвертирующему (+) входу через резистор.

В схеме затвора это влечет за собой перепроектирование внутренней схемы затвора, устанавливая обратную связь внутри корпуса затвора, а не через внешние соединения. Спроектированный таким образом затвор называется триггером Шмитта . Триггеры Шмитта интерпретируют изменяющиеся входные напряжения в соответствии с двумя пороговыми напряжениями : положительным порогом (VT +) и отрицательным порогом (VT-) (VT-):

Гистерезис в триггерных вентилях Шмитта

Триггерные вентили Шмитта обозначены на схематических диаграммах маленьким символом «гистерезис», нарисованным внутри них, напоминающим кривую B-H для ферромагнитного материала.Гистерезис, создаваемый положительной обратной связью в схеме затвора, добавляет дополнительный уровень помехоустойчивости к характеристикам затвора.

Триггерные вентили Шмитта

часто используются в приложениях, где ожидается шум на линии (ах) входного сигнала и / или где нестабильный выходной сигнал будет очень пагубным для производительности системы.

Использование технологий TTL и CMOS в одной системе

Разные требования к уровню напряжения для технологий TTL и CMOS создают проблемы, когда два типа вентилей используются в одной и той же системе.Хотя работа ворот CMOS с тем же напряжением источника питания 5,00 В, которое требуется для ворот TTL, не проблема, уровни выходного напряжения TTL не будут совместимы с требованиями к входному напряжению CMOS.

Пример схемы сочетания TTL и CMOS

Возьмем, к примеру, логический элемент И-НЕ ТТЛ, выводящий сигнал на вход затвора инвертора КМОП. Оба затвора питаются от одного источника 5,00 В (V _cc ). Если TTL-вентиль выдает «низкий» сигнал (гарантированно между 0 вольт и 0.5 вольт), он будет правильно интерпретирован входом затвора CMOS как «низкий» (ожидается напряжение от 0 до 1,5 вольт):

Однако, если затвор TTL выдает «высокий» сигнал (гарантированно находящийся в диапазоне от 5 до 2,7 вольт), он может не интерпретировать должным образом входом затвора CMOS как «высокий» (ожидаемое напряжение между 5 вольт. и 3,5 вольта):

Учитывая это несоответствие, TTL-вентиль вполне может выдать действительный «высокий» сигнал (действительный, то есть в соответствии со стандартами для TTL), который находится в «неопределенном» диапазоне для входа CMOS и может быть (ложно) интерпретируется принимающим гейтом как «низкий».Простым «решением» этой проблемы является увеличение «высокого» уровня напряжения сигнала затвора TTL с помощью подтягивающего резистора:

Однако для сопряжения выхода TTL с входом CMOS требуется нечто большее, если на приемный вентиль CMOS подается более высокое напряжение источника питания:

Использование затвора TTL с открытым коллектором с затвором CMOS

Конечно, не будет проблем с CMOS-затвором, интерпретирующим «низкий» выход TTL-затвора, но «высокий» сигнал от TTL-затвора — это совсем другое дело.Гарантированный диапазон выходного напряжения от 2,7 до 5 вольт на выходе затвора TTL далеко не соответствует допустимому диапазону затвора CMOS от 7 до 10 вольт для «высокого» сигнала.

Если мы используем затвор TTL с открытым коллектором вместо выходного затвора с тотемным полюсом, то подтягивающий резистор к шине питания 10 вольт V _dd поднимет «высокое» выходное напряжение затвора TTL до полной мощности. напряжение питания затвора CMOS. Поскольку затвор с открытым коллектором может потреблять только ток, а не ток источника, уровень напряжения в «высоком» состоянии полностью определяется источником питания, к которому подключен подтягивающий резистор, что аккуратно решает проблему рассогласования:

Проблемы использования выхода CMOS на вход TTL

Благодаря отличным характеристикам выходного напряжения вентилей CMOS, обычно не возникает проблем с подключением выхода CMOS к входу TTL.Единственная существенная проблема — это текущая нагрузка, представленная входами TTL, поскольку выход CMOS должен потреблять ток для каждого из входов TTL, находясь в «низком» состоянии.

Однако, когда рассматриваемый CMOS-затвор запитан от источника напряжения, превышающего 5 вольт (V _cc ), возникнет проблема. «Высокое» выходное состояние затвора КМОП, превышающее 5 вольт, будет превышать допустимые пределы входного сигнала затвора ТТЛ для «высокого» сигнала.

Использование схемы инвертора с открытым коллектором

Решением этой проблемы является создание схемы инвертора с «открытым коллектором» с использованием дискретного NPN-транзистора и ее использование для сопряжения двух вентилей вместе:

Резистор «подтягивающий резистор R » не является обязательным, поскольку входы TTL автоматически переходят в состояние «высокий», когда остаются плавающими, что произойдет, когда на выходе затвора CMOS будет «низкий уровень» и транзистор отключится.Конечно, одним очень важным следствием реализации этого решения является логическая инверсия, создаваемая транзистором: когда затвор КМОП выдает «низкий» сигнал, затвор TTL видит «высокий» вход; и когда CMOS-затвор выдает «высокий» сигнал, транзистор насыщается, и TTL-затвор видит «низкий» вход.