Основні параметри і характеристики елементів цифрових схем

Схема характеризується вхідною й вихідною напругою, вхідним і вихідним струмами, а також часовими параметрами (швидкодією).

Швидкодія логічного елемента при перемиканні визначається логічною схемою, технологією виготовлення і характером навантаження. Для ідентифікації вимірювання динамічних параметрів встановлені вимоги до амплітуди і тривалості фронтів вхідних і вихідних сигналів.

Основними динамічними параметрами логічних елементів є:

1. затримка поширення сигналів під час перемикання;

2. тривалість позитивного (наростаючого) і негативного (спадаючого) фронтів.

Затримка поширення визначається як інтервал часу між вхідним і вихідним сигналами логічного елемента і вимірюється на рівні 0,5 логічного переходу вхідного і вихідного сигналу. Оскільки час затримки передачі під час переходу з одиниці в нуль може відрізнятись від часу затримки передачі під час переходу з нуля в одиницю, то здебільшого користуються формулою

Рис. 15. схема інвертору

Рис. 16. Часова діаграма (цифрове представлення інформації)

Час переходу t¹⁰ – інтервал часу, протягом якого напруга на виході логічного елемента переходить від рівня логічної одиниці до рівня логічного нуля. Вимірюється період часу між 0,1 і 0,9 від логічного перепаду.

Час затримки вмикання логічного елемента – інтервал часу між вхідним і вихідним сигналами під час переходу напруги на виході логічного елемента від одиниці до нуля, виміряний на рівні 0,1 від логічного переходу вхідного сигналу і на рівні 0,9 від логічного переходу вихідного сигналу. Такий підхід зумовлений тим, що на верхньому й нижньому плато (рівна частина сигналу) можуть спостерігатися загасаючі коливання.

Інтенсивність відмови (відказу):

, де

n − кількість елементів, які відмовили за час випробування T,

N – кількість елементів, над якими проводились випробування.

Надійність (ймовірність безвідмовної роботи):

До статичних параметрів відносять:

, , , , , , , ,

Де, наприклад, – вхідний струм логічної одиниці, який визначають за умови, коли на вхід елемента подається напруга логічної одиниці.

Вхідні та вихідні значення рівнів і значення струмів визначають навантажувальну спроможність схем, а також сповивальну потужність за заданих умов. Здебільшого вхідні і вихідні параметри задаються для несприятливих режимів.

Для побудови розгалужених логічних кіл потрібно, щоб кожен елемент мав визначену навантажувальну здатність за входом і виходом, тобто міг працювати за кількома логічними входами та одночасно керувати кількома входами інших логічних елементів. Навантажувальну здатність елемента виражають коефіцієнтом об’єднання по входу та коефіцієнтом розгалуження на виході.

Коефіцієнт об’єднання по входу – це число входів логічного розширення.

Коефіцієнт розгалуження – число одиничних навантажень, які можна одночасно підключити до виходу логічного елемента. Одиничним навантаженням є один вхід базового логічного елемента. Кожен логічний елемент з боку входу є нелінійним навантаженням.

До конструктивних параметрів відносять:

1. кількість джерел живлення, необхідних для роботи певної серії;

2. тип корпусу (габарити, кількість виводів тощо);

3. інтегральні характеристики (ступінь інтеграції N логічної схеми, тобто кількість вентилів, розміщених на одному кристалі);

4. енергія перемикання

– енергія перемикання;

– середній час розповсюдження сигналу;

– середня потужність споживання (середнє арифметичне потужностей перемикання з нуля в одиницю та з одиниці в нуль).