2. Сравнительная оценка базовых логических элементов

В настоящее время наиболее широко применяются микросхемы ТТЛ-типа (транзисторно-транзисторная логика), так как их параметры соответствуют требованиям разнообразной электронной аппаратуры. ТТЛ ИМС обладают сравнительно высоким быстродействием при относительно большой потребляемой мощности, высокой помехоустойчивостью и большой нагрузочной способностью.

Промышленность выпускает несколько разновидностей ТТЛ ИМС, в том числе ИС с диодами Шотки (ТТЛШ) повышенного быстродействия (но большей мощности потребления) и маломощные (но с меньшим быстродействием).

Микросхемы ЭСЛ-типа (эмиттерно-связанная логика) являются наиболее быстродействующими. Это обусловлено, в частности, тем, что транзисторы элемента работают в активном режиме, чем исключается время выхода из насыщения; перезарядка нагружающих вывод емкостей происходит достаточно быстро через малое выходное сопротивление эмиттерных повторителей.

Наряду с высоким быстродействием и большой нагрузочной способностью ЭСЛ-элемент отличается меньшей, чем ТТЛ-элемент, помехоустойчивостью (ввиду того, что для его переключения достаточен небольшой перепад входного напряжения), а также относительно большим потреблением мощности (за счет работы транзисторов в активном режиме и малых сопротивлений резисторов, дополнительно обеспечивающих быстродействие), что повышает требования к источникам питания и системе охлаждения.

Микросхемы КМОП-типа (на комплементарных МОП-транзисторах) отличаются исключительно малым потреблением мощности, за счет чего температура кристалла не превышает допустимой при весьма большом количестве компонентов на нем. Это позволяет изготовлять большие интегральные схемы (БИС) КМОП-типа с наивысшей в настоящее время степенью интеграции. Малая потребляемая мощность позволяет использовать аппаратуру на КМОП ИМС при ограниченных возможностях источников питания. Вместе с тем КМОП ИМС отличают высокая помехозащищенность и большое входное сопротивление, следствием чего является высокая нагрузочная способность (большой коэффициент разветвления по выходу). Наряду с этим КМОП-элемент имеет ограниченный коэффициент объединения по входу. Это связано с тем, что число входов равно числу нагрузочных транзисторов; за счет значительного падения напряжения на большом количестве отпертых нагрузочных транзисторов напряжение логической 1 на выходе может существенно снизиться. По быстродействию микросхемы КМОП-типа уступают микросхемам ЭСЛ- и ТТЛ-типов.

Таблица 1.1

Параметр	Тип логики
	ТТЛ	ТТЛШ	ЭСЛ	КМОП
Напряжение питания , В	5	5	-5,2	3…5
Напряжение логической 1 , В	2,4	2,7	-0,9
Напряжение логического 0 , В	0,4	0,5	-0,6
Быстродействие , нс	20	5	2,9	50
Помехоустойчивость , В	Не менее 0,4	Не менее 0,5	0,2	Не менее 0,3
Потребляемая мощность , мВт	22	19	35	0,1
Коэффициент разветвления по выходу	10	10	15	50
Коэффициент объединения по входу	8	4	9	–

В ряде случаев цифровое устройство приходится выполнять не микросхемах разных типов (например, ТТЛ и ЭСЛ). При этом для согласования уровней логических 1, а также логических 0 применяют преобразователи уровней.

Промышленность выпускает микросхемы и других типов, в частности диодно-транзисторной логики (ДТЛ) и резисторно-транзисторной логики (РТЛ). ДТЛ ИМС представляют собой комбинацию диодной схемы И и транзисторного инвертора. РТЛ- и ДТЛ-типы микросхем относятся к ранним разработкам, не обладают необходимыми параметрами и выпускаются для ремонта аппаратуры, изготовленной ранее.

В таблице 1.1 сведены параметры элементов серий 155 (ТТЛ), 531 (ТТЛШ), 100 (ЭСЛ), 561 (КМОП).