«Преобразователи уровней интегральных схем» (стр. 1 из 3)
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)
Кафедра « Электроника и защита информации»
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО ТЕМЕ:
«Преобразователи уровней интегральных схем»
ТТЛ-КМДП
Вариант 17
Выполнил:
Студент гр. АУИ-311
Проверил:
ст. преподаватель
Катина М.В.
Москва 2009
Содержание.
1. Цель работы........................................................................................................3
2. Теоретическая часть………………………………………...............................3
3. Расчёт преобразователя уровня (ПУ). Исходные данные.............................4
3.1. Выбор напряжения питания ПУ............................................................ ..7
3.2. Выбор номиналов резисторов...................................................................7
3.3. Определение мощности потребляемой ПУ.............................................9
3.4. Построение передаточной характеристики ПУ
...........103.5 Расчет статической помехоустойчивости……………………………. .11
Список используемой литературы......................................................................12
1. Цель работы.
Цель курсовой работы - научиться проектировать схемы, используемые для согласования цифровых интегральных схем, относящихся к различной элементарной базе, например ТТЛ и КМДП.
2. Теоретическая часть.
Преобразователь уровней (ПУ) - специальная схема, преобразующая выходные сигналы цифровой ИС (интегральная схема) одного типа во входные сигналы цифровой ИС другого типа (Иногда ПУ называют транслятором уровней).
ПУ должен обеспечить преобразование выходного логического уровня одного элемента ЛЭ1 во входной логический уровень другого элемента ЛЭ2 с заданным коэффициентом разветвления n. (т.е. ПУ должен давать требуемый логический уровень для n элементов ЛЭ2, параллельно подключенных к выходу ПУ).
При проектировании микроэлектронной аппаратуры на цифровых интегральных микросхемах на практике возникает необходимость в совместном использовании цифровых ИМС (интегральные микросхемы) различных серий. Эти ИМС могут существенно различаться как конструктивно-технологическими, схемотехническими решениями, так и электрическим и параметрами, вследствие чего они не могут сопрягаться непосредственно. Использование ПУ позволяет обеспечить управление интегрального логического элемента (ЛЭ) одной серии интегральным логическим элементом другой серии, т.е. добиться электрического и временного сопряжения этих двух элементов.
Каждый ЛЭ характеризуется набором входных и выходных статических и динамических параметров. К статическим параметрам относятся: входные (Uвх) и выходные (Uвых) напряжения; уровни логической "1" (U1) и логического "0" (U0); входные и выходные токи ЛЭ в состояниях логического "0" и логической "1м по входу и выходу; Iн - ток нагрузки; Uп+ -допустимая положительная статическая помеха при уровне на выходе (помехозащищенность снизу) и Uп- - допустимая статическая помеха при уровне У на выходе (помехозащищённость сверху).
Средние значения этих параметров, пределы их изменений и их полярности у различных ЛЭ разные.На рис.1 представлена обобщенная структурная схема согласования элементов ЛЭ1 и ЛЭ2 с различными типами логики и схемотехники. Основным элементом схемы согласования является преобразователь уровня ПУ. Входной П1 и выходной ПЗ каскады обеспечивают согласование выходов ЛЭ1 со входом П2 и выхода П2 с входом ЛЭ2. В отличие от логических элементов, у которых значения уровней входных и выходных сигналов, как правило, совпадают, у ПУ значения входных и выходных сигналов всегда различны. Это характерный признак ПУ. Поэтому простейшим способом обеспечения полного сопряжения уровней ЛЭ1 и ЛЭ2 является способ построения схемы, при котором входной каскад ПУ - П1 был реализован аналогично схеме выходного каскада ЛЭ1. Аналогично выходной каскад ПУ - ПЗ должен быть реализован по схеме входного каскада ЛЭ2. Чтобы обеспечить выполнение этих условий при таком способе построения ПУ необходимо одновременно использовать питающие напряжения как ЛЭ1, так и ЛЭ2.
В практических случаях, когда ЛЭ1, ПУ, ЛЭ2 размещены на одной и той же плате или в одном корпусе микросхемы, схему ОУ можно упростить, исключив из нее каскады П1 или ПЗ или оба. В интегральном варианте ПУ может содержать все три каскада П1-П2-ПЗ, так как при этом ограничения на соединения между ПУ и цифровыми ИС с ЛЭ будут такими же, как для связей между цифровыми ИС в данной аппаратуре. Это в определенной степени облегчит конструирование электронных блоков аппаратуры.
Кроме обеспечения совместимости уровней сигналов ПУ должны удовлетворять специальным требованиям, например, таким как:
- сохранение преобразователем порогового уровня управляющего элемента ЛЭ1 и уровней токов элементов ЛЭ1 и ЛЭ2;
- обеспечение преобразования уровней с логической или без инверсии;
- обеспечение заданных требований по нагрузочной способности и параметрам быстродействия.
Обеспечение заданных требований по нагрузочной способности сводится к обеспечению преобразования выходного логического уровня элемента ЛЭ1 во входной логический уровень элемента ЛЭ2 с заданным коэффициентом разветвления n (т.е. ПУ должен давать требуемый логический уровень для n элементов ЛЭ2 параллельно подключенных к выходу ПУ).
Обеспечение заданных требований по параметрам быстродействия обычно сводится к тому, что ПУ не должен ухудшать быстродействие цифрового устройства, в котором он используется, т.е. задержка на переключение ПУ должна быть не больше задержки более медленного из элементов ЛЭ1 и ЛЭ2.
Можно сформулировать общие правила построения ПУ, пригодные для большинства возможных вариантов преобразователей уровня:
- преобразователи уровней проектируются для конкретных схем с обязательным учетом выходных характеристик и параметров управляющего элемента и входных характеристик и параметров управляемого элемента;
- перепад логических уровней управляющего элемента должен быть достаточным для надежного функционирования преобразователей уровней;
- преобразователь уровней должен обеспечивать необходимые динамические параметры с учетом емкостных и активных нагрузок.
По схемотехнической реализации основных логических функций цифровые ИМС, наиболее распространенные в настоящее время, подразделяются на следующие группы ИМС:
- ИМС транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ, ТТЛШ);
- ИМС эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ);
- ИМС на МДП-транзисторах (КМДП-логика, p-МДП-логика, n-МДП-логика);
- ИМС на элементах инжекционной логики (и2л).
3. Расчёт преобразователя уровня (ПУ). Исходные данные.
Согласуемые элементы, серии ИС: ТТЛ (К155)
КМДП (К561).Нагрузочная способность: 2
Частота переключения: 1
Температурный диапазон: -10 ¸ 70 0С
Из справочника выбираем конкретные микросхемы серии К155 и К561: К155ЛА1 – два элемента 4И-НЕ; К561ЛЕ5 –четыре элемента 2ИЛИ-НЕ. Параметры элементов выписываем из справочника [1]:
К155ЛА1:
Uип = 5В±5%; U’вых = 2,4В; Uовых = 0,4В, Iовых = Iпр в = 16 мА, I’вых = -Iпр в = 0.4 мА; t1,0 ≤15 нс;
t0,1 ≤ 22 нс;
коэффициент разветвления по выходу (при работе элементов на аналогичные)
данные параметры обеспечиваются в диапазоне температур 
+…+ 
Корпус ИМС К155ЛА1
Условное графическое обозначение
1,2,4,5,9,10,12,13 - входы X1-X8;
6 - выход Y1; 7 - общий;
8 - выход Y2; 14 - напряжение питания;
Uип = 9В±5%; U’вых ≥ 8,2В;Uовых ≤ 0,3В, Iовх = I’вх ≤ 0,1 мкА;t1,0 ≤200 нс; t0,1 ≤ 200 нс;Свх ≤12пФ
На рис.2 представлен схема преобразователя уровней элемента ТТЛ-типа в уровни элемента КМДП‑типа (ТТЛ→КМДП). Схема на транзисторе VT1 выполняет функции обычного инвертора-усилителя. Входной каскад (на транзисторах VT2 и VT3) КМДП-элемента в простейшем случае представляет собой обычный комплементарный каскад. Для того, чтобы этот каскад работал нормально, значения порогов p-канального транзистора VT2 Uор и n-канального транзистора VT3 Uon должны удовлетворять условию │Uор│+ Uon ≤ Е
рис. 2. рис.3.
В том случае, когда ставится задача спроектировать ПУ ТТЛ→КМДП для расположенных на одной и той же плате конкретных ТТЛ ИС и КМДП ИС с заданной нагрузочной способностью ПУ, частотой переключения и температурным диапазоном работы ПУ, схема преобразователя может содержать только один биполярный транзистор VT и резисторы Rб, Rк (рис 3.).
Для реализации ПУ выберем транзистор КТ503А, который является кремниевым, эпитаксиально-планарным n-p-n универсальным низкочастотным маломощным. Предназначен для работы в усилителях НЧ, операционных и дифференциальных усилителях, импульсных схемах.[8]