Условные графические изображения цифровых микросхем (ГОСТ). Уго микросхем

Порядок оформления раздела

1. Из табл.1 выбрать в соответствии с учебным шифром кодовое название микросхемы.

2. Определить и расшифровать назначение каждого элемента кода микросхемы.

3. Определить и расписать назначение микросхемы по функциональному назначению.

2.2 Условное графическое обозначение (уго) микросхем и назначение выводов

УГО микросхем цифровой и аналоговой техники построены на основе прямоугольников, называемых полями. УГО простейших устройств (например, логических элементов) состоят только из основного поля, в более сложных к нему добавляют одно или два дополнительных, располагаемых слева и справа. В основном поле помещают надписи и знаки, обозначающие функциональное назначение элемента или микросхемы, в дополнительных – так называемые метки, поясняющие назначение выводов. Ширина полей определяется числом знаков (с учетом пробелов). Минимальная ширина основного поля – 10, дополнительных – 5 мм. Расстояние между выводами, а также между выводом и горизонтальной стороной УГС или границей зоны, отделяющей одну выводы от других, – 5 мм (все размеры в масштабе 1:1).

В местах присоединения линий-выводов изображают специальные знаки (указатели), характеризующие их особые свойства: небольшой кружок (инверсия), наклонную черточку ("/" - прямой, "\" - инверсный динамический вход), крестик (вывод, не несущий логической информации, например, вывод питания).

В правом поле УГО цифровых микросхем иногда помещают знаки, построенные на основе ромбика. Если он снабжен черточкой сверху, это означает, что данный вывод соединен с коллектором р-n-р транзистора, эмиттером n-р-n транзистора, стоком полевого с р-каналом или истоком транзистора с n-каналом. Если же названные электроды принадлежат транзисторам противоположной структуры или приборам с каналом противоположного типа, черточку помещают снизу. Ромбиком с черточкой внутри обозначают вывод с так называемым состоянием высокого выходного сопротивления (Z-состоянием).

Чтобы не загромождать схему цепями питания цифровых микросхем, соответствующие выводы в их УГО обычно не изображают, а чтобы было ясно, к каким выводам подводится питание, в местах, откуда оно поступает (выход источника питания, цепь, к которой подключается внешний источник), помещают стрелки с адресами, например, "К выв. 14 DD1, DD2; выв. 10 DD3, DD4; выв. 16DD5, DD6".

Наиболее распространенными аналоговыми интегральными схемами являются операционные усилители (ОУ). Обозначение ОУ на структурных схемах показано на рис. 2.

Рис. 2. Условное графическое обозначение ОУ: а – упрощенное; б – с дополнительными полями

Упрощенное УГО (рис. 2, а), на котором показаны два входа (инвертирующий и неинвертирующий) и выход, обычно используются для схем, объясняющих принцип действия устройства. Для схем, предназначенных для проектирования функциональных узлов первого уровня (печатных плат), необходимо показать все выводы микросхемы ОУ и их подключение. Поэтому используются УГО, содержащие дополнительные поля с одной или с обеих сторон от основного поля, в которых указываются метки, характеризующие функции вывода (рис. 2, б). На этом рисунке:

4 – инвертирующий вход «W» ОУ;

5 – неинвертирующий вход ОУ;

10 – выход «m» ОУ;

6, 11– выводы для подключения источников – Uп и +Uп;

3, 12 – выводы для подключения цепей внешней частотной коррекции ОУ (частотная коррекция должна быть подключена в любой схеме на основе ОУ; может быть не показана на принципиальной схеме. Буквенный код аналоговых микросхем – буквы ДА.

К элементам цифровой техники относят устройства или части устройств, реализующие функцию или систему функций алгебры логики. Буквенный код элементов цифровой техники – буквы DD.

Рис. 3. УГО цифрового элемента

Условные графические обозначения элементов цифровой техники строят на основе прямоугольника [2]. В общем виде УГО может содержать основное и одно или два дополнительных поля, расположенных по обе стороны от основного (рис. 3). Размер УГО по ширине зависит от наличия дополнительных полей и количества помещаемых в них знаков обозначения функции элемента: по высоте – от числа выводов, интервалов между ними и числа строк информации в основном и дополнительном полях. Согласно стандарту ЕСКД ширина основного поля должна быть не менее 10, дополнительных – не менее 5 мм (при большом числе знаков в метках и обозначении функции элемента эти размеры соответственно увеличивают). Расстояние между выводами – 5 мм или кратно этой величине; между выводом и горизонтальной стороной УГО (или границей зоны) – не менее 2,5 мм и кратно этой величине. При разделении групп выводов величина интервала должна быть не менее 10 и кратна 5 мм. При необходимости допускается поворачивать УГО на угол 90° по часовой стрелке, т. е. располагать входы сверху, а выходы – снизу. Выводы элементов обозначаются цифрами. Назначение выводов сводится в таблицу.

Выводы элементов подразделяют на статические и динамические, которые, в свою очередь, могут быть прямыми и инверсными. Прямые статические выводы изображают линиями электрической связи, присоединяемыми к основному или дополнительному полю УГО без каких-либо знаков (рис. 3: а – статический вход, б – статический выход), инверсные – линией с кружком на конце (в, д, ж, к – входы; г, е, и, л – выходы; предпочтительными являются обозначения в, г). Отличительным признаком динамического вывода (входа) – косая черточка, стрелка или треугольник. Прямые динамические входы обозначают, как показано на рис. 3, м – о; предпочтительные символы – м, н.

Рис. 4

Обозначения инверсных выводов – на рис.3, п – m (предпочтительные – п, р). Выводы, не несущие логической информации, выделяют крестиком, который наносят либо в месте присоединения к УГО (у, ф), либо в непосредственной близости от него (х, ц). Предпочтительными являются обозначения у, ф.

Если необходимо указать характер воздействия группы сигналов, указатель можно поместить не в месте присоединения выводов, а на линии, разделяющей основное и дополнительное поля (см. рис. 3, ч).

Рис. 5

Так называемые открытые выводы элементов помечают одним из специальных знаков: ромбиком (рис. 4,а) или кружком с четырьмя лучами (рис.4,б). Если необходимо указать, что данный вывод соединен с коллектором транзистора структуры р-n-р, эмиттером транзистора п-р-n, стоком полевого транзистора с p-каналом или истоком транзистора с n-каналом, ромбик снабжают черточкой сверху (в), а кружок – уголком, обращенным к нему раскрывом (г). Если вывод соединён с коллектором n-р-n-транзитора, или с эмиттером p-n-p транзистора, или стоком полевого транзистора с каналом n-типа, или истоком полевого транзистора с каналом p-типа черточку у ромбика помещают снизу (д), а вершину уголка направляют в сторону кружка (е). Если в основном поле УГО логического элемента присутствует комбинация &◊ (1◊), это означает монтажное «И» («ИЛИ»). Вывод с так называемым третьим состоянием или состоянием высокого импеданса (Z-состоянием) обозначают ромбиком с черточкой внутри (ж) или латинской буквой Z(и).

Примеры условных графических некоторых элементов обозначений цифровой техники приведены на рис. 6.

Рис. 6 Условные графические обозначения некоторых цифровых элементов

Под позиционным обозначением DD\ здесь представлен двухвходовый логический элемент «И-НЕ». Знак в виде ромбика с черточкой внизу означает, что элемент имеет открытый коллекторный выход структуры n-р-n.

Элемент DD2 – трехвходовый «ИЛИ-НЕ», DD3 – двухвходовый элемент «исключающее ИЛИ», DD4 – элемент «2ИЛИ-И-НЕ». Позиционное обозначение DD5 на рис. 4 принадлежит одновибратору. У данного одновибратора два (прямой и инверсный) динамических (косая черта на границе основного и дополнительного полей) входа запуска, объединенных по «И» (знак &), вход «Сброс» (R) и два выхода (прямой и инверсный). Частотозадающие RC-элементы подключают к выводам С и RC, помеченным крестиками. Условные графические обозначения триггеров DD6, DD1 представлены на рис.4. Триггер DD6 является RS-триггером со статическими инверсными входами R (установка в нулевое состояние) и S (в единичное) и двумя выходами: прямым и инверсным. Второе УГО символизирует D-триггер с установкой по инверсным входам R и S, с динамическим входом С, реагирующим на изменение сигнала с уровня логического «0» на уровень логической «1», и такими же, что и у предыдущего триггера, выходами.

Под позиционным обозначением DD8 изображено УГО двоично-десятичного реверсивного счетчика. Прямые динамические входы +1 и -1 предназначены для подачи тактовых импульсов соответственно при прямом и обратном счете, прямой статический вход R служит для установки счетчика в состояние «0», инверсный вход С – для предварительной записи информации, поступающей на входы в коде 1-2-4-8. В таком же коде снимается информация и с выходов счетчика. Сигнал на выводе CR появляется при прямом счете одновременно с переходом счетчика в состояние 0 (после 9), на выводе BR – при обратном счете (после 1). Напряжение питания подают на выводы 0V и +5V Номера, указанные над линиями выводов счетчика, соответствуют номерам выводов микросхемы К155ИЕ6 (тип микросхемы обычно указывают рядом с позиционным обозначением, как в данном примере). Элемент DD9 – дешифратор состояний счетчика, преобразующий сигналы в двоичном коде 1-2-4-8 в сигналы управления семисегментным индикатором (метки – латинские строчные буквы а–g – соответствуют общепринятым обозначениям сегментов, метка h соответствует разделители разрядов). Вход S предназначен для гашения индицируемого знака Условное графическое обозначение DD10 на рис.4 обозначает четырехразрядный регистр сдвига типа К155ИР1, позволяющий записывать последовательную и параллельную информацию, сдвигать и считывать ее в том же виде. Для сдвига вправо: V1 – вход последовательного кода, С1 – тактовые импульсы. При этом V2 и D1 – D4 должны быть равны «0». Для записи параллельного кода: V2 = 1, С2 = 0, а V1 и C1 – любые значения.К числу выводов, не несущих логическую информацию, относят выводы питания, выводы электродов транзисторов (например, в наборах транзисторов), выводы для подключения внешних частотозадающих элементов (резисторов, конденсаторов, кварцевых резонаторов и т. п.).

Вывод питания в общем случае обозначают латинской буквой U. Если питающих напряжений несколько, их условно нумеруют и указывают каждое у своего вывода. Вместо буквы можно указать номинальное значение напряжения и его полярность (см. рис. 4, DD8). Общий вывод помечают нулевым напряжением 0 V.

studfiles.net

Уго микросхемы памяти.

Разрядность памяти – разрядность ячейки памяти, т.е. разрядность минимальной адресуемой единицы памяти..

Слово памяти – адресуемая единица.

Количество слов = 2^n входов.

Цикл чтения/записи ПП запоминающего ус-ва.

Память имеет 3 режима работы: запись чтение и хранение.

Временные диаграммы чтения записи:

На них показаны времена выборки относительно адреса tA и выбора tcs, длительности импульсов tw различных сигналов и цикла адреса tSY(A), задержка tDZ перехода выхода из активного состояния в состояние отключено, времена предустановки tSU и удержания tH с указанием сигналов, для которых они отсчитываются. Приведено время восстановления trec(WR), отсчитываемое как необходимая пауза между повторениями активных интервалов сигнала WR.

Для построения ЗУ произвольной емкости применяют:

- Увеличение разрядности микросхем

- Увеличение адресности ЗУ

Микросхемы памяти. Общая структура микросхемы памяти с произвольной выборкой. Временная диаграмма цикла чтения.

Ячейки памяти составляют двумерный массив, т.е. матрицу и те из них, что находятся на одной строке условно называются строкой, а те, что друг под другом - условно столбцом и образуют зону хранения. Функция выборки обеспечивается дешифраторами.

Усилители записи/чтения необходимы для преобразования уровня сигнала в понятный для других устройств вид.

Регистр адреса содержит адрес ячейки к которой нужно получить доступ, при этом часть регистра – это адрес строки а вторая часть – адрес столбца.

Временные параметры:

tW – длительность сигнала
tREC– интервал между сигналами
tSU – время установления одного сигнала относительно другого, определяется как интервал времени между началами двух сигналов на разных входах микросхемы
tV– время сохранения одного сигнала после другого, определяется как интервал времени между окончаниями двух сигналов на разных входах микросхемы
tCY – время цикла определяется интервалом времени между началами (окончаниями) сигналов на адресных или одном из управляющих входов, в течении которого микросхема выполняет функцию записи(tCYW) или считывания (tCYR).

Обратимся к временной диаграмме и кратко опишем работу микросхемы статического ОЗУ с использованием временных параметров. При записи информации вначале подают адресный код A1, A2, ..., A7затем сигнал записи WR/RD = 1 и бит информации на вход DI. Доступ к накопителю открывает сигнал, который должен быть установлен навходе CS спустя время tSU(A‑CS)относительно сигналов кода адреса. Длительность сигналаопределяют параметрыtW(CS), а длительность интервала между сигналамипараметромtREC(CS). Сигналы кода адреса необходимо сохранять на время tV(CS‑A)после снятия сигнала .

В течении всего цикла записи tCYWвыход микросхемы находится в Z-состоянии. Для статических ОЗУ длительность цикла записи определяется как сумма длительности сигнала и интервала между сигналами tCYW = tW(CS) + tSU(A‑CS).

Реализация фал на микросхеме памяти.

ППЗУ с организацией 2mxn по поступающему на его вход m-разрядному адресу выдает n-разрядное выходное слово, хранящееся в ячейке с данным адресом. Такое ЗУ воспроизводит систему переключательных функций, число которых равно разрядности выходного слова. Действительно, на каждом выходе может быть воспроизведена любая переключательная функция m -аргументов, а совокупность выходов даст n различных функций.

DI – входные данные.

DO – выходные данные

A – адрес

W – запись/чтение

Cs – выборка кристалла (chip select) – эквивалентен E (Enable)

Реализация функции в СДНФ определяет большие затраты элементов памяти, однако цена элемента памяти значительно ниже цены логического элемента, поэтому даже при избыточности числа элементов памяти в несколько раз (в сравнении с числом логических элементов, необходимых для воспроизведения функции традиционным методом) реализация на ППЗУ может оказаться выгодной. Особенности ППЗУ указывают на целесообразность его использования для реализации в первую очередь функций, не поддающихся существенной минимизации. При этом время выполнения операции — время считывания данных из ЗУ.

studfiles.net

Глава 3 Условные графические изображения цифровых микросхем (гост)

Цифровая или микропроцессорная микросхема, ее элемент или компонент; цифровая микросборка, ее элемент или компонент обозначаются на принципиальных схемах условно-графическим обозначением в соответствии с ГОСТ2.743-91. Условно-графическое обозначение (УГО) микросхемы имеет форму прямоугольника, к которому подводят линии выводов. Условное графическое обозначение микросхемы может содержать три поля: основное и два дополнительных, которые располагают слева и справа от основного (рисунок 3.1). В первой строке основного поля условно-графического обозначения микросхемы помещают обозначение функции, выполняемой данным логическим элементом. В последующих строках основного поля располагают информацию по ГОСТ 2.708.

Рисунок 3.1 Условно-графическое изображение цифровых микросхем.

В дополнительных полях помещают информацию о назначениях выводов (метки выводов, указатели). Дополнительные поля на условно-графическом изображении цифровых микросхем могут отсутствовать. Входы на условно-графическом изображении цифровых микросхем располагают слева, а выходы — справа. Номера выводов микросхем помещают над линией вывода ближе к изображению микросхемы.

Параметры цифровых микросхем

Точно так же как и аналоговые схемы, цифровые схемы должны описываться какими-то параметрами. Аналоговые схемы характеризуются напряжением питания, при котором они могут работать. Цифровые микросхемы тоже обладают этим параметром. В настоящее время наиболее распространены цифровые микросхемы с напряжением питания +5 В и +3,3 В, хотя существуют микросхемы, способные работать в диапазоне напряжений от 2 до 6 В.

Уровни логического нуля и единицы

Как уже говорилось ранее, цифровые микросхемы характеризуются тем, что могут находиться только в двух состояниях. Состояния цифровых микросхем могут быть описаны двумя цифрами: '0' и '1'. При этом можно состояние микросхемы характеризовать различными параметрами. Например, током или напряжением в цепях микросхемы, открыты или заперты транзисторы на выходе микросхемы, светится или нет светодиод (если он входит в состав микросхемы).

Условились в качестве логических состояний цифровых микросхем воспринимать напряжение на их входе и выходе. При этом высокое напряжение договорились считать единицей, а низкое напряжение — считать нулем. В идеальном случае напряжение на выходе микросхем должно быть равным напряжению питания или общего провода схемы. В реальных схемах так не бывает. Даже на полностью открытом транзисторе есть падение напряжения. В результате на выходе цифровой микросхемы напряжение всегда будет меньше напряжения питания и больше потенциала общего провода. Поэтому договорились напряжение, меньшее заданного уровня (уровень логического нуля) считать нулём, а напряжение, большее заданного уровня (уровень логической единицы), считать единицей. Если же напряжение на выходе микросхемы будет больше уровня логического нуля, но меньше уровня логической единицы, то такое состояние микросхемы будем называть неопределённым. На рисунке 3.2 приведены допустимые уровни выходных логических сигналов дляТТЛ микросхем. Обратите внимание, что чем ближе выходное напряжение к напряжению питания или к напряжению общего провода схемы, тем выше к.п.д. цифровой микросхемы.

Рисунок 3.2 Уровни логических сигналов на выходе цифровых ТТЛ микросхем

Напряжение с выхода одной микросхемы передаётся на вход другой микросхемы по проводнику. В процессе передачи на этот проводник может наводиться напряжение от каких либо генераторов помех (осветительная сеть, радиопередатчики, импульсные генераторы). Помехоустойчивость цифровых микросхем определяется максимальным напряжением помех, которое не приводит к превращению логического нуля в логическую единицу и зависит от разности логических уровней цифровой микросхемы.

U-пом = Uвых1мин-Uвх1мин

То же самое относится и к помехам, превращающим логический ноль в логическую единицу.

U+пом = Uвых0макс-Uвх0макс

Чем меньше разница между Uвх1мин и Uвх0макс, тем большим усилением обладает цифровая микросхема. Типовое усиление ТТЛ микросхем по напряжению Ku составляет 40 раз. Это приводит к тому, что подав на вход этой микросхемы напряжение, на 40 мВ меньшее уровня Uпор, мы воспримем его как логический ноль, и на выходе этой микросхемы получим нормальный логический уровень. При подаче на вход ТТЛ микросхемы напряжения, на 40 мВ большего уровня Uпор, это напряжение будет восприниматься как логическая единица. Граница уровня логического нуля и единицы для ТТЛ микросхем приведена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 Уровни логических сигналов на входе цифровых ТТЛ микросхем

Вспомним, что на выходе цифровой ТТЛ микросхемы уровень логической единицы не может быть меньше 2,4 В, а уровень логического нуля не может быть больше 0,4 В. В результате, даже при наведении на вход ТТЛ микросхемы помехи, напряжением 0,96 вольт, искажение цифровой информации не произойдёт.

Теперь вспомним, что микросхемы могут работать при воздействии неблагоприятных факторов таких как пониженная температура, старение микросхем, воздействие радиации. Поэтому производители микросхем гарантируют срабатывание микросхем с некоторым запасом. Например, фирма Texas Instruments объявляет для своих микросхем входной уровень единицы — 2 В, а уровень нуля — 0,8 В. Эти уровни тоже показаны на рисунке 3.

А что же произойдёт, если напряжение на входе цифровой микросхемы будет близко к порогу, разделяющему уровень логического нуля и логической единицы? В этом случае микросхема перейдет в активный режим работы и оба выходных транзистора могут оказаться открытыми. В результате микросхема может выйти из строя. Поэтому входы цифровых (особенно КМОП) микросхем ни в коем случае не должны быть оставлены неподключенными! Если часть элементов цифровой микросхемы не используется, то их входы должны быть подключены к источнику питания или общему проводу схемы. И в заключение данной темы обратите внимание, что конкретное значение порога переключения для различных экземпляров микросхем и от серии к серии микросхем может изменяться в некоторых пределах. Это ещё одна причина, по которой нельзя подавать на вход логических микросхем напряжение в пределах неопределённого состояния или оставлять входы микросхем неподключенными.

studfiles.net

Условные графические изображения цифровых микросхем (ГОСТ)

Рисунок 3.1 Условно-графическое изображение цифровых микросхем.

Параметры цифровых микросхем

Уровни логического нуля и единицы

Рисунок 3.2 Уровни логических сигналов на выходе цифровых ТТЛ микросхем

U-пом= Uвых1мин-Uвх1мин

То же самое относится и к помехам, превращающим логический ноль в логическую единицу.

U+пом= Uвых0макс-Uвх0макс

Чем меньше разница между Uвх1мини Uвх0макс, тем большим усилением обладает цифровая микросхема. Типовое усиление ТТЛ микросхем по напряжению Kuсоставляет 40 раз. Это приводит к тому, что подав на вход этой микросхемы напряжение, на 40 мВ меньшее уровня Uпор, мы воспримем его как логический ноль, и на выходе этой микросхемы получим нормальный логический уровень. При подаче на вход ТТЛ микросхемы напряжения, на 40 мВ большего уровня Uпор, это напряжение будет восприниматься как логическая единица. Граница уровня логического нуля и единицы для ТТЛ микросхем приведена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 Уровни логических сигналов на входе цифровых ТТЛ микросхем

А что же произойдёт, если напряжение на входе цифровой микросхемы будет близко к порогу, разделяющему уровень логического нуля и логической единицы? В этом случае микросхема перейдет в активный режим работы и оба выходных транзистора могут оказаться открытыми. В результате микросхема может выйти из строя. Поэтому входы цифровых (особенно КМОП) микросхем ни в коем случае не должны быть оставлены неподключенными!Если часть элементов цифровой микросхемы не используется, то их входы должны быть подключены к источнику питания или общему проводу схемы. И в заключение данной темы обратите внимание, что конкретное значение порога переключения для различных экземпляров микросхем и от серии к серии микросхем может изменяться в некоторых пределах. Это ещё одна причина, по которой нельзя подавать на вход логических микросхем напряжение в пределах неопределённого состояния или оставлять входы микросхем неподключенными.

Входные и выходные токи цифровых микросхем

Ещё один важный параметр любой микросхемы — это предельно допустимый выходной ток. Для цифровых микросхем есть два различных значения выходного тока: ток единицы (высокого потенциала) и ток нуля (низкого потенциала). В цифровых микросхемах эти значения различаются. Путь протекания тока единицы цифровых микросхем показан на рисунке 3.4.1

Рисунок 3.4.1 Путь протекания выходного тока единицы цифровых микросхем

На этом рисунке видно, что в простейшем случае выходной ток цифровой микросхемы (вытекающий ток) совпадает с входным током единицы нагрузочной цифровой микросхемы (микросхемы-приёмника). Часто требуется подавать сигнал с выхода одной микросхемы на несколько других микросхем. В этом случае выходной ток микросхемы будет определяться как сумма входных токов микросхем-приёмников. Количество однотипных микросхем, которые могут быть одновременно подключены к выходу микросхемы, определяютпредельную нагрузочную способность микросхемы.

Путь протекания выходного тока нуля (втекающий ток) показан на рисунке 3.4.2. В этом случае выходной ток микросхемы тоже определяется суммой входных микросхем, подключенных к ее выходу.

Рисунок 3.4.2 Путь протекания выходного тока нуля цифровых микросхем

Для того, чтобы цифровые микросхемы могли нагружаться на несколько микросхем, входной ток должен быть меньше выходного. Для ТТЛ микросхем нагрузочная способность составляет обычно 10. Для КМОП микросхемона может достигать 100, то есть на выход одной КМОП микросхемы можно нагружать до сотни входов других КМОП микросхем.

Параметры, определяющие быстродействие цифровых микросхем

Быстродействие цифровых микросхем определяется скоростями их перехода из одного состояния в другое. При этом оно определяется временем задержки выходного сигнала относительно входного. Не следует путать это время с длительностью фронта выходного импульса цифровой микросхемы. В общем случае длительность переднего (rising — нарастающего) фронта и заднего (falling — спадающего) фронта не совпадают. Длительность фронта определяется как время нарастания (спада) выходного сигнала от напряжения 0,1 U до напряжения 0,9 U, где U — это разность напряжений между уровнем логической единицы и уровнем логического нуля. На рисунке 3.5 длительность переднего (rising — нарастающий) фронта обозначена как tф01, а длительность заднего (falling — спадающий) фронта обозначена как tф10.

Рисунок 3.5 Определение длительности переднего и заднего фронта выходного импульса

Время задержки выходного сигнала относительно входного обычно больше длительности фронта выходного сигнала и именно этот параметр приводится в качестве характеристики цифровой микросхемы, определяющей её быстродействие. Это время определяется по точке пересечения входным и выходном сигналами порогового уровня. В цифровых микросхемах время задержки переднего фронта и время задержки заднего фронта обычно не совпадает. Времена задержки t01и t10показаны на временной диаграмме, приведенной на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6 Определение времени задержки цифровой микросхемы

Описание логической функции цифровых схем

Для того, чтобы упростить анализ любых схем обычно фиксируют какие-либо параметры схемы. Для того, чтобы исключить влияние задержек распространения сигналов на выходные сигналы цифровых микросхем, можно рассматривать эти сигналы в статическом режиме.

Для того, чтобы исключить влияние конкретных схемных решений цифровых устройств, а также влияние конкретных значений выходного напряжения и токов нагрузки, входные и выходные сигналы цифровой схемы можно описывать цифрами '0' и '1'.

Выходные сигналы в простейших цифровых схемах зависят только от входных сигналов, и не зависят от их значений в предыдущие моменты времени. Такие цифровые устройства получили название комбинационных цифровых устройств. Обычно такие устройства описываются при помощи таблиц истинности.

Таблица истинности— это совокупность всех возможных комбинаций логических сигналов на входе цифрового устройства и значений выходных сигналов для каждой комбинации. Для того, чтобы не пропустить ни одной комбинации входных сигналов их обычно записывают в виде двоичного кода. Пример таблицы истинности приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1 Таблица истинности цифровой микросхемы

№ комбинации	вх1	вх2	вх3	Вых1	Вых2

Для описания принципов работы комбинационной цифровой схемы полностью достаточно таблицы истинности. Этой же таблицы достаточно для создания её принципиальной схемы.

Логические элементы

Любые цифровые микросхемы строятся на основе простейших логических элементов:

1. Логический элемент "НЕ" — выполняет функцию инвертирования;

2. Логический элемент "И" — выполняет функцию логического умножения.

3. Логический элемент "ИЛИ" — выполняет функцию логического суммирования;

Рассмотрим эти логические элементы подробнее.

Инвертор

Простейшим логическим элементом является инвертор, который просто изменяет значение входного сигнала на прямо противоположное значение. Его логическая функция записывается в следующем виде:

где черта над входным значением и обозначает изменение его на противоположное. То же самое действие можно записать при помощи таблицы истинности, приведённой в таблице 1. Так как вход у этого логического элемента только один, то его таблица истинности состоит только из двух строк.

Таблица 1.1 Таблица истинности логического инвертора

В качестве логического инвертора можно использовать обычный транзисторный усилитель с транзистором, включенном по схеме с общим эмиттером или истоком. Схема логического инвертора, выполненная на биполярном n-p-n транзисторе, приведена на рисунке 1.

Рисунок 1.1 Схема простейшего логического инвертора

Схемы логических инверторов могут обладать различным временем распространения сигнала и могут работать на различные виды нагрузки. Они могут быть выполнены на одном или на нескольких транзисторах, но независимо от схемы этого логического элемента и её параметров они осуществляют одну и ту же функцию. Для того, чтобы особенности включения транзисторов не затеняли выполняемую функцию, были введены специальные обозначения для цифровых микросхем — условно-графические обозначения. Условно-графическое изображение инвертора приведено на рисунке 2.

Рисунок 2. Условно-графическое изображение логического инвертора

Логический элемент "И"

Следующим простейшим логическим элементом является схема, реализующая операцию логического умножения "И":

F(x1,x2) = x1^x2

где символ ^ и обозначает функцию логического умножения. Иногда эта же функция записывается в другом виде:

F(x1,x2) = x1^x2= x1·x2= x1&x2.

То же самое действие можно записать при помощи таблицы истинности, приведённой в таблице 2. В формуле, приведенной выше использовано два аргумента. Поэтому элемент, выполняющий эту функцию имеет два входа. Такой элемент обозначается "2И". Для элемента "2И" таблица истинности будет состоять из четырех строк (22 = 4).

Таблица 1.2 Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию "2И"

Как видно из приведённой таблицы истинности активный сигнал на выходе этого логического элемента появляется только тогда, когда и на входе X и на входе Y будут присутствовать логические единицы. То есть этот логический элемент действительно реализует операцию "И"

Проще всего понять, как работает логический элемент "И", при помощи схемы, построенной на идеализированных ключах с электронным управлением, как это показано на рисунке 1.2 В этой схеме ток будет протекать только тогда, когда оба ключа будут замкнуты, а значит, единичный уровень на выходе схемы появится только при двух логических единицах на входе.

Рисунок 1.2 Принципиальнае схема, реализующая логическую функцию "2И"

Условно-графическое изображение схемы, выполняющей логическую функцию "2И", на принципиальных схемах приведено на рисунке 1.3, и с этого момента схемы, выполняющие функцию “И” будут приводиться именно в таком виде. Это изображение не зависит от конкретной принципиальной схемы устройства, реализующей функцию логического умножения.

Рисунок 1.3 Условно-графическое изображение схемы, выполняющей логическую функцию "2И"

Точно так же описывается и функция логического умножения трёх переменных:

F(x1,x2,x3)=x1^x2^x3

Её таблица истинности будет содержать уже восемь строк (23 = 4). Таблица истинности трёхвходовой схемы логического умножения "3И" приведена в таблице 1.3, а условно-графическое изображение на рисунке 1.4. В схеме же, построенной по принципу схемы, приведённой на рисунке 1.2, придётся добавить третий ключ.

Таблица 1.3 Таблица истинности схемы, выполняющей логическую функцию "3И"

16. Элементы аналоговой техники - Условные графические обозначения на электрических схемах - Компоненты - Инструкции

К элементам аналоговой техники относятся всевозможные усилители (в том числе суммирующие, интегрирующие, дифференцирующие и т. п.), функциональные преобразователи, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, электронные ключи, коммутаторы и т. п. Многие из этих устройств выпускаются в виде интегральных микросхем, потому их код в позиционных обозначениях на схеме — латинские буквы DA. Рядом с позиционным обозначением обычно указывают тип элемента, а возле выводов — их номера (часто говорят — «цоколевку» ).

Условные графические обозначения изделий этой группы построены аналогично символам элементов цифровой техники: как и последние, кроме основного, они могут содержать одно или два дополнительных поля, их размеры также определяются числом выводов, числом знаков в метках и обозначении функции и т. п. Входы элементов аналоговой техники располагают слева, выходы — справа. При необходимости УГО изображают повернутым на 90° по часовой стрелке (входы — сверху, выходы — снизу). Прямые входы и выходы обозначают линиями, присоединяемыми к контуру УГО без каких-либо знаков, инверсные — с кружком в месте присоединения (см. рис. 15.2).

Как и в цифровой технике, в основном поле УГО элемента аналоговой техники указывают его функциональное назначение. Обозначение функции может состоять из букв латинского алфавита, арабских цифр и специальных знаков. Обозначения наиболее часто встречающихся функций приведены в табл. 16.1.

Таблица 16.1 Условное обозначение некоторых функций

Наименование функции	Код
Детектирование	DK
Деление	X:Y или x:y
Деление частоты	:FR или :fr
Дифференцирование	D/DT или d/dt
Интегрирование	int или ∫
Логарифмирование	LOG или log
Замыкание	SWM
Размыкание	SWB
Переключение	SWT
Преобразование	X/Y или x/y
Сравнение	=
Суммирование	SM
Тригонометрические функции (например, тангенс)	TG или tg
Умножение	XY или ху
Формирование	F
Усиление	> или
Преобразование цифроаналоговое	#/Λ
Преобразование аналого-цифровое	Λ/#

Символы сложных функций комбинируют из простых, располагая их в последовательности обработки сигнала. Допускается использовать обозначения для элементов цифровой техники (см. табл. 15.1).Назначение выводов указывают метками, помещаемыми в дополнительных полях. Обозначения некоторых основных меток приведены в табл. 16.2.

Таблица 16.2 Обозначение некоторых выводов аналоговых устройств

Метка вывода	Код
Начальное значение интегрирования	1
Установка начального значения	S
Установка в состояние 0	R
Поддержание текущего значения сигнала	H
Строб, такт	C
Пуск	ST
Балансировка(коррекция 0)	NC
Коррекция частотная	FC
Питание от источника напряжения (общее обозначение)	U
Питание от источника напряжением -15 В	-15U
Общий вывод	0V

Часть из них допускается использовать и в качестве дополнительных характеристик элемента (в этом случае их помещают после символа функции) или сигналов (например, знаки аналогового и цифрового сигналов изображают над выводами элемента, чтобы отличить вид сигнала).

Общее обозначение усилителя показано на рис. 16.1 (DA1). О том, что это — усилитель, говорит знак в виде треугольника. Слева от него (на месте буквы ƒ ) указывают функцию, выполняемую усилителем (например, дифференцирование, логарифмирование), справа (на месте буквы m) — коэффициент усиления (если он общий для всех выходных сигналов). На месте меток W1—Wn записывают весовые коэффициенты входных сигналов, а меток m1—mk, — частные коэффициенты усиления сигналов, снимаемых с соответствующих выходов.

Если коэффициент усиления всех сигналов одинаков, в основном поле можно указать его значение. Если же коэффициент усиления равен 1 или настолько велик, что знание конкретной величины не имеет значения, его допускается не указывать (в последнем случае можно вписать знак бесконечности ∞ или прописную букву М).

С учетом сказанного, УГО с позиционным обозначением DA1 на рис. 16.2 обозначает инвертирующий усилитель с коэффициентом усиления 5.

Под позиционным обозначением DA2 изображено УГО так называемого операционного усилителя. У него один выход и два входа: прямой (или неинвертирующий, так как фаза выходного сигнала совпадает с фазой сигнала, поданного на этот вход) и инверсный (инвертирующий; фаза выходного сигнала сдвинута на 180° относительно сигнала на этом входе).

Выводы с метками «-15V» и «+15V» предназначены для подключения двуполярного источника питания ±15 В, с метками FC — для подсоединения цепи, корректирующей АЧХ усилителя, выводы NC — для подключения элементов балансировки по постоянному току, вывод металлического корпуса (метка в виде ; желательно не путать с общим выводом, который должен обозначаться 0V) — для соединения с общим проводом устройства, в которое входит операционный усилитель.

Отличительный признак суммирующего усилителя — буквы SM или общепринятый символ математической суммы — греческая буква Σ. Для примера на рис. 16.2 изображен суммирующий усилитель DA3 с коэффициентом усиления 20. С учётом указанных весовых коэффициентов напряжение на выходе должно быть равно

U = 20(0,2а + 0,2b + 0,5с + 2d) = 4а + 4Ь + 10с + 40d.

Позиционное обозначение DA4 на рис. 16.2 принадлежит дифференцирующему усилителю с общим коэффициентом усиления 3 и двумя входами с весовыми коэффициентами 0,5 и 3 соответственно. Его выходное напряжение определяется формулой

Элементы аналоговой техники могут управляться цифровыми сигналами. Чтобы отличить выводы, предназначенные для этой цели, над ними помещают знак цифровой информации в виде двойного креста #. На рис.16.2 изображен интегрирующий усилитель DA5, управляемый цифровыми сигналами. У него два аналоговых входа а и b с весовыми коэффициентами 3 и 5, вход для подачи сигнала начального значения интегрирования I, три входа цифрового управления (С — для подачи тактирующего импульса, S — для установки начального значения, Н — для поддержания текущей величины сигнала) и инверсный выход. При уровне сигнала d, соответствующем лог. «1», а сигналов е и ƒ — лог.«0», выходное напряжение равно

Преобразователи На рис. 16.3 приведены условные графические обозначения некоторых функциональных преобразователей — устройств, осуществляющих перемножение, деление и другие действия над аналоговыми сигналами. Для примера изображены УГО перемножителя (DA1; U= 5ab), делителя (DA2; U= a/b), В обозначении функции деления использовать косую чёрту вместо двоеточия не разрешается.

Общее УГО преобразователя сигналов из одного вида в другой DA3 показано на рис. 16.3. Вместо букв х и у в основное поле могут быть вписаны обозначения обрабатываемой информации, например, напряжение (U), частота (f), длительность импульса ( τ ) и т. п., а также ее вид (аналоговая или цифровая). Примеры УГО этой группы приведены с позиционными обозначениями DA4 (преобразователь напряжения в частоту), DA5 и DA6 (соответственно аналого-цифровой и цифроаналоговый преобразователи).

Электронный коммутатор В основном поле УГО электронных ключей и коммутаторов вместо буквенного кода (табл. 16.1) можно помещать символы соответствующей группы контактов (замыкающих, размыкающих и переключающих), что придает УГО большую наглядность, как это показано на рис. 16.4. Поскольку подобные устройства обычно управляются цифровыми сигналами, неотъемлемой частью их УГО являются входы для этих сигналов. Так, через электронные ключи DA1 аналоговый сигнал проходит в любом направлении при подаче на цифровой вход (обозначен #) напряжения логической «1» и не проходит, если это напряжение имеет уровень «О», в ключах DA2 — наоборот, проходит при уровне «О» и не проходит при уровне «1».

Электронный коммутатор DАЗ управляется цифровыми сигналами через логический элемент «И» (об этом свидетельствует знак & в зоне дополнительного поля, к которой присоединены выводы с символами цифрового сигнала). В этом случае при поступлении на оба управляющих входа напряжений с уровнем 1 аналоговый сигнал проходит на выход 2, а при всех других значениях цифровых сигналов — на выход 1.

radio-hobby.org