Элементная база и схемотехника интерфейсных интегральных схем.

Элементная база ИИС.

В современной элементной базе интерфейсных схем наиболее широко используются ИС типа ТТЛ, ТТЛШ (ТТЛ с диодами Шоттки), ЭСЛ (эмиттерно-связанная логика), И²Л (интегрально-инжекционная логика) с обрамлением ТТЛШ. КМОП ИС, имеющие хорошие электрические характеристики для применения в функциональных блоках обработки информации, в интерфейсных схемах используются реже. КМОП ИС имеют малую статическую потребляемую мощность, высокую помехоустойчивость, слабую зависимость работоспособности и основных параметров от напряжения питания и температуры. К недостаткам КМОП ИС относится зависимость потребляемой мощности от частоты.

Передаточная характеристика КМОП многовходового элемента зависит от числа входов, на которые подан сигнал. Это связано с тем, что логическая функция в КМОП ИС реализуется параллельно-последовательным включением МОП транзисторов, число которых равно числу входов. Разное число включенных выходных транзисторов формирует и различные выходные характеристики.

В биполярных ИС меньший перепад логического сигнала приводит к более быстрому переключению ИС между логическими уровнями. Повышенный логический перепад КМОП ИС обуславливает большее время перезарядки емкости нагрузки той же величины.

Увеличение быстродействия ИС может быть достигнуто увеличением тока перезарядки паразитных емкостей.

Оптимальным набором параметров интерфейсных схем обладают биполярные ТТЛШ ИС и КМОП ИС с обрамлением ТТЛШ (БиКМОП ИС). Совмещение биполярных и КМОП-элементов обеспечивает снижение потребляемой мощности, увеличение быстродействия и нагрузочной способности и делает БиКМОП элементную базу перспективной для использования в широком классе интерфейсных ИС.

Схемотехника ИИС.

Интерфейсные ИС реализуются с использованием узлов трех основных типов:

- быстродействующих внутренних логических элементов с малым логическим перепадом DU;

- входных согласующих каскадов, обеспечивающих помехоустойчивый прием цифровых сигналов с уровнями, отличающихся от номинальных;

- выходных согласующих каскадов, формирующих выходные логические сигналы различных уровней напряжения или тока.

В качестве внутренних логических элементов интерфейсных ИС используются модификации быстродействующих элементов ТТЛ, ТТЛШ, И²Л, ЭСЛ с малым логическим перепадом. Для достижения пониженной мощности потребления эти элементы обычно питаются пониженным напряжением.

Входные согласующие каскады интерфейсных ИС обычно не выполняют логических функций и реализуют только функции преобразования уровней сигналов в условиях повышенного уровня помех. Наиболее эффективным методом повышения помехозащищенности является применение входных каскадов с гистерезисной характеристикой (триггер Шмитта).

Другим методом получения гистерезисной передаточной характеристики является использование во входных каскадах инвертора на транзисторах с дополняющим типом проводимости.

Для исключения отказа ИС при появлении электрических перенапряжений на линиях передачи входные каскады обеспечиваются специальными средствами защиты. Ограничение отрицательных входных напряжений производится антизвонными диодами (VD1), обычно диодами Шоттки. Включением диодов (VD2) между входами и выводом напряжения питания защищаются также от перенапряжений на уровне U⁺»U_D+ U_CC. Недостатком схемы является невозможность использования в двунаправленных магистралях, т.к. при отключении напряжения питания на ИС напряжение высокого уровня на магистрали шунтируется диодом VD 2 через выключенный источник питания на общую шину.

Эффективным методом защиты входов ИС является использование транзисторных структур.

В схеме на рис. апри появлении электрической перегрузки через резистор R протекает ток достаточный для создания падения напряжения для открывания защитного транзистора и шунтирования входа ИС. В схеме на рис. б при достижении определенного уровня перегрузки происходит лавинный пробой, что также приводит к ограничению напряжения на входе ИС. Транзисторные схемы обеспечивают защиту входов ИС при перенапряжениях величиной до 3 кВ.