Динамические параметры

На рис. 7 показаны для примера временные диаграммы реакции инвертирующего ЛЭ НЕ на изменение входного сигнала.

Рис. 7. Временная диаграмма работы элемента НЕ

Процесс изменения напряжения от низкого L (low - низкий) до высокого H (high - высокий) называют фронтом (передним фронтом) сигнала, обратный процесс – срезом (задним фронтом). Употребляются также термины: положительный фронт и отрицательный фронт, для их одновременного названия – фронты.

К динамическим параметрам ЦФУ, помимо мощности потребления в динамическом режиме, относятся время задержки распространения импульса и время переключения выходного сигнала.

Временем задержки распространения t _з.р. называется временной интервал между фронтами входного и выходного напряжений между оговоренными в ТУ измерительными уровнями. Обычно за этот уровень принимают среднеарифметическое значение уровней логического 0 и 1.

В общем случае различают два времени задержки распространения:

- - время между фронтами при переключении выхода от логического 0 к логической 1;

- - время между фронтами при переключении выхода от логической 1 к логическому 0.

Как правило, эти времена не равны и < . Это обусловлено большим значением выходного втекающего тока логического 0 по сравнению с выходным вытекающим током логической 1, что приводит к большему времени рассасывания заряда в базовой области при закрытии транзисторов.

При расчетах часто пользуются среднеарифметическим значением времени задержки распространения:

.

Термин (среднеарифметическое значение времени задержки распространения) не следует понимать как математическое ожидание времени задержки распространения с учетом его разброса. В справочниках обычно указываются максимально возможные значения времени задержки распространения.

Большинство ЦФУ имеет несколько входов и выходов разного назначения, что не позволяет охарактеризовать длительность переходных процессов одним числом. При оценке времени задержки распространения ЦФУ необходимо знать задержку распространения по каждому входу до соответствующего выхода.

Временем переключения выходного сигнала t _ф (длительностью фронта) называется временной интервал, в течение которого выходное напряжение изменяется между измерительными уровнями 0,1 и 0,9 значения напряжения логического перепада (от 0 до 1).

Различают длительности фронта при переключении выхода от логического 0 к логической 1 и длительности среза или при переключении выхода от логической 1 к логическому 0. В силу изложенных выше причин длительности фронта и среза не одинаковы и приводятся в справочниках или ТУ. При расчетах часто пользуются среднеарифметическим значением длительности фронта:

.

Быстродействие. Быстродействие ЦФУ определяется временем перехода их выходов из одного состояния в другое относительно активного фронта входного сигнала, то есть временем переходных процессов. Последние складываются из времени задержки распространения и длительности фронтов.

Быстродействие ЦФУ уменьшается из-за наличия входных и выходных емкостей, на перезаряд которых требуются затраты времени. Значения емкостей указываются в справочных данных. Для выходной емкости приводятся две цифры: номинальная емкость С _н и предельно допустимая (максимальная) емкость С_max. Емкость С _н соответствует регламентированным условиям измерения задержек распространения, емкость С_max определяет максимальное значение емкости, при превышении которого работоспособность ЦФУ не гарантируется.

Емкость нагрузки возрастает, как отмечено ранее, при параллельном соединении входов. Для повышения быстродействия исключить «лишние» входы лучше не путем их соединения с рабочими входами, а путем подачи пассивных уровней.

Быстродействие ЦФУ определяет максимальную допустимую частоту входного сигнала. При увеличении частоты выше этого значения работа ЦФУ нарушается и появляются ошибки – ложные 0 и 1, как показано на рис. 8.

Ложные 0 или 1, если их амплитуда достаточна, могут восприниматься последующими ЦФУ, что приведет к их ложному срабатыванию (сбою). Появление ошибок обусловлено тем, что за время действия входного сигнала выходное напряжение не успевает достичь соответствующего логического уровня.

Рис. 8. Временная диаграмма работы элемента НЕ

при большой частоте входного сигнала

Для обеспечения работы без ошибок необходимо, чтобы на выходе ЦФУ до очередного изменения входного сигнала переходной процесс переключения выхода закончился и установился на некоторое время статический режим работы.