книги / Синтез принципиальных схем цифровых элементов на МДП-транзисторах

4Z4= [D] ВК-ИП Du BK+ [0] BK (D -Çù)

5Z5 = [D] BK + MBK

6Ze= [Dl BK-)- [0] BK (Dü-f Dü)-f [1] BK (Du-\-ÜD\

9Z„= [D] BK-f [1] BK ( D u ) + D Ü ) + [0] BK ( D u + Du)

10Z10 = [D]BK-H«]BK

11 Z„ = [l ) D + [D) BK +[l]BK Ü -f[0] Du

12Z12 = [D1BK+[D] BK

13Z13 = [Dj BK+[1] BK («+ D )+ [0] DBKü

14Z u - [D] BK+ [1 ] BK (0 - Ь U)+ [0] Вк Du

15Z„=[1]BK-H£>] BK

Zi==II] U { ( t + l)+[0] щ (f-f 1)

шине. Таким образом, входные элементы могут, не только формировать внутренние входные сигналы, но одновремен­ но выполнять определенные логические функции над вход­ ными и управляющими сигналами.

3.4. Анализ расширенных логических формул для входных элементов

Приведенные в табл. 3.2 РЛФ содержат в качестве ин­ формационных сигналов логические переменные и сигналы, соответствующие фиксированным уровням логических О и 1. В ряде случаев аргументом в РЛФ является сигнал на выходе элемента и (t). Это свидетельствует о том, что в схе­ ме действует ОС. Обратная связь будет положительной, если информационные сигналы в левой и правой частях РЛФ, взвешенные одинаковыми управляющими сигналами, совпадают. Как было показано в гл. 2, ОС будет отрицатель-

введение положительной ОС, регенерирующей уровень логи­ ческого 0, сводится к следующему преобразованию РЛФ:

Zl5 = Ш и (t + 1) + [0] и (/ + 1) = Ш ВК + [0] ВК 4*

+ 10] й-

Эта формула показывает, что регенерируется уровень ло­ гического 0, когда на выходе элемента устанавливается зна­ чение и (t + 1) = 0.

3.5. Входные элементы прямого усиления

Входные элементы прямого усиления, как правило, яв­ ляются комбинационными логическими элементами. Они используются во входных цепях микросхем тогда, когда уровень внешнего входного сигнала не меньше уровней вну­ тренних входных сигналов. В этом случае обычно не предъ­ являются дополнительные требования к электрическим ха­ рактеристикам и функциям входных элементов. Чаще всего входные элементы прямого усиления выполняют функции, которые описываются РЛФ Zo, Z 3, Z12, Zl5, приведенными в табл. 3.2. Эти РЛФ получены формальной генерацией мно­ жества функций входных элементов. Очевидно, используя эквивалентные преобразования РЛФ, рассмотренные в гл.. 1, можно получить разные формы их записи и соответст­ венно разные схемотехнические решения.

При создании входных элементов прямого усиления ис­ пользуются и эвристические приемы. Один из них заклю­ чается в том, что функция входного элемента может быть не определена на некоторых наборах входных сигналов, т. е. искомая функция на этих наборах принимает третье, неоп­ ределенное значение х. Этот прием удобно использовать в том случае, когда отсутствует обращение к данной микро­ схеме, т. е. сигнал ВК = 0. Такой эвристический прием позволяет отключить источник питания или снизить напря­ жение питания в отсутствие обращения к микросхеме. С учетом этого эвристического приема набор функций, вы­ полняемых элементами прямого усиления, приведен в табл. 3.3, а соответствующие РЛФ — в табл. 3.4. Расширен­ ные логические формулы описывают неопределенные со­ стояния на выходе.

Элементы прямого усиления обычно формируют прямой и инверсный (дополняющий) сигналы. Их получают, реали­ зуя СФ инверсную основной, или инвертируя сигнал на выходе элемента, реализующего основную функцию.

Рис. 3.5. Входные элементы с неопределенными третьими состояния­ ми на выходе

Инверсия от этой функции Fn — функция неравнознач' ности (сложение по mod 2, полусумматор) — широко ис­

пользуется при создании арифметико-логических устройств. Поэтому схемотехническая реализация таких элементов представляет самостоятельный интерес. Отметим, что ква­ зиполный канонический набор РЛФ для функции нерав­ нозначности был найден в § 2.7.

3.6. Синтез элементов неравнозначности. Технические приемы при синтезе принципиальных схем

Алгоритмы синтеза, приведенные в гл. 2, позволяют выя­

вить все принципиально различные схемотехнические ре­ шения ЛЭ. Они необходимы при создании программ син­ теза и каталогов РЛФ и принципиальных схем. Для син­ теза в инженерной практике достаточно освоить ряд тех­ нических приемов, которые позволяют вручную по диаг­ раммам Вейча (картам Карно, симметричным картам) син­ тезировать принципиальные схемы, многие из которых, как показывает практика, соответствуют рациональным реше­ ниям.

Рассмотрим применение технических приемов на приме­ ре элементов неравнозначности. Техническая сущность процедуры синтеза заключается в реализации схемотехни­ ческими методами ветвей передачи информационных сигна­ лов на выход схемы при заданном наборе входных логичес­ ких переменных. На рис. 3.6, а представлена диаграмма Вейча для функции неравнозначности F = Х хХ 2 + Х гХ 2. Рассмотрим способы реализации каждого значения функ­ ции на соответствующих наборах входных переменных. На рис. 3.6, б— д показаны отдельные состояния на диаг­ рамме и схемотехнические способы реализации каждого из

них. Для реализации значений функции, равных 1, исполь­ зуются р-канальные транзисторы, а равных 0'— n-каналь­ ные транзисторы.

На рис. 3.7 показаны схемотехнические способы реали­ зации пар состояний (1-0), (0-1). Реализация сразу двух со­ стояний с помощью одного или двух транзисторов возмож­ на, так как МДП-транзисторы обладают двусторонней про­ водимостью. Поэтому они передают через канал потенциал как общей шины, так и шины питания.' Следует отметить, что отдельные транзисторы искажают один.из уровней сиг­ нала.

Реализация троек равнозначных состояний: 0, 1, про­ извольной функции F — показана на рис. 3.8 (в фигурных скобках отмечены значения переменных, которые можно ис­

Цель инженерного синтеза — найти схемотехнические реализации, обладающие достойнствами^перед известными решениями, например, лучшими электрическими характе­ ристиками, меньшим числом транзисторов, новизной схе­ мотехнического решения, меньшим числом входных инфор­ мационных и управляющих сигналов. Кроме того, научный интерес представляет множество различных по своей кон­ фигурации схем, выполняющих заданную функцию. На рис. 3.10 приведена схема неравнозначности на типовых ЛЭ, которая обычно используется в инженерной практике. На рйс. 3.11 представлены схемы равнозначности, извест­ ные из литературы [5, 87]. Аналогичные схемы можно при­ менить и для реализации функции неравнозначности, если соответствующим образом заменить входные сигналы. Не­ достаток схемы на рис. 3.11, а в том, что при Х г = Х 2 про­ исходит искажение уровня выходного сигнала на величину порогового напряжения транзистора. Недостаток схемы на рис. 3.11, б в том, что она представляет собой схему «с от­ ношением», и следовательно, потребляет большую мощность и имеет меньшее быстродействие по сравнению со схемами «без отношения».

Рассмотрим принципиальные схемы элемента, синтези­ рованные на основе различных неравнозначных способов считывания состояний с диаграмм Вейча (рис. 3.9). Диаг­ рамма 1 характеризуется раздельным считыванием каж­ дого значения функции. Принципиальная схема такого элемента показана на рис. 3.12, а. Ветви 1—4 реализуют значения функции, соответствующие следующим истинным

значениям аргументов: Х гХ 2, Х гХ 2, Х гХ 2, Х х Х 2В. каче­ стве источников информационных сигналов используются общая шина и шина питания.

Число транзисторов в схеме можно уменьшить, исполь­ зуя в качестве информационных сигналов входные логи-