тельно, при R* =5кОм следует ожидать длительность фрОнта и среза входного импульса ЛЭН:

t - ti- = 2,2 рлэи слэн 50.. .150 но.

Если на вход ЛЭН поступил положительный перепад Ug*, ( будет заряжаться через сопротивление р-канала RP. Следовательно, длительность положительного фронта импульса U

t = 2,2RPcJf . (2.5)

Замыкание п-канала на выходе ЛЭИ вызовет разряд емкости С ; поэтому время отрицательного среза импульса Ug:

t° = 2,2RCx . (2.6)

Если технологическими способами уравнять и R , то выходные фронты ЛЭИ t и t окажутся одинаковыми.

Условия, соответствующие модели (рис. 2.5, б), имеют место внутри микросхемы, т. е. на ее кристалле, где паразитные емкости С® очень малы. При ftlSO не можно ожидать быстродействия логических устройств иа уровне 3...5 МГц.

Чтобы сохранить эти скорости обработки данных при обслуживании большого числа входов внешних ЛЭН (это входы других корпусов микросхем КМОП), требуется, чтобы ЛЭИ, работающие на выходах микросхем (буферные элементы), имели бы малые сопротивления каналов. Наибольшие импульсные токи I и lbix отдают выходы ЛЭИ, обслуживающие шины данных системы, т. е. провода, к которым присоединяется с одной стороны много выходов ЛЭИ, а с другой - много входов ЛЭН. Такие шины иногда называют тяжело нагруженными. Для их обслуживания следует применять специальные буферные элементы- шинные формирователи.

Согласно (рис. 2.5, а-е) ЛЭИ не должен потреблять ток питания, если на его входе присутствуют статические уровни: либо В, либо Н. Действительно, в первом случае разомкнут р-канал (т. е. отомкнут от нагрузки Rg источник Un.n), во втором случае р-канал замкнут, но R* очень велико (Ю Ом), поэтому от источника питания Ua.n потребляется пренебрежимо малый статический ток высокого уровня li-

Однако если на вход ЛЭИ подать последовательность импульсов, а в цепь источника питания включить миллиамперметр, можно обнаружить, что с ростом частоты следования входных импульсов будет повышаться и динамический ток потребления 1пот,див (см. рис. 2.6,а). На рис. 2.6,5 показана осциллограмма импульсов тока питания. Видно, что импульсы-1дин соответствуют по времени фронту и срезу входного импульса. Для инвертора из схемы К176ЛП1 уровень тока 1дот.дин= 1... ...1,ЗмА. Основная составляющая импульса питания - сквозной ток от и .п в землю, поскольку есть момент, когда оба канала инвертора открыты. Средний уровень тока потребления 1пот окажется тем больше, чем выше частота следования входных импульсов. Если входная после-

довательность окончилась, ток Гдот без входного сигнала становится-равным нулю.

Передаточные характеристики определяют помехоустойчивость элементов КМОП. На рис. 2.7, а показаны условные пределы характеристик (кривые 1 и 2) инвертора, а на рис. 2.7,6 - неинвертирующего элемента. По вертикальным осям отмечены пороговые напряжения U и Ugyj, когда происходит переключение состояния р- и п-каналов. Пе-

X* КП6ПП1 а)

+ 0.1

1...Г,ЗМ

fi.a Уф

Рис. 2.6. Измерение тока потребления (а), связь входного импульса Ubx, импульсов тока питания 1дип, также среднего тока потребления

InOT (б) ,

НО (В)

0ши6К№ (HI

Рис. 2.7. Передаточные характеристики инвертора КМОП и помехоустойчивость:

а - пределы характеристик инвертирующего элемента; б - то же для неинвертирующего; в - общая тактовая шина двух D-триггеров; г - медленномевяющий-ся тактовый импульс дает ошибку счета

ресечеиие пороговых уровней с характеристиками дает предельные значения напряжений помех снизу U (помеха от шнны земля ) и сверху и пои (помеха от шнны питания). Помехоустойчивость для элементов КМОП достаточно велика, так как допустимо напряжение UnoM ДО 30 °/о от напряжения питания V ,n.

Импульсная помехоустойчивость растет, если длительность входных импульсов помехи меньше, чем среднее время задержки распространения сигнала в микросхеме.

Особо следует оговорить устойчивость переключения синхронных устройств на микросхемах КМОП. Необходимо, чтобы время фронтов нарастания и спада тактового импульса было бы меньше, чем 5...15 мкс (т. е. тактовые импульсы должны иметь крутые фронты). Во-первых, если фронт импульса длительный, пологий, инвертор КМОП долго находится в усилительном режиме, поэтому сквозной импульс тока (см. рис. 2.6, б) чрезмерное время течет через него, структура может перегреться и разрушиться.

Во-вторых, время нарастания перепада на тактовом входе t должно быть меньшим, чем время 1зд,р плюс время переходного процесса на выходе триггерного элемента. На рис. 2.7, в показано последовательное соединение двух D-триггеров. При медленно нарастающем перепада на входе С выходной сигнал триггера DDI запишется на D-вход триггера DD2, ошибочно переключится на низкий уровень (рис. 2.7,г), поскольку фронт С еще не превысил уровень 0,7 Uh.h.

Необходимо принимать особые меры защиты элементов КМОП. Во-первых, все входные сигналы не должны выходить за пределы напряжения питания Пи.п. Если проектируются мультивибраторы (автогенераторы и ждущие), в них следует ограничивать токи перезарядки конденсаторов микроамперными уровнями, включая последовательные резисторы. Во-вторых, входы КМОП не должны оставаться иепри-соеднненными. Реально опасны случаи разъединения печатных плат, находящихся под питанием, когда через разъем сигналы от одной платы поступают на другую. Здесь следует предусматривать шунтирующие резисторы (к проводам Пн.п нли нулевому). В-третьих, многие микросхемы КМОП могут работать от сигналов ТТЛ. Здесь следует подключать резисторы утечки от входа КМОП на питание ТТЛ 5 В.

Следует принимать меры защиты выходов микросхемы КМОП. Надо избегать случайных замыканий выходов буферных элементов с повышенным выходным током на провод питания. Нельзя соединять выходы обычных элементов непосредственно, поскольку произойдет замыкание одного нз каналов на источник питания.

Если требуется параллельное соединение входов и выходов элементов, они должны быть из одного корпуса микросхемы. Нельзя применять емкости нагрузки Сн>5000 пФ для буферных и высоковольтных оконечных элементов, поскольку такой незаряженный конденсатор равноценен перемычке короткого замыкания.

Серийные микросхемы КМОП выпускаются более десяти лет. Первые микросхемы такой структуры были низковольтными. Это отечест-. венная серия К176 и аналогичная зарубежная CD4000A. Напряжение питания для микросхем этих серий было равно 9 В. Оио лимитировалось напряжением пробоя п-кармаиа (см. рис. 2.4, а).

Последующая эволюция технологии позволила повысить предел напряжения питания Un.n до 15 В. Вместе с тем нижний предел U .n составляет 3 В. Быстродействие микросхем КМОП растет пропорциональ-