Logické úrovně, šumová imunita, větvení

Prezentace na téma: "Logické úrovně, šumová imunita, větvení"— Transkript prezentace:

1 Logické úrovně, šumová imunita, větvení
Střední odborná škola Otrokovice Logické úrovně, šumová imunita, větvení Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš Zatloukal Dostupné z Metodického portálu ISSN:  , financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

2 Charakteristika DUM 2 Název školy a adresa
Střední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, Otrokovice Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/ /2 Autor Ing. Miloš Zatloukal Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-PE-CT/1-EL-5/19 Název DUM Logické úrovně, šumová imunita, větvení Stupeň a typ vzdělávání Středoškolské vzdělávání Kód oboru RVP 26-41-L/52 Obor vzdělávání Provozní elektrotechnika Vyučovací předmět Číslicová technika Druh učebního materiálu Výukový materiál Cílová skupina Žák, 18 – 19 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem; náplň: vlastnosti logických obvodů – logické úrovně, šumová imunita, větvení. Vybavení, pomůcky Dataprojektor Klíčová slova Logický, člen, statický, dynamický, napájecí napětí, intervaly napětí, šumová imunita, větvení výstupů, logický zisk. Datum

3 Logické úrovně, šumová imunita, větvení
Obsah tématu Vlastnosti logických členů Napájecí napětí Napěťové intervaly logických úrovní Šumová imunita Větvení výstupu CMOS logické členy

4 Vlastnosti logických členů
- jednu skupinu logických členů tvoří obvody elektrické - tedy takové, ve kterých se jako 2 základní veličiny používají elektrické napětí a elektrický proud - tyto elektrické veličiny mohou mít různou charakteristickou velikost - chování logických obvodů popisují jejich parametry Dělí se na - statické - dynamické Základní statické parametry: - napájecí napětí - intervaly napětí pro logické úrovně - šumová imunita - větvení výstupů Základní dynamické parametry: - náběh a doběh impulzu - zpoždění signálu průchodem logickým členem - pracovní frekvence - spotřeba elektrické energie

5 Vlastnosti logických členů Napájecí napětí
- značí se Ucc - velmi důležitá veličina, odvozují se z ní: - intervaly logických úrovní (napětí odpovídající úrovním logické nuly a jedničky) - šumová imunita (odolnost obvodu proti rušivému signálu na jeho vstupu) - použitelnost pro mobilní přístroje (bateriově napájené) - výrobce obvodu definuje povolené meze napájecího napětí nutného pro správnou činnost obvodu (minimální a maximální hodnotu) Příklady TTL: řada 74xxx Ucc = +5V ± 5% tj. od 4,75 V do 5,25 V řada 84xxx Ucc = +5V ± 5% tj. od 4,75 V do 5,25 V řada 54xxx Ucc = +5V ± 10% tj. od 4,50 V do 5,50 V CMOS: Ucc = 3 až 18 V HCMOS: Ucc = 2 až 6 V

6 Vlastnosti logických členů Napěťové intervaly logických úrovní
- logické obvody mají vždy definované určité rozmezí hodnot napětí - pro logickou 0 - pro logickou 1 - není to přesně jedna hodnota napětí – např. 4,00 V (pro log. 1) - jde o interval (rozmezí) číselných hodnot ve tvaru od: xxx, do: yyy - tato tolerance hodnot je velmi důležitá, aby se logické obvody mohly vůbec vzájemně propojovat - různé technologie a v jejich rámci i různé řady mohou mít různé napěťové rozlišení pro logickou nulu a jedničku - z důvodu požadavku na propojování logických členů se sleduje, zda je daná napěťová úroveň na - vstupu obvodu - výstupu obvodu

7 Vstup Napětí [V] Výstup
Napěťové intervaly pro vstup a výstup TTL obvodů Logická úroveň Vstup Napětí [V] Výstup 0 – L (Low) UIL ≤ 0,8 U0L ≤ 0,4 1 – H (High) UIH ≥ 2 U0H ≥ 2,4 Význam jednotlivých katalogových značek: UIH - vstupní napětí v logické 1 (Input High) UIL - vstupní napětí v logické 0 (Input Low) UOH - výstupní napětí v logické 1 (Output High) UOL - výstupní napětí v logické 0 (Output Low) Tolerance hodnot vstupních a výstupních úrovní obvodu TTL jsou uvedeny na obrázku.

8 Napěťové intervaly pro výstup a vstup TTL obvodů
Obr. 1

9 Šumová imunita – odstup poruch od signálu
- je to odolnost dané technologie proti parazitnímu rušení, které by mohlo způsobit nechtěnou změnu na výstupu (tedy nevyvolanou změnou vstupu) - jde o přesah tolerančních pásem mezi hraničním napětím pro vstup a výstup - zvolené napěťové úrovně zabezpečují činnost systému proti náhodným poruchám tím, že napětí na výstupu musí být vždy - o 0,4 V vyšší pro log 1 a - o 0,4 V nižší pro log 0 než je mez určující spolehlivou činnost obvodu na jeho vstupu - jde o údaje velmi nízké (max. bezpečnost proti rušivému signálu) - protože je typická hodnota výstupního napětí pro logickou 1 asi 3,4 V a pro logickou 0 asi 0,2 V (pak vychází šumová imunita pro log. 1 asi 2 V a pro log. 0 asi 1,2 V) - výrobci s rezervou udávají 0,9 V - v praxi se uvedené hodnoty mohou překročit v případě, že rušivý signál je dostatečně krátký, takže logický obvod na něj nestačí zareagovat

10 Šumová imunita – výpočet pro TTL v tabulce
Logická Vzorec Výpočet Výsledek Teoretická 1 UOH – UIH 2,4 V – 2,0 V 0,4 V UIL – UOL 0,8 V – 0,4 V V praxi dosahovaná 3,4 V – 1,2 V 2,2 V 1,4 V – 0,2 V 1,2 V

11 Větvení výstupu - jde o základní požadavek na logické členy
- je to možnost spolehlivého a snadného navazování (vstupů jednoho logických členů na výstupy jiného) - je přitom nutné aby jeden výstup nějakého členu byl schopen budit větší množství vstupů dalších členů Výstupní větvení – logický zisk - je to číslo, které určuje maximální počet vstupů stejné technologie, které můžeme zapojit na výstup logického členu při zachování logických úrovní - říká se mu také logický zisk nebo logická zatížitelnost, značí se N - logické obvody nelze přetěžovat nadměrným rozbočením jejich výstupů (jinak hrozí, že nebudou dodrženy napěťové intervaly pro logickou nulu a jedničku)

12 Větvení výstupu – tabulka Řada TTL - typ Větvení Standardní 10
LS a ALS 20 výkonové 30 Větvení výstupu – příklad Výstup logického členu NAND je rozbočen na 3 další vstupy (členů XOR, NOT a OR) Obr. 2

13 Vstup Napětí [V] Výstup
CMOS logické členy Srovnání s TTL - napájecí napětí Ucc: od +3 V do + 18 V z něj se pak odvozují - napěťové intervaly logických úrovní Napěťové intervaly pro vstup a výstup CMOS obvodů Logická úroveň Vstup Napětí [V] Výstup 0 – L (Low) UIL = 30% UCC U0L < 0,05V 1 – H (High) UIH = 70% UCC U0H = UCC – 0,05V

14 CMOS logické členy Napěťové úrovně pro řadu CMOS 4xxxx Signál Ucc [V]
5 10 15 UIL ≤ 1,5 ≤ 3 ≤ 4,5 UIH ≥ 3,5 ≥ 7 ≥ 10,5 UOL ≤ 0 UOH ≈5 ≈10 ≈15 vše ve voltech, ≈ … téměř, nepatrně menší, I = Input, O = Output L = nízká úroveň (log. nula), H = vysoká úroveň (log. jedna)

15 CMOS logické členy Srovnání s TTL – pokračování
Z napájecího napětí Ucc (od +3 V do + 18 V) se dále odvozuje - šumová imunita – vychází v závislosti na Ucc poměrně vysoká - u CMOS (řada 4xxx) – přibližně 40 % Ucc - u HCMOS – přibližně 30% Ucc (nejlépe vychází u CMOS obvodů s Ucc = 15 V) - větvení výstupu – uvádí se 50 až 100 (ale pozor, při vysokých pracovních frekvencích a Ucc = 10 V je větvení jen 10) - rozsah pracovních teplot – podle typu pouzdra - plastové (40 až 85 °C) - keramické (55 až 125 °C)

16 Kontrolní otázky 1. Největší toleranci napájecího napětí (a zároveň nejširší rozsah pracovních teplot) má TTL řada 54xxx 74xxx 84xxx 2. Nejširší zakázané pásmo pro TTL obvody je u výstupu a jeho šířka činí 1,2 V 1,5 V 2,0 V 3. Výstupní větvení je Schopnost logického obvodu signálově napájet více než 1 další vstup Možnost spojit více výstupů do 1 uzlu Nezávislé na možnostech obvodu poskytovat na výstupu dostatečně velký proud

17 Kontrolní otázky – správné odpovědi červené
1. Největší toleranci napájecího napětí (a zároveň nejširší rozsah pracovních teplot) má TTL řada 54xxx 74xxx 84xxx 2. Nejširší zakázané pásmo pro TTL obvody je u výstupu a jeho šířka činí 1,2 V 1,5 V 2,0 V 3. Výstupní větvení je Schopnost logického obvodu signálově napájet více než 1 další vstup Možnost spojit více výstupů do 1 uzlu Nezávislé na možnostech obvodu poskytovat na výstupu dostatečně velký proud

18 Seznam obrázků: Obr. 1: vlastní, Napěťové úrovně pro výstup a vstup TTL obvodů Obr. 2: vlastní, Větvení výstupu – příklad

19 Seznam použité literatury:
[1] Matoušek, D.: Číslicová technika, BEN, Praha, 2001, ISBN [2] Blatný, J., Krištoufek, K., Pokorný, Z., Kolenička, J.: Číslicové počítače, SNTL, Praha, 1982 [3] Kesl, J.: Elektronika III – Číslicová technika, BEN, Praha, 2003, ISBN X

20 Děkuji za pozornost 