3.3   ХАРАКТЕРИСТИКИ  И  ПАРАМЕТРЫ    ЦИФРОВЫХ   УСТРОЙСТВ

Основными параметрами логических элементов и цифровых устройств являются функциональные, статические, динамические и технико-экономические.

Функциональные параметры определяют логические возмож­ности узла или устройства. К ним относятся: К_раз—коэффициент разветвления по выходу (нагрузочная способность), характеризую­щий максимальное число однотипны логических элементов, которые можно одновременно подключить к выходу устройства и К_об—коэффициент объединения по входу, определяющий макси­мальное число логических элементов, которые можно подключить к устройству.

К статическим параметрам относят входные и выходные токи и напряжения, соответствующие логическим 1 и 0; токи потребле­ния в двух состояниях; мощности, потребляемые схемой в состояниях 0 и 1. Средняя потребляемая мощность определяется по формуле ,

где Р⁰_пот—мощность, потребляемая устройством в состоянии 0; Р¹_пот—мощность, потребляемая устройством в состоянии 1; I_ср—средний ток, потребляемый одним элементом устройства. Помехоустойчивость характеризуется допустимым напряжением статической помехи  U_пом, при подаче которого на вход цифрового устройства не наблюдается его ложного срабатывания.

К динамическим параметрам относятся: t⁰¹ -время перехода из состояния логического 0 в состояние логической 1; t¹⁰ — время перехода из состояния логической 1 в состояние логического 0; t_з.ср — среднее время задержи; t_з.ср=(t⁰¹+ t¹⁰)/2. Параметр t_з.ср характеризует среднее время выполнения логических операций, т.е. быстродействие устройства.

При сравнении цифровых устройств часто пользуются параметром, называемым работой переключения: А_п=Р_пот.срt_з.ср. Совершенствование  технологии цифровых интегральных схем (ЦИС) сопровождается непрерывным снижением А_п цифровых устройств.

С ростом частоты переключения у многих цифровых устройств наблюдается увеличение потребляемого тока_. Для учета этого явления используют дополнительный параметр—динамическую мощность Р_д при максимальной частоте переключения f_{п max}: Р_д=С_нf_max(U¹-U⁰), где С_н -емкость нагрузки. Максимальная частота переключения обратно пропорциональна среднему вре­мени задержки: f_{п max}»4/t_з.ср.

К технико-экономическим параметрам относятся: стоимость, степень интеграции, объемно-габаритные показатели, функцио­нальная сложность, надежность. Основными характеристиками цифровых устройств являйся: входная i_вх=f(U_вх); выходная i_вых=f(U_вых) и передаточная U_вых=f(U_вх). На практике наиболее широко используется передаточная характеристика.

Передаточной характеристикой называется зависимость напря­жения на выходе oт напряжения на одном из входов при постоянных значениях напряжения (U⁰ и U¹) на остальных входах. По типу передаточных характеристик цифровые устройства  делятся на инвертирующие и неинвертирующие. Случай, показанный на рис. 3.1, а, соответствует инвертирующему уст­ройству.

Рисунок 3.1.

С помощью передаточной характеристики можно определить допустимое напряжение статической помехи по низкому U⁰_пом и высокому U¹_пом уровням, указанные на рис.3.1,а.

Динамические параметры цифровых устройств удобно опреде­лять по временным диаграммам. Вследствие наличия в ци­фровом устройстве реактивных элементов (в частности, меж­дуэлектронных емкостей транзисторов и емкости нагрузки) форма выходного сигнала всегда отличается от идеальной (формы прямоугольного импульса)  и может иметь вид, показанный на рис. 3.1,б.

По форме выходного импульса определяют время включения t⁰¹, время выключения t¹⁰ и среднее время задержки t_з.ср.