Các đại lượng điện đặc trưng

- VCC: Điện thế nguồn (power supply): khoảng điện thế cho phép cấp cho IC để hoạt động tốt. Thí dụ với IC số họ TTL, V_CC=5±0,5 V , họ CMOS V_DD=3-15V (Người ta thường dùng ký hiệu V_DD và V_SS để chỉ nguồn và mass của IC họ MOS)

- VIH(min): Điện thế ngã vào mức cao (High level input voltage): Đây là điện thế ngã vào nhỏ nhất còn được xem là mức 1

- VIL(max): Điện thế ngã vào mức thấp (Low level input voltage): Điện thế ngã vào lớn nhất còn được xem là mức 0.

- VOH(min): Điện thế ngã ra mức cao (High level output voltage): Điện thế nhỏ nhất của ngã ra khi ở mức cao.

- VOL(max): Điện thế ngã ra mức thấp (Low level output voltage): Điện thế lớn nhất của ngã ra khi ở mức thấp.

- IIH: Dòng điện ngã vào mức cao (High level input current): Dòng điện lớn nhất vào ngã vào IC khi ngã vào này ở mức cao.

- IIL: Dòng điện ngã vào mức thấp (Low level input current) : Dòng điện ra khỏi ngã vào IC khi ngã vào này ở mức thấp

- IOH: Dòng điện ngã ra mức cao (High level output current): Dòng điện lớn nhất ngã ra có thể cấp cho tải khi nó ở mức cao.

- IOL: Dòng điện ngã ra mức thấp (Low level output current): Dòng điện lớn nhất ngã ra có thể nhận khi ở mức thấp.

- ICCH,ICCL: Dòng điện chạy qua IC khi ngã ra lần lượt ở mức cao và thấp.

Ngoài ra còn một số thông số khác được nêu ra dưới đây

Công suất tiêu tán (Power requirement)

Mỗi IC khi hoạt động sẽ tiêu thụ một công suất từ nguồn cung cấp V_CC (hay V_DD). Công suất tiêu tán này xác định bởi điện thế nguồn và dòng điện qua IC. Do khi hoạt động dòng qua IC thường xuyên thay đổi giữa hai trạng thái cao và thấp nên công suất tiêu tán sẽ được tính từ dòng trung bình qua IC và công suất tính được là công suất tiêu tán trung bình

Trong đó

Đối với các cổng logic họ TTL, công suất tiêu tán ở hàng mW và với họ MOS thì chỉ ở hàng nW.

Fan-Out:

Một cách tổng quát, ngã ra của một mạch logic đòi hỏi phải cấp dòng cho một số ngã vào các mạch logic khác. Fan Out là số ngã vào lớn nhất có thể nối với ngã ra của một IC cùng loại mà vẫn bảo đảm mạch hoạt động bình thường. Nói cách khác Fan Out chỉ khả năng chịu tải của một cổng logic

Ta có hai loại Fan-Out ứng với 2 trạng thái logic của ngã ra:

Thường hai giá trị Fan-Out này khác nhau, khi sử dụng, để an toàn, ta nên dùng trị nhỏ nhất trong hai trị này.

Fan-Out được tính theo đơn vị Unit Load UL (tải đơn vị).

Thời trễ truyền (Propagation delays)

Tín hiệu logic khi truyền qua một cổng luôn luôn có một thời gian trễ.

Có hai loại thời trễ truyền: Thời trễ truyền từ thấp lên cao t_PLH và thời trễ truyền từ cao xuống thấp t_PHL. Hai giá trị này thường khác nhau. Sự thay đổi trạng thái được xác định ở tín hiệu ra. Thí dụ tín hiệu qua một cổng đảo, thời trễ truyền được xác định như ở (H 3.14)

Tùy theo họ IC, thời trễ truyền thay đổi tử vài ns đến vài trăm ns. Thời trễ truyền càng lớn thì tốc độ làm việc của IC càng nhỏ.

(H 3.14)

Tích số công suất-vận tốc (speed- power product)

Để đánh giá chất lượng IC, người ta dùng đại lượng tích số công suất-vận tốc đó là tích số công suất tiêu tán và thời trễ truyền. Thí dụ họ IC có thời trễ truyền là 10 ns và công suất tiêu tán trung bình là 50 mW thì tích số công suất-vận tốc là:

10 ns x 5 mW =10.10^-9x5.10^-3 = 50x10^-12 watt-sec = 50 picojoules (pj)

Trong quá trình phát triển của công nghệ chế tạo IC người ta luôn muốn đạt được các IC có công suất tiêu tán và thời trễ truyền càng nhỏ càng tốt. Như vậy một IC có chất lượng càng tốt khi tích số công suất-vận tốc càng nhỏ. Tuy nhiên trên thực tế hai giá trị này thay đổi theo chiều ngược với nhau, nên ta khó mà đạt được các giá trị theo ý muốn, dù sao trong quá trình phát triển của công nghệ chế tạo linh kiện điện tử trị số này luôn được cải thiện .

Tính miễn nhiễu (noise immunity)

Các tín hiệu nhiễu như tia lửa điện, cảm ứng từ có thể làm thay đổi trạng thái logic của tín hiệu do đó ảnh hưởng đến kết quả hoạt động của mạch.

Tính miễn nhiễu của một mạch logic tùy thuộc khả năng dung nạp hiệu thế nhiễu của mạch và được xác định bởi lề nhiễu. Lề nhiễu có được do sự chênh lệch của các điện thế giới hạn (còn được gọi là ngưỡng logic) của mức cao và thấp giữa ngã ra và ngã vào của các cổng (H 3.15).

(H 3.15)

Tín hiệu khi vào mạch logic được xem là mức 1 khi có trị >V_IH(min) và là mức 0 khi <V _IL(max). Điện thế trong khoảng giữa không ứng với một mức logic nào nên gọi là vùng bất định. Do có sự khác biệt giữa V_OH(min) với V_IH(min) và V_OL(max) với V_IL(max) nên ta có 2 giá trị lề nhiễu:

Lề nhiễu mức cao: V_NH = V_OH(min) - V_IH(min)

Lề nhiễu mức thấp: V_NL = V_IL(max) - V_OL(max)

Khi tín hiệu ra ở mức cao đưa vào ngã vào, bất cứ tín hiệu nhiễu nào có giá trị âm và biên độ >V_NH đều làm cho điện thế ngã vào rơi vào vùng bất định và mạch không nhận ra được tín hiệu thuộc mức logic nào. Tương tự cho trường hợp ngã ra ở mức thấp tín hiệu nhiễu có trị dương biên độ >V_NL sẽ đưa mạch vào trạng thái bất định.

Logic cấp dòng và logic nhận dòng

Một mạch logic thường gồm nhiều tầng kết nối với nhau. Tầng cấp tín hiệu gọi là tầng thúc và tầng nhận tín hiệu gọi là tầng tải. Sự trao đổi dòng điện giữa hai tầng thúc và tải thể hiện bởi logic cấp dòng và logic nhận dòng.

(H 3.16a) cho thấy hoạt động gọi là cấp dòng: Khi ngã ra mạch logic 1 ở mức cao, nó cấp dòng I_IH cho ngã vào của mạch logic 2, vai trò như một tải nối mass. Ngã ra cổng 1 như là một nguồn dòng cấp cho ngã vào cổng 2

(H 3.16b) cho thấy hoạt động gọi là nhận dòng: Khi ngã ra mạch logic 1 ở mức thấp, nó nhận dòng I_IL từ ngã vào của mạch logic 2 xem như nối với nguồn V_CC.

(H 3.16)

Thường dòng nhận của tầng thúc khi ở mức thấp có trị khá lớn so với dòng cấp của nó khi ở mức cao, nên người ta hay dùng trạng thái này khi cần gánh những tải tương đối nhỏ, ví dụ khi chỉ cần thúc cho một led, người ta có thể dùng mạch (H 3.17a) mà không thể dùng mạch (H 3.17b).

(a) (H 3.17) (b)

Tính Schmitt Trigger

Trong phần giới thiệu lề nhiễu, ta thấy còn một khoảng điện thế nằm giữa các ngưỡng logic, đây chính là khoảng điện thế ứng với transistor làm việc trong vùng tác động. Khoảng cách này xác định lề nhiễu và có tác dụng làm giảm độ rộng sườn xung (tức làm cho đường dốc lên và dốc xuống của tín hiệu ra dốc hơn) khi qua mạch. Lề nhiễu càng lớn khi vùng chuyển tiếp của ngã vào càng nhỏ, tín hiệu ra thay đổi trạng thái trong một khoảng thời gian càng nhỏ nên sườn xung càng dốc. Tuy nhiên vẫn còn một khoảng sườn xung nằm trong vùng chuyển tiếp nên tín hiệu ra không vuông hoàn toàn. (H 3.18a) và (H 3.18b) minh họa điều đó

(H 3.18)

Để cải thiện hơn nữa dạng tín hiệu ngã ra, bảo đảm tính miễn nhiễu cao, người ta chế tạo các cổng có tính trễ điện thế (H 3.19a), được gọi là cổng Schmitt Trigger

(H 3.19b) mô tả mối quan hệ giữa V_out và V_in của một cổng đảo Schmitt Trigger.

(H 3.19)

(H 3.20a&b) là ký hiệu các cổng Schmitt Trigger.

(a) (b)

(H 3.20)