Основы цифровой схемотехники

Райхлин В.А.

Излагается классика импульсной техники как образовательный базис цифровой схемотехники. Дается знакомство с многообразием интегральных технологий построения логических элементов. Рассматриваются цифровые микросхемы широкого применения и микросхемы памяти. Изучаются вопросы проектирования цифровых структур с учетом динамики процессов и топологических ограничений.
Для студентов вузов направления 552800 – «Информатика и вычислительная техника», специальности 220100 – «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» и ряда родственных направлений и специальностей, для аспирантов и преподавателей.

---

Table of contents :
 
Глава 1. ЛИНЕЙНЫЕ ЦЕПИ И ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛИ……………………………………….7
§1.1. ВВЕДЕНИЕ В АНАЛИЗ ИМПУЛЬСНЫХ ПРОЦЕССОВ……………………………….7
Характеристика формы импульсов ……………………………………………………………8
Сущность операционного метода…………………………………………………………….10
Анализ цепей с экспоненциальным изменением…………………………………………16
§1.2.ИМПУЛЬСНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЯХ……………………………….18
Простейшие цепи…………………………………………………………………………………18
Влияние неучтенных параметров…………………………………………………………….22

Длинные линии……………………………………………………………………………………33
Искусственные линии задержки ……………………………………………………………..41
§1.3.ТРАНЗИСТОРНЫЕ КЛЮЧЕВЫЕ СХЕМЫ……………………………………………..44
Статические и динамические параметры транзисторов………………………………..44
Характеристика открытого и закрытого состояний ключа ОЭ……………………….47
Временные процессы в ключе ОЭ……………………………………………………………50
Введение корректирующих элементов……………………………………………………..54
§1.4.ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ………………………………………………………………..59
Диодные элементы……………………………………………………………………………….60
Транзисторные элементы ………………………………………………………………………64
Диодно-транзисторные элементы ……………………………………………………………71
Статический триггер…………………………………………………………………………….78
§1.5.РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ………………………………..84
Симметричный мультивибратор……………………………………………………………..84
Ждущий мультивибратор с эмиттерной связью………………………………………….90
Блокинг-генератор……………………………………………………………………………….92
Вопросы синхронизации………………………………………………………………………..95
Глава 2. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ……………………………………………….97
§2.1. БИПОЛЯРНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ИС………………………………………………………98
Характеристика биполярных ИС……………………………………………………………..99
Схемы с резистивными связями……………………………………………………………. 104
ЭСЛ- и РТЛ-схемы……………………………………………………………………………. 106
Диодно-транзисторные схемы……………………………………………………………… 1 10
Транзисторно-транзисторные схемы……………………………………………………… 112
§2.2. БАЗОВЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ МИКРОСХЕМЫ ТТЛ…………………………………… 116
Электрические характеристики ……………………………………………………………. 116
Варианты микросхем………………………………………………………………………….. 120
Влияние нагрузки и состояний входов…………………………………………………… 124
Специальная организация выходов……………………………………………………….. 126
§2.3. ТРИГГЕРЫ И ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ ТТЛ…………………………………. 129
Обобщение понятия триггерной схемы………………………………………………….. 130
Микросхемы JK- и D-триггеров……………………………………………………………. 137
Простейшие релаксаторы……………………………………………………………………. 139
Микросхемы генераторов импульсов…………………………………………………….. 144
§2.4. СХЕМЫ НА МДП-ТРАНЗИСТОРАХ…………………………………………………… 146
Общая характеристика………………………………………………………,………………. 147
Базовые микросхемы КМОП………………………………………………………………… 152
§2.5. СХЕМЫ С ИНЖЕКЦИОННЫМ ПИТАНИЕМ……………………………………….. 156
Принцип действия, сравнительные оценки и применения………………………….. 158
Характеристики многоэлектродного биполярного транзистора…………………… 160
Логические элементы…………………………………………………………………………. 164
Проектирование сложных схем…………………………………………………………….. 167
Глава 3. ЛОГИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И АВТОМАТЫ………………………………………….. 169
§3.1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ…………………………………………… 169
Переход к универсальному базису………………………………………………………… 169
Разгрузка элементов…………………………………………………………………………… 173
Повышение степени интеграции…………………………………………………………… 175
Построение систем синхронизации……………………………………………………….. 177
§3.2. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЦЕПЯХ ПИТАНИЯ И МЕЖСОЕДИНЕНИЯХ ……………180
Проблема импульсной помехоустойчивости……………………………………………. 180
Помехи от обратных токов………………………………………………………………….. 183
Перекрестные помехи………………………………………………………………………… 185
Помехи рассогласований…………………………………………………………………….. 190
§3.3. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ НА ЛОГИКО-СТРУКТУРНОМ УРОВНЕ…………………………….. 194
Комбинационные состязания……………………………………………………………….. 196
Исследование переходных процессов …………………………………………………….200
Состязания в последовательностных схемах……………………………………………204
Аналитическое исследование ……………………………………………………………….207
Устранение состязаний ……………………………………………………………………….209
§3.4. ЭЛЕМЕНТЫ СИНТЕЗА ЦИФРОВЫХ АВТОМАТОВ……………………………….216
Триада проектирования……………………………………………………………………….216
Синтез по неформальному заданию……………………………………………………….219
Задания с лабиринтами……………………………………………………………………….229
Минимизация таблиц переходов……………………………………………………………234
Кодирование состояний……………………………………………………………………….240
§ 3.5. ПСЕВДОАСИНХРОННЫЕ СХЕМЫ……………………………………………………246
Способы реализации синхронных схем…………………………………………………..247
Асинхронная регистровая схема……………………………………………………………249
Построение таблиц переходов С-асинхронных схем………………………………….253
С-асинхронные схемы…………………………………………………………………………257
Сопоставление с прямой реализацией…………………………………………………….263
Глава 4. СТРУКТУРНЫЕ МОДУЛИ………………. ………………………………………..270
§4.1. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ МОДУЛЬНЫХ СТРУКТУР…………………………………271
Многофункциональные логические модули……………………………………………..271
Модульные реализации последовательностных схем…………………………………277
Однородные сети……………………………………………………………………………….284
Операционные среды………………………………………………………………………….288
§4.2. МИКРОСХЕМЫ КОМБИНАЦИОННОГО ТИПА……………………………………296
Арифметические микросхемы……………………………………………………………….296
Микросхемы контроля…………………………………………………………………………300
Микросхемы дешифраторов………………………………………………………………….302
Микросхемы мультиплексоров……………………………………………………………..303
§4.3. МИКРОСХЕМЫ С ТРИГГЕРНОЙ ПАМЯТЬЮ………………………………………305
Микросхемы регистров………………………………………………..,……………………..306
Микросхемы счетчиков……………………………………………………………………….309
Микросхемы регистровой памяти………………………………………………………….311
§ 4.4. МИКРОСХЕМЫ ОПЕРАТИВНОЙ ПАМЯТИ………………………………………..314
Система параметров и мнемоники микросхем памяти ……………………………….315
Технология ТТЛ…………………………………………………………………………………316
Технология КМОП……………………………………………………………………………..319
Технология п-МОП …………………………………………………………………………….321
§4.5. МИКРОСХЕМЫ ПОСТОЯННОЙ ПАМЯТИ………………………………………….327
Масочные ПЗУ…………………………………………………………………………………..329
Программируемые ПЗУ……………………………………………………………………….331
Репрограммируемые ПЗУ…………………………………………………………………….335
Нетрадиционные применения ПЗУ…………………………………………………………338
Программируемые логические матрицы………………………………………………….341
ЛИТЕРАТУРА………………………………………………………………………………………. 346