Файл: Пакулов, Н. И. Мажоритарный принцип построения надежных узлов и устройств ЦВМ.pdf

Влияние резистивного делителя на условий потенциального согласования

Резистивный делитель R1—R4 образует мажоритарный вход эле­ мента (рис. 1.1). Напряжения на входах делителя принимают два значения: низкое («вх н) и высокое (нВх в). С помощью различных сочетаний входных напряжений при правильном выборе величин со­ противлений делителя можно обеспечить выполнение мажоритарной логики. Так как все входы мажоритарного элемента равноценны, то выбирают

Если число входов, на которые поступают высокие значения входных напряжений (ивх в) элемента, составляют меньшинство, то значение Hoi не должно входить в область переключения, т. е. «ei должно быть меньше «0и—Amdi/2. Если же на большем числе входов эле­ мента напряжения имеют высокие уровни, то «61 должно быть боль­ ше Uon+A«6i/2. Запас, с которым удовлетворяются эти требования, будет характеризовать помехоустойчивость элемента.

При наличии трех входов напряжение «ei должно принимать

Из соотношений (1.54) — (1-57) видны однозначные требования к расположению на оси напряжений «gi ха­ рактеристик передачи (рис. 1.10) для четырех значений:

Мбю, МбИ, Мб12 И «613-

27

Из этих соотношений видно, что входные напряжения должны быть смещены относительно uei, причем смеще­ ние для различных уровней различно. С увеличением R4 пределы изменения входных напряжений стремятся к пределам изменения «61.

Рис. 1.10. Вид характеристик передачи по напряжению. Точками показаны значения напряжения «oi при различных сочетаниях уров­ ней входных напряжений.

Так как размах выходного напряжения незначитель­ ный (1.43), а положение точек «бп и «012 близко к обла­ сти переключения (рис. 1.10), то представляется целе­ сообразным для увеличения помехоустойчивости исклю­ чить R4 из схемы \R4 = 00), при этом получим схему, приведенную на рис. 1.11. На этом рисунке обозначения согласуются с рис. 1.3, но резисторы на входе элемента обозначены одним символом, что указывает на равен­ ство -их сопротивлений. Эта схема имеет очевидные пре­ имущества перед схемой, представленной на рис. 1.3. Во-первых, здесь меньше входной ток, т. е. больше ко­ эффициент разветвления по выходу, что обусловлено от­ сутствием во входных цепях составляющих токов через общий резистор. Эту особенность можно использовать и для улучшения переходных характеристик элементов за счет уменьшения R. Во-вторых, различие между ывх и «61 меньше, что облегчает управление элементом и улуч­ шает возможности потенциального согласования. Поэто­ му в дальнейшем основное внимание уделяется элементу

28

ПТРЛ без общего резистора. Учет этого резистора не вызывает затруднений и при необходимости может быть осуществлен читателем самостоятельно.

принимают верхние значения, т. е. при значениях Мбь равных Мб12 или Mr,1з (для трехвходового элемента). На рис. 1.6 напряжение М612 принято равным 0,2 В, а иш — равным 0,6 В, при этом ток базы itn («012) = 128 мкА,

Рис. 1.11. Принципиальная схема МЭ типа ПТРЛ без общего рези­ стора во входной'цепи.

a lei(«б1з) = 133 мкА, что соответствует разнице токов всего на 4%. Поэтому во всем диапазоне напряжений Нб1 от Мб12 до Мб13 можно пользоваться средним значени­ ем тока /б, при этом ошибка в определении входного тока не превышает единиц процентов.

ГДе Мб1 макс — ^бэ-

29

При симметричном расположений «бм и й ш , т. е. прй

с учетом (1.68) и (1.69).

Из полученных выражений видно, что размах вход­ ного напряжения должен быть больше размаха «gi на величину 1/31сЯ; значение «он приблизилось к границе области переключения но сравнению с рис. 1.10 на ве­ личину 7й/бR, а значение «612— отдалилось на величину 2/э/бЯ. Так как граничные значения исло и шиз остались прежними, то условия предотвращения насыщения тран­ зистора 77 сохраняются с прежними запасами.

Для выполнения условий (1.66) и (1.67) уровни входных на­ пряжений должны располагаться несимметрично относительно опор­ ного напряжения иоп за счет подъема верхнего уровня. Асимметрию входных уровней можно получить, одновременно увеличивая Ек и

.размах выходных напряжений (а/0Ди) или увеличивая размах вы­ ходных напряжений и снижая уровни иоп. При этом размах вы­ ходных, напряжений (а/оЯк) и напряжение Ек необходимо увеличить на величину 4shR, а при неизменном Ек размах увеличить, а иоа уменьшить на ту же величину. В первом случае нижние уровни выходных напряжений остаются -неизменными, а верхние (1.34) под­ нимаются да величину lh h R . Во втором случае нижние уровни вы­ ходных напряжений и уровень опорного напряжения опускаются, а верхние уровни остаются неизменными.

Таким образом, в схеме, представленной на рис. 1.11, можно выполнить условия потенциального согласования элементов без применения дополнительных элементов смещения напряжения при большем размахе выходных и входных напряжений. Размах этих напряжений опре-

30

деляется соотношением

Ии в- Ии н = Ип и Ип ц = Них в"—Нвх и

Помехоустойчивость

Помехоустойчивость устройства характеризует его возможности сохранять работоспособность при воздей­ ствии на различные цепи помех, создаваемых внутренни­ ми и внешними источниками.

Для повышения помехоустойчивости в ЦВМ прини­ мается ряд мер: тщательное экранирование и развязка цепей, в которых изменения токов и напряжений про­ исходят с высокими скоростями и в больших пределах, снижение индуктивного и омического сопротивлений за­ земления и цепей питания. Однако эти меры не позво­ ляют полностью избавиться от влияния помех в вычис­ лительной машине, поэтому в каждом элементе прихо­ дится обеспечивать определенный запас помехоустойчи­ вости.

Запас помехоустойчивости [5] логического элемента определяется характеристикой передачи. Так как в ли­ тературе еще нет единой терминологии и окончательно установившихся определений, то необходимо разъяснить смысл понятий, характеризующих помехоустойчивость. Характеристики передачи по напряжению прямого и ин­ версного выходов, используемые для пояснений, приве­ дены на рис. 1.12. Запас по­ мехоустойчивости элементов типа ПТРЛ будем опреде­ лять как разность между входным напряжением, соот­ ветствующим Порогу (Поп) >и

Рис. 1.12. Характеристики переда­ чи переключателя тока по напря­ жению, используемые для иллю­ страции положения точек, соот­ ветствующих /Си= 1 и пороговому значению входного напряжения.

3J

входным напряжением, соответствующим нижнему («вхн) или верхнему (иВхв) значению напряжения [2]. Для сложных цепей, в которых логические элементы охвачены внешней обратной связью (типа триггерных схем), необходимо, чтобы напряжение помехи не превы­ шало уровня, при котором коэффициент передачи кас­ када по напряжению (Ки) равен единице [5]. На рис. 1.12 показаны четыре точки, где Ки — 1. Из этого рисун­ ка видно, что запасы помехоустойчивости элемента типа ПТРЛ по нижнему и верхнему уровням входных напря­ жений одинаковы. Полагая в соответствии с принятым определением пороговое напряжение

Ujjop—^ОП

и обращаясь к аналитическим соотношениям (1.66) и (1.67), замечаем, что запас помехоустойчивости («по) относительно базы Т1 равен

Если только одно из входных напряжений соответст­ вует верхнему уровню, то запас помехоустойчивости оп­ ределяется по формуле

а если два входных напряжения соответствуют высоким уровням, то —по формуле

Для того чтобысравнить запаспомехоустойчивости с необходимым для управления элементами размахом входных и выходных напряжений, пользуются отношени­ ем зацаса помехоустойчивости к размаху входного на­ пряжения; это отношение называется помехоустойчиво­ стью [2, 5] *.

Обозначим помехоустойчивость символом Я и для

* В некоторых работах эта величина называется коэффициентом помехоустойчивости,

32