Шумоустойчивост на логическите елементи
В реални условия всяка цифрова верига се влияе от импулсен шум от външен и вътрешен произход. При определено ниво на смущение на входа на логически елемент може да възникне фалшива работа на последния (фалшив преход от 0 към 1 или обратно), което е изключително нежелано явление за цифровите системи, тъй като нарушаването дори на един двоичен символ в цифровия код напълно изключва съдържащата се в него информация. Осигуряването на шумоустойчивост е трудна задача, тъй като реакцията на логическия елемент към външен и вътрешен шум, както и към шум с различна продължителност, може да бъде различна. Влиянието на смущенията е толкова по-малко, колкото по-голяма е логическата разлика между ниските и високите нива, т.е. колкото по-голямо е напрежението на захранването. Нивата на вътрешния шум, които са резултат от преходни процеси във веригата, напротив, са пропорционални на нивото на логическата разлика. Ако продължителността на импулса на смущение е значително по-малка от продължителността на преходния процес на елемента, тогава неговото влияние практически няма да се отрази. Смущенията с кратка продължителност ("игли") се елиминират ефективно чрез шунтиране на силовите вериги с високочестотни кондензатори, така че нека разгледаме ефекта на статичните (бавни) смущения.
Основната статична характеристика на LE е предавателната характеристика - зависимостта наUout от напрежението на един от входовете при постоянни напрежения на останалите входове, равни наU0 илиU1 , в зависимост от вида на LE. На фиг. 3.11 показва характеристиките на предаване на инвертиращи (НЕ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ и т.н.) и неинвертиращи (И, ИЛИ и т.н.) логически елементи.
Ориз. 3.11. Трансферни характеристики на LE:
а– неинвертиращ;b– обръщане
Трансферни характеристики иматтри парцела. Секцията1съответства на състояниетоUout=U0, секцията2съответства на състояниетоUout= U0 и междинната секция3, където състоянието на логическия елемент не е дефинирано иd Uout/d Uin > 1. Границите на участъците се определят от точките на единично усилване, при които е изпълнено условиетоd Uout/d Uin = 1.
Входните напрежения, които определят границите на секциите, се наричат прагове на превключване Uthr 0 иUthr 1.Разликата между напреженията на логика 1 и логика 0 се наричалогика спад:
В допълнение към логическите сигнали, на входовете могат да се появят напрежения на смущения, които увеличават или намаляват входното напрежение. Ако напрежениетоU0 действа на входа, тогава смущението с положителна полярност е опасно, акоU1 - тогава отрицателна полярност. В тези случаи, при достатъчно високо напрежение на смущение, работната точка може да се измести към зоната на превключване3(виж фиг. 3.11), което ще доведе до неизправност. Максималните допустими напрежения на смущения са показани на Фигура 3.11:
За да се оцени шумоустойчивостта на LE, в допълнение към напрежениятаUp 0 иUp 1, се използват относителни стойности
наречени коефициенти на шумоустойчивост. В случаите, когато областта на превключване е тясна, т.е. (Uthr 1 -Uthr 0 ) 0 +Uthr 1 )/2.
Външното екраниране, рационалната инсталация и използването на филтърни кондензатори в силовите вериги могат да осигурят стойност на шума, която е по-ниска от допустимата.