Pomiary elementów logicznych do zastosowań przemysłowych

(1)

ZESZYTY N A U K O W E POLITECHNIKI ŚLĄSKIEJ Sérias AU TO MA T YK A z. 24

________ 1972 Nr k o l . 354

M ACIEJ N OWIŃSKI

POMIARY E LE M ENTÓW LOGIC ZN YC H DO ZASTO S OW AŃ PRZEMYSŁOWYCH

S t r e s z c z e n i e . W artykule omówiono pomiary statyczne i d ynamiczne elementów logic zn y ch p rz eznaczonych do zastoso

wań przemysłowych. Przedstawiono ukła dy pomiarowe oraz ty

powe' c ha ra k terystyki b adanych elementów, poświęcając szcze

g ólną uw ag ę w yz n ac z a n i u statyc zn yc h 1 impul so w yc h m a r g i  nesów zakłóceń.

Elementy logiczne do zasto so wa ń przemys ło wy ch powinny od znaczać się następującymi cechami:

- d uż ym ma r gi ne se m z akłóceń dla prądu stałego (4 4 6V)

- odpornością na krótkotrwałe zakłócenia impulsowe, nawet o dużych am pl i  tudach

- iskrob ez pi e cz eń st w em

- niewrażliwością na zmiany tempe r at ur y otoczenia w zakresie co najmniej -20 4 +50 C

- o d pornością na w p ły wy wilgoci, zan ie cz y sz cz eń przemysłowych itp.

Nie jest w ymagana duża cz ęs to tl i wo ść gra ni c zn a (max 10 4 50 kHz). W związ

ku z powyższymi wymag an i am i najczęściej stosowane są elementy typu DTLZ, przy n apięciu zasilania 1 2V i poborze mocy ze źródła zasilania r zę du 30 4 100 mW. Podstawowym elet. -ntem jest zwykł-.- bramka NAND.

1. Pomiary st at y czne

Do pomiarów staty c zn yc h zaliczamy:

- po miar charakterystyki przejściowej elementu - pomiar charakterystyki wejściowej

- p o m i a r charakterystyki wyjściowej

- w y znaczenie m ar gi ne s ów z a kłóceń dla prądu stałego - wyzna cz e ni e maksymalnej obciążalności

- pomiar poboru prądu ze źródła zasilania.

W artykule założono dodatnie napięcie u3ilania V , co odpowiada naj

częściej s p o ty ka ny m el e mentom opar ty m na tr an z ys to ra c h n-p-n.

Przyjęto logikę pozytywną, tzn. l o giczne "1" o dp owiada w y s o k ie mu potencja

łowi V„, a logiczne "0" od powiada po te n cjałowi ni s ki em u Y^.

(2)

4 Maciej Nowiński

Strzałkowanie napięć i prądów jest zgodne z po w szechnie st osowanymi za sa  dami (rys. 1).

V «

Rys. ₁

Stan l ogiczny elementu jest ró wn y stanowi jego wejścia. Przykładowe w y n i  ki dotyczą typowej bramki N A N D typu DTLZ; na w s z y s t k i c h w y k r e sa ch osie prądów w ys kalowane są w miliamperach, a osie napięć w woltach.

Dla elementów w ie lo w ej śc io w yc h po

m ia ry należy przeprowadzać!

- dla w s z y s t k i c h w ej ść zwartych - dla każdego wej ś ci a osobno, przy

c z y m p oz ostałe w e jś ci a powinny po

zo st a wa ć

a) zwarte i dołączone do punk t u o potenc ja l e V 0H lub V 0L

b) rozwarte.

Z al eżność na pięcia wyjśc i ow eg o e- Rys. 2 lementu l ogicznego od napięcia w e j ś 

ciowego n azywamy c ha r ak terystyką przejściową. Zdejmuje się ją w uk ładzie jak na rys. 2. Zmiennymi p a ra me t  rami podczas pomiaru sąs

- napięcie zasilania V w granicach do pu sz cz a ln yc h dla danego elementu (naj- częściej - 5%)

- ilość elementów obc i ąż aj ąc y ch w g r a n i c a c h od zera do mak s ym al ne j .J eż el i w badanym szeregu lo g ic zn ym istn ie ją ele me nt y o r ó ż n y c h para me t ra ch wej

ściowych, obciążenie el ementu badanego powinny stan ow ić różne kombinacje tych elementów

- temperatura w g r an ic ac h przewid zi a ny ch d la mierz on eg o elementuj s z cz e

g ólnie istotne jest p rz e pr ow ad z en ie pom i ar ów w g r a ni cz ny c h t e m p e r a t u  rach.

Wynitci pomiarów możno przed st aw i ć na w y k r e sa ch o b ra zu ją c yc h w pł y w zmian obciążenia na charakterystyki (rys. 3), w p ły w t em peratury (rys. 4)i napię

cia zasilania (rys. 5).

(3)

Pomiary elementów l o g ic zn yc h do z a st os o w a ń prz em ys ł ow yc h 5

Ry3. 3 R y s . 4

R y s . 5 R y s. 6

(4)

R y s un e k 6 przedstawia pr zykładowe pole tolerancji c h arakterystyki p rzejś

ciowej elementu logicznego, powstałe przez wr ys o wa ni e ws zy st k i c h zdj ęt y ch c harak te r ys ty k na j ednym wykresie; wi el k o ś ć tego pola świadczy o w r a ż l i  wości elementu na zmianę w a r un kó w jego pracy, a przy p om ia ra c h większej i- lości elementów obrazuje również jedn or od n oś ć produkcji.

C harakterystykę wej śc io w ą m o ż n a zdjąć w ukł ad zi e po mi a r o w y m p r z e d s t a  w io n ym na rys. 7. Ponieważ charak te r ys ty ka ta jest raczej dr ug orzędnym parametrem elementu logicznego, zdejmuje się ją zwykle w nominalnych w a  runkach. Typowa c h ar ak terystyka we j ściowa jest pr zedstawiona na ry3. 8.

+

Rys. 7

Rys. 8

Można z niej w y z n a cz y ć no mi nalną w a r t o ś ć p rą du wejśc i ow eg o elem e nt u Is , odpowiadającą nominalnemu n apięciu w e j ś c i o w e m u VqL > jak również war to ś ć prądu odpowiadającą napięciu sterującemu

(5)

Pomiary elementów l og i cz ny ch do za st os o wa ń przemys ło wy ch 7

Sposób zd ejmowania c h a ra kt er y st yk i wyjściowej elem e nt u p r zedstawiono na rys. 9, a typową c ha ra kt e ry st yk ę na rys. 10. Opor ni k R ma na cel u ewen

tualne og ra niczenie prądu w yj ś c i o w e g o do w a r t o ś c i bezpiecznej dla t r a n z y  stora końcowego b a danego elementu} w za sa dz i e nie należy prze kr a cz ać wan- tości prądu wynikającej z maksymalnej obciążalności. Pomiar należy prze-

■1”

[>

+

“1“

“o ‘

Rys. 9

prowadzić dla d wóch r ó żn y ch s tanów l og ic z n y c h na wejściu. Kształt c h a r a k  terystyki wyjściowej za leży dość silnie o d nap i ęc ia z as i lania i t e m p e r a t u  ry, dlatego też celowe jest jej zdjęcie w s k r a j n y c h w a r u n k a c h p ra cy (naj

częściej: ob niżone napięcie zasilania, najniższa temperaturaj podwyższone napięcie zasilania, n a jwyższa temperatura).

W ś r ó d w i e l u is t ni e j ą c y c h definicji m ar gi n e s ó w z a k łó c eń w yd a je się być najlepsza następująca: m a rgines zak ł óc eń dla p rą du stałego jest to takie napięcie za kłócające M, które wy wo ł u j e we w s z y s t k i c h p unktach p ołączeń

(6)

8 Maciej Rowiński

n ieskończenie dużej l iczby id en ty c z n y c h el em entów j ed n akowe poten cj ał y Vj V jest napięciem, d la którego statyczne w z m oc ni en i e napięciowe każdego e- lementu je3t równe je dności (rys. 11). Gdy na w e j śc iu ele me nt u pojawi się zakłócenie mni ej s ze o d ta k z d ef in io w an eg o m a r g i n e s u M, u l eg n ie ono całkow it e mu s tł um i en iu po p r ze jś ci u przez do s ta tecznie dużą liczbę s z er e

gowo połąc zo n yc h elementów.

| V |v |v |v |v

R y s . 1 1

Gwar an to w an y margines zak łó ce ń jest to najmn ie js z y z m o ż l iw y ch marginesów, o dp ow iadający najbardziej n i e k or z ys tn ym z m i a n o m w s z y s t k i c h paramet ró w i warunków pracy całej populacji pr od uk ow a ny ch elementów.

Ma r gi ne sy z akłóceń okre śl a się osobno dla stanu logicznego "1" badanego elementu (M1 ) oraz osob no dla s t an u logicz ne go "0" (M°). Można je m i e r z y ć bezpośrednio, jedna k bardziej w i ar yg od n e w y ni k i ot r zymuje się wyzn ac za j ąc je na po ds tawie pola toler a nc ji chara kt e ry st yk i przejściowej bada n yc h ele

mentów. Sposób p o m i ar u p r z e d s ta wi on y jest na rys. 12.

M ak sy ma l ną o bc ią ż a l n o ś ć e lementu można w y z n a c z y ć na po d st aw ie c ha ra k

terystyki wyjściowej lub drogą be zp o śr ed ni e go pomiaru. Znając prąd p ob ie  r an y przez w e jś ci e każdego e lementu (co m o ż n a w y z n a c z y ć z c ha ra k terystyki wejściowej) oraz ma ks y ma ln y p r ą d w y j ś c i o w y el ementu w o bu stan ac h l og ic z  nych, można łatwo ok reślić m ak sy m al ną obciążalność. Kryteria są następują

ce:

w każ d yc h w a r u n k a c h , n = naa;,- .

Pomiar b e z po śr e dn i poleg a na dołącz a ni u k o l e j n y c h e l em entów o b c i ąż aj ą cy ch lub i ch k ombinacji tak długo, aż V QL = V 0Lmax w s'tanie "0 " na w y jś ci u lub = Vq,j m i n w s t a n i e " ! ", w n a j go rs zy c h w arunkach. Podobnie jak przy w y zn ac z an iu c ha ra kt e ry st yk i wejściowej nale ż y ograni c zy ć ma ks y m a l n y prąd w y j ś c i o w y do w a r t o ś c i bezpiecznej dla tranzystora.

Pomiar pobor u p rądu z as il an i a przez element nie w y m a g a omawiania, n a  leży go przepro w ed zi ć dla d w óc h r ó ż n y c h s t an ów lo gi c z n y c h badanego e le

mentu.

Osobnego omówienia w y m a ga ją pomi ar y el em e nt ów l o g i c z n y c h z histerezą, ta kich j a k p r ze rz u tn ik lub element formujący, czasov7y itp. W ty c h przypad

li < V OL OLmaoc

V 0H > V 0 H mi n

(7)

Pomiary el em en tó w l og ic z n y c h do zastoso w ań przemys ł ow yc h 9

Rys. 12

(8)

10 Macie,i Nowiński

kach pomiar c ha ra k terystyki przejściowej sprowadza 3ię do wyzn ac z en ia wej

ściowych napięć progowych, p o w od u ją cy ch zmianę stanu elementu. Na i c h p o d  stawie w y z n a cz a się m a r g i n es y zak łó c eń dla prądu stałego. Dodatkowym, ale n iezbę dn y m po m ia r e m jest wy zn ac z e n i e m a r g i n e s u zakł ó ce ń na w y j ś c i u elemen

tu poprzez pomia r progu napięcia w ym us zo n eg o na w yj śc i u, po w o d u j ą c e g o zmia

nę stanu. Pomiar taki trzeba p r z e pr o wa dz ić dla obu s tanów logicznych. Ma r

g i n e sy za kł óc e ń od s trony w y j ś c i a są czasami znacznie m niejsze od m a r g i  nesów za kłóceń od. s tr on y wejścia; jest to s z cz eg ól n ie niepożądane w p r z e  rzut nikaeh.

2. Pomiary dynamiczne

Do p omiarów dyn a mi cz ny c h zaliczamy:

- pomi ar czasu opóźnie ni a ele me n tu w dwóch stan ac h logicznych - pomi ar c z asów n ar as t an ia i o padania z b oczy przebiegu wyjśc io w eg o - pomiar progów zadzi ał a ni a w funkcji częstot li w oś ci

- zdjęcie zależności amp li tu d y napięcia w y jś ci o we go od cz ęs totliwości - wyzna cz e ni e g r a n i c z n y c h i m a ks ym a l n y c h częstot li wo ś ci pracy

- po miar odporn oś c i na z a kł óc e n i a o ch arakterze i m p u l s o w y m (wyznaczenie i mp ul s o w y c h m ar gi n e s ó w zakłóceń)

- po miar po boru prądu przy prze łą c za ni u elementu.

Podstawową apa ra t ur ę niezbędną przy w y k o n y w a n i u pomiarów d yn am icznych stanowią:

a) G en erator fali prostokątnej - o wy p eł n i e n i u 5 0 % , regulowanej ampli

tudzie i częstotliwości. Gen er at o r musi mie ć wyjś c ie prądu stałego, a g e  nerowany p rzebieg powi ni en m i e ć stałą polar yz ac j ę - wyj aś ni a to rys. 13.

Pożądane jest, by polar yz a cj ę n apięcia w y jś ci o w e g o można było zmieniać.

Ry3. 13

(9)

Pomiary elementów logicz ny ch do zastosowań p r zemysłowych 11

Gdy g e ne rator ma wyjś ci e prądu zmiennego (przez k on densator oddzielający składową stałą), może w y s t ąp ić niepożądany efekt przylegania, ze względu no silnie nieliniowe charakterystyki b a d an yc h elementów. Przy s ym e trycz

nym w z g l ę d e m masy przebiegu w y jś ci o wy m g eneratora łatwo można przekroczyć dopuszczalny dla bada n eg o elementu zakres napięć w ej śc i o w y c h - np. wiele t ypowych elementów ulega zn iszczeniu przy podaniu na wej ście napięcia u- jemnego.

b) G en e ra to r i mpulsów pros to k ąt ny ch o m a ł y m wypełnieniu, regulowanej amplitudzie, czę st o tl iw oś c i i długości oraz o zmienianej biegunowości. Ge

nerator może mieć wejś ci e pr ąd u zmiennego ze wzglę d u na małe 7/ypełnienie.

c) Dobry oscyloskop o w y 3k al o w a n y m wzmac ni ac z u Y i podstawie czasu, z m ożl i wo śc ią pracy na wyzwalanej podstawie czasu. N ie jest wym ag a ne bardzo szerokie pasmo przenoszenia oscyloskopu,ze wzgl ę du na stosunkowo małe częstotliwości gr aniczne elementów logic zn yc h do z astosowań przemysłowych - wy st arcza pasmo ok. 10 ? 20 MHz. Przy dużej ilości pomiarów pomocne jesl korzystanie z cyfrowego częstościomierza - f alomierza liczącego.

Czas o późnienia e lementu najwygodniej mierzyć, posługując się o scylo

skopem d w u st ru m ie ni ow y m i obserwując nałożone na siebie dwa przebiegi«

w yj śc i ow y oraz wejściowy, z g eneratora fali prostokątnej. Korzystając z oscyloskopu jednostrum i en io we g o m ożna w y ko rz y st ać fakt, że sygnał z ge ne  ratora fali prostokątnej pozost aw ia na pr z ebiegu w y jś ci ow y m drobny ślad, w ynika j ąc y z niedopasowania generatora i z istnienia pojemności paso ży t

niczych. W ra zi e potrzeby można połączyć wejście i wyjście badanego ele

m entu k o n d en sa to r em o niewielkiej pojemności (kilka 4 kilkanaście p P ) ,sto

sując ewentualnie o p o rn ik separujący. Sposób wy znaczenia czasu opóźnienia oraz czas ó w opadania i narastania zboczy przebiegu wyjściowego, m ie rz o

nych w t y m s am ym ukła d zi e pomiar ow y m przedstawia rys. 14. Przyjęto nastę

pujące oznaczenia«

tpdo “ ozas opóźnie ni a e lementu w stanie "O”

t ¿i - czas opóźnie ni a elementu wstan ie "1"

t , + t

t , = - średni czas opóźnienia elementu

pa c

t^ - czas narastania zbocza przedniego t - czas opadania zbocza tylnego.

Zarówno opóźni en ie w p rowadzane przez element logiczny, j a k i stromości zbo

czy zależą o d obciążenia, w m n i e j sz ym stop n iu od częstotliwości i temperatury«

zmieniają się r ó w ni e ż w zależności od badanego egzemplarza. W d obrym s z e  r eg u log i cz ny m opóźnienia wprow a dz an e przez element w obu stanach logicz

nych pow in n y być w p r zy bliżeniu jednakowe w typowych w a r u n k ac h pracy(śred- nia częstotliwość, obciążenie 2 4 3 elementy, nominalne napięcie zasila

nia i temperatura); czasy te nie powinny silnie zależeć od w arunków p r a  cy. Podczas pomiaru op óźnień i stromości zboczy przy obcią ża ni u badanego

(10)

Rys. 14

elementu nie należy za po mi na ć o za mo de l ow an iu pojemności montażu, nieunik

nionej w r z e c z y w i s t y c h u k ł a d a c h pr ze m ys ło wy c h - najczęściej w y s t a r c z a p o  jemność we j śc io we o sc y lo sk op u i kabla pomiarowego (ok. 100pF). Jeżel i w b a d a ny m elemencie przewidziano m o ż l iw oś ć jego sp ow o l n i e n i a z e wn ęt rz n ym kon

densatorem, pomiary należy powtórzyć dla r ó żn yc h p ojemności s po wa l n i a j ą  cych.

W sz ystkie p owyższe pomi a ry nale ż y p r zeprowadzać przy c zę stotliwości na tyle małej, by a m p l i t ud a napięcia w yj ściowego b y ł a r ó w n a maksymalnej.

Przez zmianę a m p l i tu d y g e n e r a t o r a sterującego m o ż n a w y zn a c z y ć z al eż  ność progu dz ia ł an ia ele m en tu o d częstot l iw oś ci - dotyczy to szczególnie elementów s terowanych d yn amicznie (tzn. w y z wa la ny c h zboczem), t a k ic h jak p rze r zu tn ik czy element czasowy. Y/ ty m pr zy pa dk u w a żn e jest z achowanie ta

k ic h samy ch waru n kó w sterowania, jak w r z e c z y w i s t y c h układach, czego nie zapewnia sterowanie z n iedopasowanego g e n e r a t o r a fali p r o s t o k ą t n e j . Dlate

go też pomiędzy g e ne ra to r a bada ny element należy włą cz yć element sep a  rują cy umożliw ia ją cy zmianę a m p l it ud y napięcia przy niezmienionej c h arak

terystyce wyjściowej. E le m entem t a k i m mo że być np. b ra mk a H O R lub H A H D z otwartym kolektorem, z m o d yf i ko wa na w g rys. 15.

(11)

Pomiary elementów logicznych do zastos ow ań p rzemysłowych 13

vt

^cc

Rys. 15

Próg w yz w al an ia p rzerzutników i i n n yc h podobnych elementów zależy s i l  nie od ilości i r o d z a j u elementów obciąża j ąc yc h element sterujący, o d po

jemności m o n t aż u i przewodów, od obciążenia b adanego elem en t u, od p o j em no ś  ci spowalniającej bramkę sterującą, w m n i e j sz ym stopniu od t em peratury i napięcia zasilania. Ze w z gl ę du na dużą i lość z mi ennych parame t ró w układ p om iarowy jest dość r o zb ud o wa ny (rys. 16) a same pomiary są bardzo p raco

chłonne. Wszystkie krzywe naniesione na j eden wykres wyznacz a ją pole tolerancji progu w yz wa la n ia przerzutnika (rys. 17).

JUL

Rys. 1₆

W takim samym układzie po mi ar o wy m można zdjąć zależność am plitudy na

pięcia wy jściowego elementu (np. bramki) od częstotliwości} zmiennymi pa

r ametrami są; obciążenie, pojemność montażu, pojemność spowalniająca, na

pięcie zasilania; w pł yw temperatury jest zwykle nieistotny. W w y ni ku p o  m iarów otrzymuje się pole tolerancji a mp litudy napięcia wyjściowego b a d a  nego elementu.

(12)

Maciej Nowiński

e o kHx.

% 3 . 17

(13)

Pomiary el em entów l og i cz ny ch do zastosowań p rzemysłowych 15

f

Ho ²⁰ S O k H z

Rys. 18

(14)

16 Maciej N owiński

Rya. 19

(15)

Pomiary e le m entów l o gi cz ny c h do zastosowań przemys ło wy c h 17

Nani es i en ie na j e d ny m w ykresie ob u r o d z i n krzywych; progu wyzwa la n ia i am

plitudy napięcia w y j ś c i o w e g o w funkcji częstot li wo ś ci całko w ic ie określa w sp ół pr a cę dwóch e le mentów (rys. 19).

M° ozna cz a margines za kł óc eń w stanie "0", tzn. największą am pl i tu dą impu ls u wejściowego, nie po wo d ującego jesz cz e zmiany stanu ba da ne go e l e  mentu.

•1

M ozna cz a margines zak łó ce ń w stanie "1", tzn. największą amplitudę impulsu zakłóca ją ce go o przeciwnej bieg un o wo śc i niż impuls sterujący, po

danego sz eregowo z nim i synchronicznego, za p ew ni aj ą ce go jeszcze w y z w o  lenie (zmianę stanu) b adanego elementu. Ze w z g l ę d u na bardzo m a łe prawdo

podobieństwo wystą pi en i a impulsu zakłócającego spełnia j ąc eg o po wyższe wa

runki (synchroniczność!), margines M 1 moż e b y ć mni ej sz y o d I£°.

Częstotliwość, przy której margines za kł óc e ń II1 jest r ów ny n a j mn ie j  szemu dopuszczalnemu, jest częst ot li wo ś ci ą g r a n ic z ną w s pó łp r a c y d wó c h ele

mentów. Częstotliwość, przy której obie krzywe przecinają się, jest c zę

s to tl iwością m ak s ym al ną w s pó łp r a c y dwóch elementów} margines zakłóceń LI1 s pada przy niej do zera.

Do najważ n ie js zy c h pom i ar ów d yn am icznych należy p omiar o dp o rn oś ci ele

m en tu logicznego na za k łó c e n i a impulsowe. W y k or zy st u je się t u ge n erator i mpulsów p r o s to ką tn y ch o m a ł y m wypełnieniu, m o de lu ją c y źródło z a k łó ce ń im

pulsowych. Każdy p o mi ar sk łada się z c z t e re c h części (rys. 20):

- stan e lementu bada ne go "0"} i m p u ls y zakł óc a ją ce do datnie i ujemne - st an e lementu "1"} impul sy zakłócające dodatnie i ujemne.

Rys. 20

(16)

18 Maciej Now iń s ki

W b a d a n i a c h ty c h nie m o ż n a p rz e k r o c z y ć dopuszczalnego zakre su napięć we jś  ciowych, gdyż g rozi to z ni s zc z e n i e m b adanego elementu. A n al og ic z ni e do k r y t er iu m odporności na zakłócenia dla prądu stałego mo żn a przyj ą ć k r y t e  r i u m odpor no ś ci na z ak ł óc en ia i m pulsowe - impuls z ak ł óc a j ą c y musi być przez kolejne el em e nt y tłumiony} najczęściej dopuszcza 3ię takie m a k s y m a l  ne zakłócenie, które n a w y j ś c i u dowolnego e lementu k o nt r ol ne go o b c i ąż aj ą  cego badany, w y w oł uj e impuls o ampli tu dz ie mniejszej od m a r g i n e s u z ak ł ó

ceń dla p rą du stałego. Za l eżność m a r g in e su z a kłóceń od c z a s u trwania po

j edynczego imp ul su zakłócaj ąc e go mo ż na przeds ta wi ć w postaci wykresu} dla du żych czasó w t r w an i a z a k ł óc eń k rzywa dąż y asy mp to t yc zn ie do m a r g i n e s u za

kłóceń dla p r ąd u stałego (ryś. 21). Jako par am et r c ha r ak t e r y z u j ą c y odpor

ność ele m en tu na krótkie p ojedyncze zakłócenia podaje się zazwyczaj czas trwania i m pu ls u o a m p li tu dz i e równej pełnej ampli t ud zi e logicznej danego szeregu, nie powo du ją ce g o jeszcze w a d l i w eg o działania ele m en tu w e d ł u g przy

jętego kryterium. Czas t en p o w i ni e n być w p rz yb l i ż e n i u taki s a m dla obu s t a n ó w l og ic z ny ch b a d an eg o elementu. Dop us z cz al na jest w i ę ks za o dp o rn oś ć e lementu na takie zakłócenia, które w y w o łu ją 'n a jego w y j ś c i u impu ls y m o  gące w y z w o l i ć p rz e rz u t n i k lub in n y element st er ow a ny dynamicznie. Przykła

dowo b r am ka 11AND lub NOR może, a nawet powinna mi eć w i ęk sz ą o dp orność na dodatnie impul sy zakłócające, które przy d o st atecznie dużej a mp litudzie m o g ą pojawić się na w y j ś c i u jako impu l sy ujem ne w y zw al a j ą c e przerzutnik.U- jemny impuls z a kł ó ca ją cy w y wołuje na wyj śc iu co najwyżej impuls dodatni, na który p rz e rz u t n i k nie reaguje. Dotyczy to oczyw iś c ie tylko pr zerzutni- ków w y z wa la ny c h t y ln ym zbocz em (ujemnym), ale wł a śc iw ie wył ąc zn i e takie są w p raktyce stosowane.

Zapewnienie dostatecznie dużej o dporności na za kł óc e n i a impulsowe jest dość trudne. W najprostszym, t y p o w y m u kł ad z i e bramki N A N D nawet krótkie

(17)

Pomiary elementów l o gi c zn yc h do zastosowań p rzemysłowych 19

dodatnie zakłócenie na w e jś c iu wproa/adza tranzystor w ota n silnego nasy

cenia; nskutelc przeciągania pr.ądu kolektora zakłócenie na wyjściu el emen

tu (ujemne) ulega z na cznemu wydłużeniu.

O dporność na krótkie zaleceniu jest ściśle związana z o zaaem opóź

nienia e l e m e n t u ,opóźnienie jest oczywiście zawsze więk sz e od czasu trv;a- niu zakłócenia, na które dany element nie reaguje. Dlatego też dobór tych dwóch w a ż n y c h paranetrÓY/ jest zawsze kompromisem. T ym niemniej sam fakt wp r ow adzania z n ac znych opóźnień a tym bardziej niska cz ęs to tliwość g r a  niczna jeszc ze nie determinuje dużej odporności elementu logicznego na krótkie, p ojedyncze zakłócenia.

Dobry element logiczny przy całkowi ty m tłumieniu k r ó t ki ch impu l só w wej

ściowych p owinien jednocześnie odznaczać się dobrą regeneracją impuloów nieco szerszych; gwaran tu je to, że krótki innul3 sterujący nie zaniknie po przejściu przez kilka kolejnych elementów.

Osobnego omówienia v.'yraagu od p or no ść elementów z hi eterezą na z a k ł ó c e  nia impulsowe. Ze w z g l ęd u na silne dodatnio sprzężenie zwrotne są one na togo typu zakłócenia bardz o czułe, a próby i ch "spowolnienia" są trudne.

Zdarzają się przypadki, że krótkie zakłócenie nie zmienia trwale stanu e- lenentu, ale pojawia zię na jego 'wyjściu; innymi s łowy element taki "prze

puszcza" zakłócenia, nie zmieniając przy t y m stanu. Często przy t y m enei’- gia zakłócenia ulega p o w i ę k s z e n i u , w związku z czy m może zadziałać następ

ny element. Ha przykład, gdy na wejście licznika złożonego z triggerów p rzedostanie się krótk i e zakłócenie, to nie zmieni ono stanu pierwszego,ale zmie

ni stan przerzutnilta drugiego lub trzeciego z kolei, a z at em w p ro wadza b ł ą d na pozycji o większej wadze. Oczywiście tak jak przy p o m i ar a ch m a r  g i n e só w zakłóceń dla prądu stałego, tak i przy p om iarach dynamicznych ko

nieczna jest kontrola odpor no śc i elementu z hi s terezą na zakłócenia po d a

wane na jego wyjście. Pomiary o dporności na zakłócenia impulsowe należy przeprowadzić dla Yjszystkich wejść i wyjść, równ ie ż dla w e j ś ć u s t a w i a j ą  cych i ze r uj ą c y c h w tr ig g e r a c h dynamicznych. Ogólnie od pr ze rz ut n ik ów sta

tycznych wy maga się większej odporności na krótkie zakłócenia niż od t r i g  g erów dynamicznych.

W p o mi ar ac h elementów logicznych specjalne miejsce zajmują pomiary e- lementów cza s ow yc h (opóźniających). Poza pomiarami statycznymi i dynamicz

nymi id en t ycznymi j a k dla in nych elementów, dochodzą jeozczo następujące:

- pomiar c z as u opóźnienia - pomiar czasu martwego

- pomiar c zasu opóźnienia w funkcji odstępu czasu pomiędzy z ak ończeniem i m pu ls u w yj śc io w eg o a następnym im pulsem wyzwalającym.

Pomiar poboru prądu przy przełączaniu elementu można przeprowadzić przez obserwację na w y a ka lo wa n yn oscyloskopie s padku napięcia ńh niewielkim o- porniku r/łączonym w «przewód zasilający, './artość opornika należy dobrać tak, by m ak sy m al ny s padek napięcia nu nim nie przekraczał 5',i> napięcia za-

(18)

silania. Pobór prądu po wi ni en być mniej więcej stały, krótkie impu l sy prą

du zasilania wyst ęp uj ą ce przy przeł ąc z an iu elementu, tak charak te ry s ty cz  ne d l a elementów z w yj śc i e m symetrycznym, m o g ą z a kłócać pracę elementów współpracuj ących.

LITERATURA

1. Ly n n D . K . , M ey e r Ch.3., H a m il to n D.J.: Analysis a n d design of i n t e g r a  ted electronic circuits, New York, M cGra’.v Hill Bo ok Co, 1967.

2. N au mo w Ju. E . : I nt ie g r a l n y j e łogiczieskie schiemy, Moskwa, Sowietskoje Radio, 1970.

3. Białko M . : U kłady nikroelektroniczne, WKŁ, Warszawa, 1969.

HCIIHTAHHil Jlo n iN E C K U X OXEi.; H FĘiUiAŁHAHEHlHK £ J[JI n P U U a iX H iiiU X IIPM M tH IH liii

P e a to u e

B flOK jia ,n e o 6 c y x j ; e H i i c t u t h 4 e c k h o n y . M n y ji b C H u e H C i i u T a m u i j i o r H k e C K z x c x e a n p e s H a s n a ' i e H L D C x j i h iipoMbinuieHHHX n p n u e K e i i n i ł . lipHflOAZTCłi c x e i i b i H 3 t i e p e n i u l m T z n i t H i i u e x a p n K T e p H C T i i K M u c n K T a m i L i x x o r i i ' i e c K z x c x e w . I I o A p o d H o p a c c u o T p e a a o - IlpOC 0 6 U3MepeHMH C T a T I K e C K O H H HUnyJibCHOH n o UeXO yCTO XUHBCC TH.

TESTING OP LOGIC CI RCUITS DE SI GN E D FOR INDU S TR Y APPLI CA T IO NS

S u m m a r y

The static and impulse measurements of the logic circuits d esigned for i ndustry applications are presented. The measurement networks and obtained typical logic circuits performances arc described. The special a tt e ntion was t ur ne d toward the inwe 3t i ga ti on bo th of static a n d impulse noise m a r  gins.