Современная электроника №7/2026

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 63 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 7 / 2026 становятся слишком большими, они могут вызвать логические ошибки, потому что падение напряжения пита- ния вызывает сбой внутренней логи- ки или по той причине, что «пик» по цепи питания на выходе одной схемы создаёт напряжение внешнего шума на входе следующего прибора. Если КМОП-логика находится в состоянии покоя, то между VCC и «зем- лёй» ток практически не течёт. Но ког- да внутренний элемент или выходной буфер изменяет состояние, мгновен- ный ток протекает от VCC на «землю». Этот ток имеет две составляющие: ток, необходимый для заряда или разряда любой паразитной или нагрузочной ёмкости, и ток, который течёт непо- средственно от VCC к «земле», когда p- и n-канальные транзисторы вклю- чаются на мгновение в момент пере- ключения входного сигнала. Рис. 6 показывает пути для этих токовых составляющих внутри эле- мента 74HC00 при подаче положи- тельной ступеньки сигнала на вход прибора. СP1, CP2 и CP3 представля- ют внутренние паразитные ёмкости; CL представляет внешнюю нагрузоч- ную ёмкость. IT1, IT2 и IT3 соответству- ют токам, которые протекают через оба n- и p-канальные транзисторы в момент переключения. СP1, CP2 и CP3 – это заряжающие токи для ёмкостей. Переходный процесс при переключе- нии, вызываемый изменением состоя- ния ненагруженного выхода, типично потребляет 40 мА (пиковое значение). Рисунок 7б показывает «пики» тока и напряжения, возникающие от пере- ключения одиночного ненагружен- ного элемента И-НЕ. Рисунки от 7в до 7д показывают увеличение токо- вых «пиков» из-за добавления 15, 50 и 100 пФ нагрузок. Большая величи- на «звона» происходит от эффектов линии передач тестовой схемы. «Звон» возникает частично из-за того, что КМОП-элемент переключа- ется из очень высокого в очень низ- кий импеданс и обратно. Следует заметить, что даже для нагрузок сред- ней величины нагрузочный ёмкост- ный ток становится главной токо- вой составляющей, контролируемой значительным увеличением тока из ненагруженного состояния к случаю со 100 пФ нагрузкой. Хотя внутренняя логика генерирует токовые «пики» при переключении, всё же бо́льшая часть «пикового» тока происходит от переключения выход- ных схем, поскольку выходы имеют самые большие p- и n-канальные токи и самые большие паразитные и нагру- зочные ёмкости. Рисунок 8 показывает ток ICC для элемента 74HC00 при пере- ключении одного входа, другие зазем- лены (таким образом, переключений выхода не происходит). Наилучший способ уменьшить напряжение шума переходных про- цессов – это выполнить хорошую разводку шин питания. Следует под- держивать низкий импеданс по пере- менному току от каждого VCC входа схемы на «землю». В одной модели для шины питания (рис. 9) шины VCC и «земли» представляют индуктивно- сти, сопротивления и ёмкости. Чтобы уменьшить переходное напряжение, паразитные индуктивности шин пита- ния нужно делать как можно мень- шими уменьшением длины трасс, увеличением их ширины, использова- нием «земляных» слоёв, методик поло- сковых и микрополосковых линий передач и развязыванием источника питания с помощью блокирующих конденсаторов. Для эффективной развязки питания блокирующие конденсаторы должны обеспечивать заряд, требуемый токо- вым «пиком» на время его появления с минимальным изменением напря- жения. Приблизительную величину блокирующего конденсатора можно вычислить из следующего выражения: Рассмотрим пример: типовая схе- ма ММ54HC/74HC имеет переходный ток переключения ICC около 20 мА, продолжающийся приблизительно 20 нс (исключая «звон»). Если допу- стить пиковый шум величиной 400 мВ, требуемая ёмкость блоки- ровочного конденсатора составит: (20 мА)(20 нс)/0,4 В = 1 нФ на каж- дый выход. Для того чтобы предотвратить дополнительные пики напряжения, этот блокирующий конденсатор дол- жен иметь низкое индуктивное сопро- тивление. Поэтому следует использо- вать высокочастотные керамические конденсаторы и помещать их как мож- но ближе к ИС, чтобы минимизиро- вать индуктивность проводников. Приблизительную величину допу- стимой индуктивности даёт следую- щее выражение: Рис. 11. Показывает результаты, подобные изображённым на рис. 10. Эти рисунки показывают эффекты развязки триггера 74HC74 конденсаторами от 1 (б) до 10 мкФ (г). Можно видеть, что 10 мкФ блокирующий конденсатор уменьшает пульсации в цепи питания приблизительно на 40% по сравнению с конденсатором ёмкостью 1 мкФ а) в) б) г)