Sayfa 42

Pek çok modern dijital entegre devrelerde iletim gecikmesi çok küçüktür, fakat sıfır değildir. İletim gecikmesinin nanosaniyeler mertebesinde olması başarılı sayılır. Bazı tip modern lojik devrelerde iletim gecikmesi birkaç yüz nanosaniyeler mertebesindedir. Yükselme ve düşme süreleri genellikle iletim gecikmesinden küçüktür, imalât toleransları, devre montajı ve diğer faktörlerden dolayı iletim gecikmeleri gösterilen nominal değerlerinden oldukça uzaklaşır.

Ayrıca toplanma özellikleri vardır. Kapı devreleri ve diğer kombinasyonal lojik devreler ardarda bağlandıklarında iletim gecikmeleri toplanır. Lojik devrede birden fazla kademe varsa, girişten çıkışa toplam iletim gecikmesi, basit olarak her kademedeki lojik kapı elemanlarındaki gecikmelerin toplamıdır.

DEVREDE TÜKETİLEN GÜÇ

Dijital lojik devrelerin bir başka önemli karakteristiği tüketecekleri güçtür. Lojik 1 ve 0 çıkış durumlarında genellikle farklı değerde olan güç tüketimi için ortalama değer her bir kapı devresi için aşağı yukarı miliwattlar mertebesindedir.

Bir dijital cihaz tasarımında lojik devreler tarafından tüketilecek gücü göz önüne bulundurmak çok önemlidir. Yüksek güç tüketimi, yüksek elektrik enerjisi ihtiyacı demektir. Elektriksel gücü mümkün olduğu kadar küçük tutmak gerekir ki, cihazın çalışmasındaki maliyet yüksek olmasın. Kompüterler gibi geniş kapsamlı dijital sistemler için bu nokta daha da önem taşır.

Dijital devrenin harcayacağı güç besleme devrelerinin boyut ve maliyetine de etki eder. Ayrıca fazla güç, fazla sıcaklık demektir. Bazı durumlarda cihazın normal çalışmasını sürdürebilmesi için soğutma sistemleri gerekli olabilir.

Tüketilen güç miktarı bataryalarla çalışan taşınabilir cihazlar için de çok önemlidir. Bataryaların maliyetlerinin düşük, ömürlerinin uzun olması için devrelerin tüketecekleri güç düşük olmalıdır. Kapı devreleri için gerekli güçler, özel tip MOS devrelerinde mikrowatt'lardan, yüksek hızlı doymasız çalıştırılan lojik devrelerde 60-100 mW mertebelerine kadar değişik değerler gösterirler.

HIZLILIK-AZ GÜÇ GEREKSİNİMİ ÇEKİŞMESİ

Lojik devrelerin karakteristiklerinden hızlılık ve gerekli güç kavramları bütün dijital lojik devrelerde birbirlerine sıkı sıkıya bağlıdır. Bu iki karakteristik arasındaki ilişki hızın harcanan güçle orantılı olmasıdır. Daha hızlı lojik devre daha fazla güç gerektirir. Yüksek hızda çalışma elde edebilmek için yüksek gücün getireceği problemlere katlanmak gerekir.

Verilen bir uygulama için lojik devre tipini seçerken dijital tasarımcı hız ve gücü birlikte göz önüne almalı, uygun bir uzlaşma noktası bulmalıdır.

Yüksek hızlı dijital devrelerde doymasız bipolar transistörler kullanılır. Transistörler doymaya girmediklerinden emetör-kollektör arasındaki gerilim düşümü yüksektir. Kaçak kapasitelerin dolma boşalma sürelerinin küçük olması için devre dirençleri küçük seçilir. Neticede güç tüketimi yüksek olur.

Yüksek empedanslı yapılarından dolayı MOS entegre devreleri çok az güç tüketirler. Bununla beraber devre kapasitelerinden dolayı anahtarlama hızları çok düşüktür. Nanowatt'lar mertebesinde oldukça düşük güç tüketmelerinden dolayı, yüksek hızların gerekmediği bataryalı ve taşınabilir devreler için MOS'lar tercih edilir. Diğer tip lojik devreler bu iki uç noktalar arasına yayılmışlardır.

GÜRÜLTÜ BAĞIŞIKLIĞI

Gürültü bağışıklığı lojik devrenin giriş ve çıkışlarına gelen gürültü darbelerine karşı duyarlılığının bir ölçüsüdür. Gürültüler, dışarıdan gelen veya cihaz içinde üretilen, belirlenmiş standart lojik seviyeler üzerine eklenen ayırt edilemeyen sinyallerdir. Bir gürültü: yavaş değişen bir doğru gerilim, yüksek frekanslı kısa süreli gerilim veya akımlarda ani iğne tipi değişimler şeklinde olabilir.

Gürültüler rastgele oluşabildiği gibi tekrarlı bir şekilde gelebilir. Her ne şekilde olursa olsun gürültüler, beklenmeyen bir zamanda lojik devrenin istenmeyen bir duruma geçmesine sebep olabilir.

Bütün dijital lojik devreler belirli gürültü bağışıklığına sahiptirler. Belirlenmiş gerilim eşiklerinden dolayı oldukça yüksek genlikli gürültü sıçramalarından etkilenmezler. Pek çok lojik devrede gürültü bağışıklığı besleme geriliminin %10-50'si kadardır. Bu durumda giriş gerilimine besleme geriliminin %50'si kadar bir gürültü bağışıklığı 1 volt ise girişteki 1 voltluk değişme devrenin çalışmasını etkilemeyecektir. Ağır cevap veren yavaş lojik devrelerde çok kısa süreli gürültüler çalışmayı etkilemez, devre durum değiştirmez.

Gürültü bağışıklığı dijital lojik devrelerde en önemli husustur. Yüksek hızda anahtarlamaların bulunduğu devreler kendilerinde bir miktar gürültü üretirler. Ayrıca pek çok dijital cihaz gürültünün bol olduğu endüstriyel şartlar altında çalışırlar. Şebekeden ve diğer cihazlardan gelen gürültüler lojik devreleri etkiler. Bir lojik devre uygulaması için dijital entegre devre seçerken gürültü bağışıklığı kesinlikle göz önüne alınmalıdır.

YÜKLENEBİLİRLİK (FAN OUT)

Bir devre çıkışına ne kadar yük bağlanabileceğini gösteren bir karakteristiktir. Lojik seviyeler, hız, sıcaklık ve diğer faktörler bakımından belirlenmiş nominal çalışma şeklini sürdürebilmesi şartıyla devre çıkışına bağlanabilecek standart yük sayısı olarak belirlenir. Devre elemanlarının çalışma karakteristiklerinden dolayı bu sayı sınırlıdır. Yüklenebilirlik 10 ise kapı çıkışına 10 kapı devresi bağlanabilir, normal çalışma devam eder.

Devre çıkışına bağlanan yükün diğer ucu bazı durumlarda toprağa, bazı durumlarda besleme kaynağına bağlanmış olabilir.

ENTEGRE DEVRELER

Hemen hemen bütün modern dijital cihazlar entegre devrelerle gerçekleştirilmiş olduğundan herhalde çeşitli tipleri ile karşılaşmışsınızdır. Bu bölümde entegre devrelerin sınıflandırılmaları ve bazı fiziksel karakteristikleri üzerinde durulacak, ayrıca bugünkü dijital cihazlarda en çok kullanılan entegre devre aileleri görülecektir.

Entegre devreler yapım yöntemlerine, uygulama alanlarına ve yerine getirdikleri fonksiyonlara göre sınıflandırılabilirler.