Nie sądzę, aby znalazł się wśród projektantów urządzeń cyfrowych taki, który chociaż raz nie stanął przed koniecznością zmodyfikowania projektu na ostatnim etapie jego realizacji. W takiej sytuacji bardzo często brakuje jednej lub dwóch bramek… Co zrobić w takiej sytuacji?

Najprostszym wyjściem jest zastosowanie któregoś ze standardowych układów cyfrowych z popularnych rodzin CMOS lub TTL, ale taki rozwiązanie jest nie tylko mało eleganckie, ale często – ze względów czysto technicznych – niemożliwe do wykonania. Dzieje się tak na przykład w systemach cyfrowych, w których istotne jest maksymalne skrócenie długości połączeń pomiędzy poszczególnymi elementami systemu (rys. 1). Konstruktorzy urządzeń muszą często uwzględniać specyficzne wymagania mechaniczne, w czym bardzo pomagają niewielkie wymiary obudów prezentowanych układów. Niebagatelne znaczenie ma także fakt, że do produkcji miniaturowych układów logicznych są stosowane nowoczesne technologie, zapewniające bardzo dobre parametry czasowe, niski poziom zakłóceń elektromagnetycznych, mały pobór mocy i łatwość ich włączania pomiędzy fragmenty systemu zasilane napięciami o różnych wartościach.

Rys. 1. Schematy blokowe systemów ze standardowymi układami cyfrowymi i „jednobramkowcami” 

Maxi oferta mini logiki

Miniaturowe układy logiczne produkuje wielu producentów, bez trudu więc można wybrać układy doskonale pasujące do wymagań aplikacji. Największą popularnością cieszą się:

• układy PicoGate firmy Philips,
• układy TinyLogic firmy Fairchild,
• układy MiniGate firmy ON Semiconductor,
• układy LogicMOS/Cell Pack firmy Toshiba,
• układy LittleLogic firmy Texas Instruments,
• układy EasyGate firmy STM,

i to właśnie wymienione firmy mają w swojej ofercie największy wybór układów tego typu.
W ofercie każdej z wymienionych firm znajdują się jedno-, dwu- i trzybramkowe odpowiedniki klasycznych układów cyfrowych, co doskonale widać w oznaczeniach typów układów miniaturowych: 74V1G00 (jednobramkowy odpowiednik 7400 wykonany w technologii VHC), 74LX1G07 (jednobramkowy odpowiednik 7407 wykonany w technologii LCX), czy też 74AUC2G126 (dwubramkowy odpowiednik układu 74126 wykonany w technologii AUC). Istnieją oczywiście pewne odstępstwa od tak przejrzystego sposobu kodowania oznaczeń, czego przykładem mogą być między innymi układy NL17SZxx/27WZxx/32WZxx oraz NLAS/NLAST/NLFS firmy ON Semiconductors, ale ze względu na ich niewielką popularność (nawet producent sugeruje zastępowanie tych układów „klasycznymi” odpowiednikami), nie będziemy się nimi zajmować w artykule.

Co w bramkach piszczy?

W ramach dostępnych rodzin miniaturowych układów logicznych są oferowane odpowiedniki praktycznie wszystkich bramek logicznych, w tym bufory z wyjściami trójstanowymi, bramki z wyjściami typu open-drain, bramki z wejściem Schmitta, a także bramki pozbawione buforów na wejściach i wyjściach, które doskonale się nadają do budowania generatorów RC i kwarcowych (rys. 2). Specjalnie dla tego typu aplikacji są dostępne wyspecjalizowane układy (np. SN74LVC1404, 74LVC1GX04), służące do budowania generatorów kwarcowych o zoptymalizowanych parametrach. Schemat wewnętrzny układu 74LVC1GX04 pokazano na rys. 3, a schemat aplikacyjny układu SN74LVC1404 znajduje się na rys. 4.

Rys. 2. Bramki pozbawione buforów na wejściach i wyjściach

Rys. 3. Schemat wewnętrzny układu 74LVC1GX04

Rys. 4. Schemat aplikacyjny układu SN74LVC1404

Oprócz tak elementarnych funkcji, w ramach dostępnych rodzin miniaturowych układów logicznych są dostępne także bufory, multipleksery, przerzutniki, demultipleksery, a nawet klucze i przełączniki analogowe (m.in. odpowiedniki układów 4053 i 4066).
W ofercie większości producentów prezentowanych układów nie występują układy 3-wejściowe (np. 3-wejściowa bramka AND), co w pewnych sytuacjach może skomplikować budowę urządzenia. Ponieważ, jak pamiętamy, podstawowym zamiarem twórców rodzin „mini” było uproszczenie budowania systemów cyfrowych i ten problem został rozwiązany: niektórzy producenci wprowadzili do swojej oferty układy 3-wejściowe (rys. 5). W ten sposób, obok dostępnych u większości producentów, 3-wejściowych bramek ExOR (np. 74LVC1G386) m.in. w ofercie Fairchilda pojawiły się 3-wejściowe wersje podstawowych funktorów logicznych (NC7SZ10 – 3-wejściowa bramka NAND, NC7SZ11 – 3-wejściowa bramka AND, NC7SZ27 – 3-wejściowa bramka NOR, NC7SZ332 – 3-wejściowa bramka OR, obok „klasycznej” NC7SZ386 – 3-wejściowej bramki ExOR).

Rys. 5. Układy 3-wejściowe