Выбор и обоснование элементной базы для разрабатываемого устройства

Выбор элементной базы производится по следующим правилам:

– верхняя граничная частота интегральной микросхемы (ИМС) должна быть в 2-3 раза больше максимальной тактовой частоты проектируемого кодека;

– минимальное потребление электроэнергии;

– большой набор функциональных элементов в выбираемой серии ИМС;

– большая степень интеграции;

– простота схемотехнических решений;

– минимальный объем оборудования кодека.

Большая степень интеграции обеспечивается использованием БИС и СБИС. Для того, чтобы устройство обеспечивало высокую надёжность необходимо иметь двукратный запас по частоте. Следовательно, верхняя граничная частота выбираемой элементной базы должна быть в 2 раза выше f_Tmax=f_T2, следовательно, f_П=2*f_T2=2*2, 048=4, 096 (МГц). Данную частоту переключения поддерживают следующие серии ИМС: К555, К1533.

Для выбора конкретной серии микросхем необходимо установить, какие микросхемы обеспечивают минимальное потребление энергии. Для этого необходимо выбрать базовые элементы проектируемого устройства. Базовым элементом считается такой элемент, который применяется наибольшее число раз. В нашем случае базовым элементом является D-триггер, т.к. на основе данного элемента реализуются все регистры сдвига.

Минимальное потребление электроэнергии обеспечивает серия К555. ИМС данной серии имеет широкий набор функциональных элементов, высокую и среднюю степень интеграции, имеется в свободной продаже.

Микросхемы К555 представляют собой цифровые маломощные схемы, выполненные по биполярной технологии на основе транзисторно-транзисторной логики с диодами Шотки (ТТЛШ). В состав этих серий входит функционально полный набор устройств цифровой обработки информации, включая ЛЭ, арифметические и логические устройства, триггеры, счетчики, регистры хранения и сдвига, шифраторы, дешифраторы, мультплексоры и др.

Важнейшей характеристикой ЛЭ является передаточная характеристика: зависимость выходного напряжения от входного Uo=f(Ui). Вид характеристики зависит от типа ЛЭ (ЭСЛ, ТТЛ, КМОП) и может изменяться при воздействии дестабилизирующих факторов (температуры, напряжения питания, числа нагрузок и др.).

В микросхемах, выполненных на ТТЛ и ТТЛШ, переключения сопровождаются бросками тока в цепи питания, потребляемая мощность растет с частотой. В статистическом режиме микросхемы ТТЛШ потребляют практически такую же мощность, как микросхемы ТТЛ. Однако при частоте переключения порядка 50 МГц рассеиваемая мощность удваивается, а при 100 МГц – утраивается.

С появлением микросхем серии ТТЛ К1533 расход энергии на питание и работу этой серии стал еще меньше и составил в 1, 5…2 раза меньше чем у серии К555 при сохранении и повышении быстродействия. К1533 имеет наибольший порог переключения 1, 52В и, как следствие, наибольшую помехоустойчивость. Таким образом, при проектировании принципиальной электрической схемы проектируемого устройства будем использовать микросхемы серии К1533 как базовый элемент.