-/*/مقدمة/*/:
- كما هي مجتمعات البشر تتألف من جماعات بشرية تشترك فيما بينها بالقيم الإجتماعية
والعادات والتقاليد....
كذلك هو الحال بالنسبة للدارات المنطقية حيث يمكن تصنيفها إلى عدة عائلات اعتمادا على التقنية
التي تصنع بها وعلى خواصها وأهم ما هو في هذا التصنيف هو العناصر الألكترونية التي تشكل كل
عائلة من هذه العائلات ،وقبل الانتشار الواسع لتقنيات العائلات المنطقية المعروفة عندنا كان هنا ك
الكثير من التقنيات التي انتشرت بشكل واسع قبل ظهور العائلات المنطقية مثل الانابيب المفرغة
(vacuum tube) حيث كانت تستخدم في المنظومات الصناعية بشكل واسع إلى ان ظهررت العائلات
المنطقية واحدثت الثورة الكبرى في المجالا ت التقنية كافة .
وسنأتي الان بالذكر عليها واحدة تلو الأخرى:
أ-منطق الديود DL:
ب-منطق مقاومة_ ترانزستور RTL
ت-منطق ديود_ ترانزستور DTL
ث-منطق ترانزستور ترانزستور TTL
ج-منطق العتبة العليا HTL
ح-منطق الادخال المتكامل I2L
خ-منطق ربط الباعث ECL
د-منطق MOS
1-منطق ال(PMOS)
2-منطق ال(NMOS)
ذ-منطق CMOS
ر-منطق الترانزستورات المتكامل (COMPLEMENTARY TRANSISTOR LOGICCTL)
ز-منطق الترانزستور المزدوج الاتجاه (DIRICT) (CTL)
س-عائلة ال(COMOS )احادي القطبية المتكامل(BICMOS)
ش-منطق مقاومة_ مكثفة(RCTL)
وللاطلاع أكثر على على أنواع العائلات المنطقية
وسنأتي بالذكر على بعض هذه العائلات ومواصفاتها التقنيةواشهر الشركات التي برعت في صناعتها:
*منطق الترانزستور-ترانزستور( TTL- Transistor Transistor Logic) :
مقدمة:
-كانت هناك اسباب شتى ادت إلى الحاجة إلى البحث عن هذه العائلة ومن هذه الاسباب هي بطئ عمل
الدارات الرقمية المستخدمة للترانزستورات ثنائية القطبية العادية
وطول الفترة الزمنية نسبيا اللازمة لإنتقال هذه الترانزستورات من وضعية الإشباع إلى القطع لذا يصنع
نوع خاص من الترانزستورات مقابل كلفة اضافية يسمى بترانزستور شوتكي(Shottky )وهذه
الترانزستورات لا تصل إلى الاشباع اثناء عملها مما يسمح بالحصول على سرعات عمل أكبر
يمكن تحسين سرعة عمل الدارات الألكترونية بشكل عام على حساب الطاقة المستهلكة لأن زيادة الطاقة
تؤمن تيارات عالية وتسمح بشحن وتفريغ السعات الضائعة بسرعةز كما تسمح بفتح وإغلاق الترانزستورات
بسرعة أكبر, ولمعرفة هل الزيادة في الطاقة يقابلها تحسين في السرعة مناسب يستخدم جداء السرعة
الأستطاعة الذي يحسب بضرب قيمة التأخير في الإنتشار بالإستطاعة المبددة في البوابة.
-ان العلاقة بين الطاقة والسرعة وامكانية تصنيع ترانزستورات عادية او من نوع شوكي سمحت بتصنيع
خمسة طرازات من ال TTL وهنا جدول بها :
الطراز, النوع ,زمن تأخير الانتشار, استهلاك الطاقة, جداء السرعة بالأسطاعة
543/74LS شوتكي منخفض الطاقة 9.5 2 19
54L/74L عادي منخفض الطاقة 33 1 33
54S/ 74 شوتكي عادي الطاقة3 19 57
74 / 54 عادي عادي الطاقة 10 10 100
54H/74H عادي عالي الطاقة 6 22 132
واذا اردنا تصنيف لعائلاتها المتطورة عنها نجد:
1-العائلة القياسية( S-TTL)
2-العائلة ذات القدرة النخفضة( LP-TTLط)
3-العائلة ذات السرعة العالية (HS-TTL)
4-العائلة (SH_C_TTL)
5-عائلة شوتكي ذات القدرة المنخفضةLPSHOTTKY
*منطق الRTL :
وهي عائلة مقومة _ترانزستور المبسطة وقد طور هذا المنتج من قبل شركتي مينوتيمان
وابولو لكن هذا المنتج لم يكن متاحا للعمة في بداياته .
وبعده تم تتتطوير العائلة لتصبح (RCTL) والتي منحت المنج سرعة أعلى ولكن ولكن
مقومة اقل للضجيج من ال(RTL) وهذا كان من انتاج شركة تكساس ورقم منتجها المتسلسل (51XX)ويمكن
القول ان البوابة( NOR) هي البوابة الرئيسية في هذه العائلةومن مساوئ هذه العائلة هو الفرق
الجهدي الحاصل بين الحالين المنطقيتين مما يجعلها تسبب الكثير من الضوضاء نسبيا.
*منطق DTL:
ان أول اصدار لهذه العائلة كان من عائلة ديود_ترانزستور من الدارات المتكاملة كان من انتاج
شركة سكنيتيسيس عام 1962.ومن أهم ميزات هذه الدارة هو توافقها مع دارات ال(TTL) لذا من المكن
استخدامها معها في نفس الدارات المتكاملة.
*منطق الHTL :
وهو أحد اصدارات الDTL متضمنا الديود زينر لتشكيل اوضاع أكثر معدلة بين ( 1و0 )المنطقيين هذا
الجهاز دوما يعمل مع تغذية قدرها 15 فولطوالتي تتواجد في انظمة التحكم الصناعي حيث يتطلب تمييز
عالي بين الاوضاع المنطقية للتقليل من الضجيج المحدث.
*منطق الHC:
بسبب عدم التوافق بين السلسة( CD4000) مع شرائح متعددة منTTL ،تم تصنيع منتج جديد متوافق بشكل
افضل مع عوائ الTTL وكان تعرف ب(74HC ) ( HIGH PERFORMANCE SILICON GATE)
وقد استخدمت ال74LS مع
تقنيات CMOS مختلفة داخل الرقاقة ولم يكن ممكن استخدامهما سوية في الاجهزة التي تتغذى بطاقة
3.3Vومنتجات ال5V .
*منطق الBICMOS :
لقد طرأ تحين رئيسي على تصنيع الCMOS من جهة الدخل وعلى تقنيات الTTL ليتم اصدار المنتج
الجديد الذي احدث ثورة دعى بال BICMOS LOGIC والذي منه تطورت تقنيات مثل LVT & ALVTالعائلات .
ان عائلة الBICMOS عندها الكثير من العناصر التابعة لها مثل ABT LOGIC ،وايضا ALB وغيرها
مثل BCT .
*عا ئلة المنطق (MOS):
إن الترانزستور (MOS (metal oxide semiconduler يصنع بطريقتين :
لأولى تسمح بمرور التيار في الترانزستور بواسطة الشحنات الكهربائية السالبة
(n)(ترانزستور mos بقناة n )
اما الثانية فتسمح بمرور التيار في الترانزستور بواسطة الشحنات الكهربائية الموجبة(p)
(ترانزستور mos بقنات(p )
وهي تتألف من ثلاث مساري أو أقطاب:
1-المنبع (source)(S):وهو القطب الذي تدخل منه حوامل الشحنة الأكثرية.
2- المصرف(drian)(D):هو القطب الذي تغادر منه حوامل الشحنة الأكثرية.
3-البوابة(gate)(G):هو قطب التحكم بالتيار المار,
أما المنطقة الواصلة بين قطبي المنبع والمصرف تسمى القناة (CHANNAL) وتصنع هذه الترانزستورات
من مادة السيليكون أو مادة زرنيخ الغاليوم.
وبما أن هذا النوع من الترانزستورات يشغل حيزا صغيرا جدا من الشريحة السيليكوني فهو يعتبر ملائم
جدا للإستخدام في التجميع العالي المستوى العالي جدا, تستخدم الترانزستورات mos
بقنات (n )أو( p)في تصنيع ما يسمى بعائلة ال(mos) وهذه العائلة غير مناسبة لتصنيع
دارات(ssi)و(msi)
بسبب خواصها الكهربائية لكنها ملائمة جدا لتصنبع دارات ال(LSI)و(VLSI).
*عائلة المنطق (CMOS):
تحوي هذه العائلة على ترانزستورات (MOS) بقناة (n) و (p) على نفس الشريحة وتستخدم في دارات
ال (LSI) و(SSI)و(MSI) ولكن عيب هذه العائلة هو بطؤها النسبي عدم قدرتها على اعطاء تيار كاف
على مخرجها للتحكم بنوع آخر(فقط يمكن التحكم بدارات ال(CMOS)لذا لاتستخدم دارات ال CMOS من
النوع SSI ،MSI في كثير من التطبيقاتاا لعامة, ا
ومن أهم ميزات هذه العائلة (CMOS) وعائلة ال(MOS) هو عدم استخدام المقاومات على الشريحة
السيليكونية.وتتميز هذه العائلة
بامكانية تغذية داراتها منجهد مابين (5-15)فولط وبأن تيار الدخل اللازم لقيادة البوابة صغير
جدا ويساوي (PA1) أو اقل وبما ان قيمة تيار الخرج تساوي (ma1) فان قدرة التحميل لهذه
البوابات كبيرة جداومع ذالك لا يستفاد من هذه القدرة للحفاظ على سرعة البوابة. ومن الصفات
الهامة أيضا ان الطاقة المستهلكة من البوابة عندما خرج عند مستوى منطقي ثابت صغيرة جدا بحث
يمكن اعتبارها مقاربة للصفر ،
يبلغ هامش الضجيج لدارات الcmos (فولط) وذالك في حال تغذيتها ب(5 فولط) ويصبح هذا الهامش
أكبر عند تغذيتها بجهد أكبر,
عندما تستخدم بوابات TTL لقيادة بوابات الCMOS لست هناك مشكلة في تأمين التيار الكافي لقيادة
عدة بوابات CMOS لكن جهد الخرج(Vo)
لبوابة الTTL لن يكون كافيا بالرغم من تغذية العائلتين بنفس الجهد(5فولط)لذا يجب لتأمين الجهد
الكافي لبوابات الCMOS وصل مقاومةما بين القطب الموجب لهد التغذية (5فولط) ومخرج بوابة
الTTL.
وعندما تستخدم بوابات ال CMOS لقيادة بوابات TTL فإن المشكاة لست في الجهد الذي تعطيه بوابة
ال CMOS والذي مناسبا لبوبات الTTL وانم في التيار الذي يمكن ان يعطيه مخرج بوابة الCMOS
لذالك يجب استخدام بوبات عزل مناسبة بين البوابة القائدة والمقادة للتغلب على هذه المشكلة.
*عائلة منطق ربط الباعث ECL - Emitter Coupled Transistor
اولى العائلات التي استخدمت في الدارات المتكاملة كانت عائلة منطق ربط الباعث وقد انتجت منقبل
شركة موتورلا عام 1962م
-تعمل دارات العائلة ECL بجهد تغذية ساب(-5.2V) لذا تساوي المستويات المنطقية في هذه العائلة
قيما سالبة (-0.75V)و(-1.6V) تقريباكما ان قدرة التحميل تساوي 25 وهامش الضجيج (0.3V).
تتميز هذه العائلة بسعتها العالية ،وتحوي على عدة طرازات أكثرها انتشارا الطراز(10000) المتميز
بزمن تأخير الأنتشار (2NS) وطاقة تبديدها المنخفضة للبوابة الواحدة .ويوجد طراز
آخر هو(ECL 11) المتميز بزمن تأخيره (2NS) والطراز (ECL 111) بزمن تأخير(1) NS
ولتسهيل عمل دارات الTTL مع دارات ECL تنتج الشركات المصنعة دارات ملائمة خاصة تتقبل
المستويات المنطقية الموجبة لبوابات ال TTLوتحولها إلى مستويات سالبة ملائمة لبوابات الECL او
بالعكس.
المصادر:
-النظم المنطقية ل(فادي فوز)
-موقع الهندسة الكهربائية والألكترونيةموقع الهندسة الكهربائية والألكترونية
-مقرر الهندسة الألكترونية, جامعة حلب (للدكتورجلال ترمانيني)