Statisches und dynamisches Pegelverhalten

	TTL-Pegelverhalten TTL-Anstiegszeitverhalten
	Falsch dimensioniertes Schaltverhalten ist neben Fehlern in Leiterzügen sowie fehlenden bzw. unzulässigen Kontakten (siehe Löten) Hauptfehlerquelle in digitalen Schaltungen
	1. Flankensteilheit und Ersatzlasten 2. Statisches Schaltverhalten von TTL-Bauelementen 3. Dynamisches Pegelverhalten der TTL-Baureihen 4. Elektronische Beschaltung nach Standards unter Berücksichtigung der Ausgangslast 5. Pegelmessungen

1. Flankensteilheit Flankendauer und Ersatzlasten

Mindeststeilheit vom Impulsflanken 

Digitale Schaltkreise benötigen eine bestimmte Mindeststeilheit der Eingangsimpulsflanken. Auf diese Forderung ist besonders bei Ansteuerung durch äußere systemfremde Signale an den Schnittstellen zu achten. Liegt z. B. an einem TTL-Eingang ein Impuls mit 10 µs Anstiegs- und Abfallzeit, so zeigen die Ausgangsflanken eine breite, verschliffene, keineswegs eindeutige Form.
Dieser Effekt tritt immer dann auf, wenn der Bereich der Schwellspannung (Umschaltpunkt; 1,2...1,4 V) nicht genügend schnell durchlaufen wird. Es kommt dann u. a. infolge des gestörten thermischen Gleichgewichts in der Ausgangsstufe zu thermischen Schwingungen auf der zu flach verlaufenden Impulsflanke. In der Ausgangsstufe geht der Übergang in den neuen logischen Zustand nicht mehr stetig vor sich, sondern ist von HF-Schwingungen auf der Flanke überlagert.
Flankendauer und -steilheit
Die Kennzeichnung von Impulsflanken durch Flankendauer oder -steilheit ist nicht einheitlich.
Es ist zu unterscheiden zwischen a) den im Betrieb von Schaltkreis zu Schaltkreis auftretenden sog. systemeigenen Flanken (z. B. Tafel 4.3) und b) den für externe Signale notwendigen Mindeststeilheiten oder höchstzulässigen Flankendauern, über die in den Datenblättern meist nichts und in Applikationsschriften nur selten Angaben zu finden sind.

Flankendauer

Als grobes Maß für die Steilheit kann die Flankendauer t_LH und t_HL zwischen 10 und 90 % des Endwerts nach Bild 6.3 benutzt werden. Es gilt dann nach Bild unten:

Flankensteilheit

Neben der obengenannten Steilheit gibt es noch eine differentielle Flankensteilheit, die aus der Differentiation der Impulsflanke hervorgeht. Sie ändert sich von Punkt zu Punkt und ist im steilsten mittleren Teil der Flanke zwischen 25 und 75 % des Endwerts am größten (Bild oben).
Für einwandfreies Funktionieren der TTL-Schaltkreise ist es wichtig, dass der Umschaltpunkt (1,2...1,4 V) mit einer Mindeststeilheit durchfahren wird. Deshalb sollte die größte differentielle Steilheit immer in Nähe des Umschaltpunktes sein (was in der Regel auch der Fall ist).
Es bleibt offen, ob die herstellerseitig angegebene Mindeststeilheit eine solche nach Bild oben links oder nach Bild oben rechts ist. Strenggenommen muss die Forderung nur im Umschaltpunkt erfüllt sein, d. h. da, wo die Stufe tatsächlich geschaltet wird.

Mindeststeilheit

Die systemeigenen Flankendauern sind in Tafel unten enthalten. Die empfohlenen Mindeststeilheiten sind in Tafel unten zusammengefasst:

Empfohlene Mindeststeilheiten von Eingangsimpulsflanken für TTL-Baureihen 

Für die 74-Standard-Reihe existieren folgende weitere (ältere) Angaben für die maximal zulässigen Anstiegs- und Abfallzeiten von Eingangsimpulsen:

t_LH (= t_HL)

• Gatter <= 1 µs

• Master-Slave-Flipflop (Takt) <= 0,1 µs

• Flipflops, Zähler, Schieberegister (Takt) <= 0,05 µs

gilt für die Standard-Reihe

Ersatzlast

Wenn bei statischen und dynamischen Messungen die Belastung des Ausgangs nachgebildet werden soll, wird anstelle der Eingänge eine sog. Ersatzlast verwendet. Mit ihr lassen sich die elektrischen Eigenschaften einer entsprechend großen Anzahl von TTL-Eingängen für Meßzwecke nachbilden. Schaltung und Dimensionierung zeigt Bild unten

Zu Bild unten

1. C_L ist die bei allen Verzögerungszeiten als Parameter angegebene Lastkapazität und beträgt in der Regel 15 pF. Der Wert setzt sich aus 10...12 pF für die Eigenkapazität der Meßanordnung und aus 3...5 pF für die Eingangskapazitäten (nach Masse) der TTL-Eingänge zusammen.

2. Mit R_L wird der Lastfaktor festgelegt. R_L ist bei F_LA = 1 gleich dem Basiswiderstand des Eingangstransistors (bei F_LA = 10 10%. dieses Wertes) und ergibt damit den Eingangsstrom von 1 oder 10 TTL-Eingängen.

3. I_IH wird bei dynamischen Messungen zunächst vernachlässigt. Zu seiner Nachbildung bei statischen Messungen kann parallel zu CL noch ein ohmscher Widerstand entsprechender Größe gelegt werden.

TTL-Ersatzlasten für stabile Schaltungen unter extremen Bedingungen (max. Frequenz, maximale Ein- und Ausgangslast)

2. Statisches Schaltverhalten von TTL-Bauelementen

Vier Tendenzen zeigen sich hier auf:

• Verringerung der Bettriebsspannungen
• Erhöhung des Integrationsgrades auf Silizium
• Mehrebenenarchitekturen
• neue Halbleitermaterialien (Gallium-Arsenid)

3. Dynamisches Pegelverhalten bei TTL- Baureihen

Das Pegelverhalten für Standardbauelemente wird hier wieder gegeben

	Statisches und dynamisches Pegelverhalten bei TTL-Schaltkreisen
	Statisches und dynamisches Pegelverhalten bei CMOS-Schaltkreisen

4. Schaltkreislisten

	TTL-IC-74 -Standard-Liste sowie deren russische Äquivalente
	CMOS-IC-4000 -Standard-Liste sowie deren russische Äquivalente
	Gesamtübersicht zu TTL-Schaltkreislisten
	Gesamtübersicht zu CMOS-Schaltkreislisten

5. Gehäusebauformen bei TTL- und CMOS-Schaltkreisen