Прежде, чем приступить к оптимизации схемы АЛУ, я хотел бы всё же обсудить вопрос с динамической нагрузкой для вентилей с ОК, поскольку это никаких комментариев не вызвало.
Известно, что исторически первой схемой объединения выходов были схемы с открытым коллектором
(монтажное "ИЛИ"). http://digital.sibsutis.ru/proc/BusForm.htm
Недостатком приведенной схемы объединения нескольких микросхем на один провод является низкая скорость передачи информации, обусловленная затягиванием переднего фронта. Это явление связано с различным сопротивлением заряда и разряда паразитной ёмкости шины. Заряд паразитной ёмкости происходит через сопротивления R1 и R2, которые много больше сопротивления открытого транзистора. Величину этого сопротивления невозможно уменьшить меньше некоторого предела, определяемого напряжением низкого уровня, который определяется в свою очередь допустимым током потребления всей схемы в целом.
На мой взгляд, улучшить характеристики вентиля с ОК можно, применив вместо пассивного резистора динамическую нагрузку в коллекторной цепи в виде источника тока.
Для этого я смоделировал поведение 2-х идентичных каскадов с ОК, нагрузкой одного из которых (VT3) было сопротивление типичным номиналом в 300 Ом, а нагрузкой другого VT2 - простой источник тока на транзисторе VT1.
Транзисторы VT4 и VT5 изображают входные цепи следующих каскадов. Сопротивления номиналом 10 Ом и резисторы в 10 пФ - соответственно сопротивление и ёмкость шины.
Применённый источник тока на биполярном транзисторе VT1 собран по весьма простой и известной схеме:
Расчет тока стабилизации весьма прост: I = (Uстаб – Uб-э) / Rэ и выбран примерно 20 мА, что характерно для допустимого тока выходного каскада мс. К155ЛА8.
Uб-э ~ 0,7...1,0 В для кремневых транзисторов и ~ 0,4...0.6 В – для германиевых.
На этом стабилизаторе падает примерно 0,6...0.7 В.
Из эпюр напряжения видно, что активная нагрузка существенно улучшает фронт сигнала (зелёный цвет), по сравнению с линейной резистивной нагрузкой (красный).
Если питать генератор стабильного тока от отдельного источника питания и позволить иметь запас по напряжению, чтобы транзистор VT1 дольше находился в активном режиме, можно достичь и несколько лучших параметров фронта (если проводить измерение на уровне 0.9 от максимальной амплитуды).
Как видно из графика, динамическая нагрузка позволяет существенно улучшить характеристики вентиля с ОК, и, таким образом, применение таких вентилей не должно существенно ухудшить времена задержки в нашем АЛУ. Что и можно оценить в проекте.
Неплохая подборка по источникам тока существует здесь:
Откуда можно позаимствовать схему, задающую ток для нескольких нагрузок:
Кто больше?