Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


ќтметим, что в литературе нет единого толковани€ введенных терминов, хот€ они и €вл€ютс€ рекомендованными




I. Ёлементно-технологическа€ база Ё¬ћ.

 

1.1 ѕараметры цифровых микросхем и способы их описани€.

—войства цифровых элементов определ€ет р€д параметров (характеристик), знание которых необходимо дл€ правильного проектировани€ и эксплуатации цифровых устройств.

÷ифровые элементы можно разделить на логические и запоминающие, в системах их параметров имеютс€ некоторые особенности. «десь рассмотрим наиболее общие и важные характеристики цифровых элементов, дополнительные сведени€ о запоминающих элементах рассмотрим позже.

  важнейшим характеристикам цифровых »ћ— относ€тс€: функциональна€ сложность (уровень интеграции), быстродействие, потребл€ема€ мощность, энерги€ или работа переключени€, помехоустойчивость, нагрузочна€ способность.

ƒл€ цифровых элементов, как и дл€ других, важны также надежность, стоимость допустимые услови€ эксплуатации и другие.

 

1.1.1 ”ровень интеграции и функциональна€ сложность »ћ—.

—ложность »ћ— оцениваетс€ с помощью пон€тий Ууровень интеграцииФ или Уфункциональна€ сложностьФ. ѕод уровнем интеграции будем понимать число схемных элементов, расположенных на одном кристалле, а под функциональной сложностью Ц число размещенных на одном кристалле базовых логических или запоминающих элементов.

“ермины Ђстепень интеграцииї и Ђфункциональна€ сложностьї относ€тс€ к показателю, определЄнному по формуле ]lgN[, где N Ц число схемных (либо базовых логических) элементов, ][ - означает округление до ближайшего справа числа.

ќтметим, что в литературе нет единого толковани€ введенных терминов, хот€ они и €вл€ютс€ рекомендованными.

ѕон€ти€ уровень интеграции и функциональна€ сложность оценивают по сути одно и то же свойство »ћ—, но в разных единицах. ƒл€ функциональной сложности это базовые элементы (конъюнкторы, элементы »-Ќ≈ и т.д.), а дл€ уровн€ интеграции Ц схемные элементы (транзисторы, резисторы и т.д.)

»ћ— дел€т на малые, средние, большие и сверхбольшие.

  малым (ћ»—) обычно относ€т »ћ— 1 ой Ц 2 ой степени интеграции;

к средним (—»—) -2 ой Ц 3 ей; к большим Ц3 ей Ц 4 ой.

—верхбольшие интегральные схемы (—Ѕ»—) могут иметь степень интеграции 5 и более и, как правило, содержат устройства, выполн€ющие законченный процесс обработки информации.

 

1.1.2 Ѕыстродействие логических элементов. ¬ременные диаграммы

Ѕыстродействие логических элементов определ€етс€ скорост€ми перехода их из состо€ни€ Ђ0ї в состо€ние Ђ1ї и обратно. Ѕыстродействие цифрового устройства ограничиваетс€ не только задержками сигналов в логических элементах, но и задержками в цеп€х св€зи; полна€ задержка на участке тракта передачи сигнала должна вычисл€етс€ с учЄтом обеих задержек:

tз = tз.лэ + tз.св

 

’арактеристики быстродействи€ ЋЁ можно получить, расмотрев временные диаграммы процесса переключени€.

¬ременной диаграммой называетс€ представление сигнала в виде эпюр напр€жени€ (тока) в конкретной точке схемы Уприв€заннойФ к определЄнным моментам времени. “аким образом, ¬ƒ изображают динамику поведени€ цифровой схемы в отличие от таблиц истинности, которые отражают статику схемы. ¬ цифровой технике различают ¬ƒ одноразр€дного и многоразр€дного (например, выход регистра) сигналов. ¬ƒ могут различатьс€ по степени подробности изображени€ сигналов: с указанием масштаба по всем ос€м, только по ос€м времени, без указани€ масштаба, без осей, с указанием фронтов, либо без фронтов (идеальное переключение).

‘орма переходных процессов в цифровых схемах близка к трапецеидальной. ѕереходные процессы имеют этапы задержки, где выходна€ величина практически не начала измен€тьс€ и этапы нарастани€ (спада) Ц фронт (срез).

ƒлительности этих этапов обычно отсчитывают по моментам времени, в которые сигналы достигают уровней 0,1 и 0,9 от полного перепада.

ƒл€ более €сного понимани€ рассмотрим работу логического инвертора. —игналы на входе и выходе переключающегос€ инвертора показаны на рисунке.

 

 

Uвх

 

U1

           
 
   
     


Uп= U=U1-U0

U0

t

t 310 t ф10 t 301 t ф01

0,1U

       
 
   
 


Uп= 0,1U

       
   
 
 


t

t10 t01

–ис.1

—умма времени задержки и фронта составл€ет врем€ переключени€ ЋЁ (в зависимости от направлени€ переключени€ Ц врем€ включени€ или выключени€ ЋЁ).

Ќаиболее часто переходный процесс характеризуют всего одним числом Ц временем задержки распространени€ сигнала.

ѕри этом моментом поступлени€ сигнала на вход ЋЁ считают момент достижени€ им некоторого порогового уровн€ Ц в частности середины полного перепада. ѕри этом полагают, что при достижении плавно измен€ющимс€ сигналом уровн€ 0,5 от полного перепада на входе ЋЁ измен€етс€ логическое значение сигнала. ћоментом по€влени€ нового логического значени€ выходного сигнала также считают достижение им уровн€ 0,5 от полного перепада (прин€тые допущени€ не всегда отражают реальные значени€ порогового уровн€ ЋЁ).

 
 

¬ нашем случае: пороговый уровень:

ѕри переключении элемента из единичного состо€ни€ в нулевое задержка распространени€ сигнала:

 
 

ѕри переключении в обратном направлении:

       
   
 

„асто пользуютс€ усредненным значением задержки распространени€:

ƒлительность переходных процессов современных ЋЁ составл€ет наносекунды (нс).

–ассмотрим типичные ¬ƒ. ƒл€ одноразр€дного сигнала может иметь вид (рис.2).

U1 T

У1Ф

 

У0Ф

 
 


t1 t2 t3 t4

       
   
 

–ис.2

t1, t2, t3, t4 Ц моменты изменени€ состо€ни€ схемы

t1-t2 Ц нарастание сигнала (фронт)

t3-t4 - спад сигнала (срез)

¬ƒ дл€ n-разр€дного сигнала (выходы Q1-QN регистра) представлена на рис.3

 

Q

T


У1Ф

 

 
 


У0Ф t


–ис.3

ƒвум€ параллельными лини€ми, соответствующим уровн€м напр€жени€ У 0 У и У 1 У отличаетс€ некоторое состо€ние регистра (код на его выходах), крест-изменение состо€ни€, лини€ между уровн€ми 0 и 1 Ц третье состо€ние по всем разр€дам регистра.

¬ частных случа€х, когда значение на всех выходах регистра одинаково, они отличаютс€ на ¬ƒ как дл€ случа€ одноразр€дного сигнала (на ¬ƒ 0 Ц t1, Q=0 отмечено сплошной линией, а Q=1- пунктирной).

ƒлительность сигнала, т.е. врем€ в течение которого значени€ на всех выходах регистра не измен€ютс€ определ€етс€ по средним точкам переходов из одного состо€ни€ в другое.

ƒл€ более €сных представлений о последовательности переключени€ сигналов в сложных ¬ƒ фронты этих сигналов св€зывают стрелами.

Ќа рисунке показан процесс записи в регистр данных D, сопровождаемый стробирующим сигналом —.

 
 


t3

 
 


–ис.4

 

«десь отмечено запаздывание tз реакции Q регистра на изменение данных D относительно переднего фронта строба —.

ѕри использовании усредненных задержек распространени€ сигналов ЋЁ можно представить в виде (рис.5), где последовательно с безинерционным элементом, выполн€ющим некоторую операцию F (булева модель ЋЁ), включен элемент задержки на врем€ tз:

 

  F
X1

y

       
   
 
 


Xn t3

–ис.5.

 
 

ѕотребл€ема€ мощность.

ѕотребл€ема€ ЋЁ мощность может быть статической или полной. —татическа€ мощность потребл€етс€ ЋЁ, который не переключаетс€. “акой элемент может находитс€ в нулевом или единичном состо€нии, поэтому существуют два значени€ статической мощности –0 и –1. дл€ схемы из многих ЋЁ обычно принимают нулевые состо€ни€ равноверо€тными и пользуютс€ средним значением статической мощности:

ѕотребление статической мощности не €вл€етс€ принципиально необходимым, поскольку не переключающийс€ элемент не совершает полезной работы.

ѕолна€ мощность, потребл€ема€ переключающимс€ ЋЁ, зависит от частоты переключений. ќна превышает статическую мощность, к которой добавл€етс€ динамическа€ составл€юща€ вследствие возникновени€ токов в емкостных цеп€х. ѕотребление динамической мощности неизбежно, т.к. при переключени€х ЋЁ необходимо перезар€жать емкость схемы, затрагива€ при этом определенную энергию.

ѕо характеру зависимости полной мощности – от частоты переключений ЋЁ все элементы можно разделить на 2 условные группы.   первой относ€тс€ элементы в которых, в некоторых пределах частот переключени€, мощность мало зависит от частоты. —татическа€ мощность довольно велика и дополнительные затраты мощности при переключении в данном частотном диапазоне малы по сравнению со статической мощностью; ко второй Ц элементы со сравнительно малой статической мощностью, у которых зависимость мощности от частоты близка к линейной:

 

P

Pст1

 

ст2 f

’арактеристика типа 2 более совершенна т.к. свидетельствует о минимальности затрат мощности, не €вл€ющихс€ необходимыми.





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-02-12; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 1575 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

Ћаской почти всегда добьешьс€ больше, чем грубой силой. © Ќеизвестно
==> читать все изречени€...

2057 - | 1919 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.03 с.