Разработки функциональной схемы и определение ее быстродействия (135743)

Посмотреть архив целиком

С О Д Е Р Ж А Н И Е



1. Техническое задание...................................2

1.1 Исходные данные.......................................3

2. Основные принципы работы элементов серии 500..........4

2.1.Отличительные особенности элементов ЭСЛ типа..........4

2.2.Описание базового элемента............................4

2.3.Принцип работы базового элемента......................4

3. Расчет статических и динамических параметров..........6

3.1.Расчет статических параметров ........................6

3.2.Расчет динамических параметров ......................12

4. Разработка функциональной схемы сумматора (по модулю

2) на 13 входов

4.1.Реализация функциональной схемы на элементах

серии 500.............................................A

4.2.Определение и расчет параметров схемы................

4.2.1. Определение задержки переключения на отрицатель-

ном и положительном фронтах.......................

4.2.2. Определение длительности сигнала..................

4.2.3. Определение средней задержки распростронения

входного сигнала..................................

4.2.4. Определение работы переключения...................

4.2.5. Таблица динамических параметров...................22

5. Выводы................................................22

Приложение 1.............................................

Приложение 2.............................................



- 2 -


1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ:


1.Разработать функцианальную схему и определить её быстродей-

ствие.


2.Выполнить проектирование и провести расчет статического и пе-

реходного режима работы базового элемента ЭСЛ типа. Описать принцип

работы элемента в статическом и переходном режимах, переключения и их

особенностях.


3.Выбрать и расчитать параметры схемы базового элементав стати-

ческом режиме Rо, Rнагр, Rк1, Rк2, уровни и амплитуды выходного сиг-

нала, суммарную мощность на ЭСЛ схеме.


4.Расчитать и построить входную характеристику I =f(Uвх), пере-

даточную характеристику Uвых =f(Uвх) для прямого и инверсного выхода.


5.Рассчитать и построить переходную характеристику при включении

двух значений емкости нагрузки 1-Сн=0 и Сн = пФ (Uвых=f(t)) для по-

ложительного и отрицательного фронтов сигнала на прямом и инверсном

выходе.


6.Определить по переходным характеристикам и расчитать параметры

схемы задержка переключения на отрицательном и положительном фронтах,

длительность сигнала, среднюю задержку распространения входного сиг-

нала, работу переключения (энергию).Все значения свести в таблицу.



- 3 -


1.1 ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.


1. Мощность токового переключателя:Р0= мВт.


2. Еп1=-5.0 В ; Еп2=-2.0 В ; Еп0= 0 В.

Нестабильность Еп1 и Еп2 : +-10%

Еоп=-1,2 В


3. Амплитуда выходного сигнала : 0,8 В

Uв=-0,8 В

Uн=-1,6 В


4. Сопротивление нагрузки :


Rн= 100 Ом

Rн= 1000 Ом


5. Емкость нагрузки :


Сн1= 0 пФ

Сн2= пФ


6. Параметры транзистора :


Bo = 100


7. Предельная частота транзистора :


fт= 1,6 ГГц

tпр = 0,1 нс


8. Емкость коллектора:


Ск= 0,5 пФ


9. Падение напряжения :


Uбэо= 0,8 В



- 4 -


2. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ЭЛЕМЕНТОВ СЕРИИ 500.


Серия 500 является системой быстродействующих логических запоми-

нающих и специальных элементов ЭСЛ-типа.

Интегральные микросхемы серии 500 предназначены для применения в

технических средствах и используются для построения быстродействующих

устройств (процессоры,каналы,устройства управления оперативными и

внешними ЗУ и т.п.) Единой Системой ЭВМ.



2.1. ОТЛИЧИТЕЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕМЕНТОВ ЭСЛ ТИПА.


ИМС серии 500 обладают рядом положительных качеств, которые

обеспечивают их оптимальное использование в быстродействующей цифро-

вой аппаратуре:


1) высоким быстродействием;

2) широкими логическими возможностями;

3) постоянством потребления мощности при повышении частоты;

4) большой нагрузочной способностью;

5) постоянством тока потребления от источника основного

напряжения;

6) малой критичностью динамических параметров к технологии

производства;

7) хорошим соотношением фронта сигнала к его задержке;

8) высокой стабильностью динамических параметров в диапазоне

рабочих температур и при изменении напряжения электропитания;



2.2 ОПИСАНИЕ БАЗОВОГО ЭЛЕМЕНТА


На рисунке 1.1 приведена принципиальная электрическая схема ба-

зового элемента ЭСЛ-типа с напряжением питания Еп1=-5.0 В, с источни-

ком опорного напряжения Еоп =-1,2 В и вспомогательным Еп2 =-2.0 В. По

выходу У1 реализуется функция "И-НЕ" (инверсный выход), по выходу У2

реализуется функция "И" (прямой выход). Схема элемента состоит из то-

кового переключателя,содержащего две ветви: первая ветвь на транзис-

торах Т1,Т2; вторая - на транзисторе Т3. Мощность токового переключа-

теля равняется 10 мВт.

Логические уровни "0" и "1" - 0,8 и 1,6 В соответственно.



2.3. ПРИНЦИП РАБОТЫ БАЗОВОГО ЭЛЕМЕНТА


Случай 1: На все входы элемента одновременно подаются сигналы

соответствующие логической единице, транзисторы Т1 и Т2 закрываются,

а транзистор Т3 открывается, так как напряжение на его базе выше, чем

на базах транзисторов Т1,Т2, и через него проходит ток, задаваемый

сопротивлением Rо. Этот ток, уменьшенный на значение тока базы тран-

зистора Т3, создает на сопротивлении Rк2 падение напряжения,равное

-0,8 В. С учетом падения напряжения на переходе база-эмитер транзис-

торов эмитерных повторителей Uбэо=-0,8 В получим на прямом выходе

-1.6 В, а на инверсном выходе - 0,8 В .

Случай 2: На один вход элемента, например вход 1, подается сиг-

нал, соответствующий логическому нулю, транзистор Т1 открывается, а

транзистор Т3 закрывается. В этом случае на прямом выходе У2 уровень

напряжения будет -0,8 В, а на инверсном -1,6 В.



- 5 -


ОПИСАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ


Транзисторы элемента работают в диапазоне от -1,3В до -0,3В. В

активной области меньше -1,3 В транзисторы работают в отсечке, выше

-0,3 В входят в режим насыщения.Транзисторы работают в ненасыщенном

режиме, благодаря чему из задержек переключения исключается рассасы-

вание заряда в транзисторе, увеличивается скорость переключения из

одного логического состояния в другое. Порог переключения элемента

составляет -1,2 В. Выходные эмиттерные повторители обеспечивают малое

выходное сопротивление микросхемы, что удобно при согласовании эле-

ментов в процессе построения многокаскадных схем. Сопротивление Rк1 =

365 Ом выбрано меньше сопротивления Rк2 = 416 Ом из-за разницы напря-

жений на базах в токовом переключателе, так на базах транзисторов

Т1,Т2 напряжение -0,8 В а на базе Т3 постоянно -1,2 В. Если допустить

изменение сопротивления Rк1 в большую сторону, то увеличится напряже-

ние на базе соответствующего эмиттерного повторителя и он призакроет-

ся,и если транзистор Т1 или Т2 открыты,то увеличится напряжение на

инверсном выходе. (В этом и последнем предложении напряжение рассмат-

ривается как разность потенциалов).

В случае изменения сопротивления Rк2 - ситуация аналогична, из-

менение сопротивления Rо в большую сторону приводит к уменьшению то-

ка,протекающего по открытому транзистору,и уменьшению напряжения на

базе эмиттерного повторителя, соответственно уменьшается выходное

напряжение.



ОПИСАНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ


Динамические параметры базового элемента зависят от сопротивле-

ния и емкости нагрузки. При емкости нагрузки, равной нулю, и увеличе-

нии сопротивления нагрузки,время фронта нарастания и спада сигнала, а

также время переключения элемента - уменьшается. Это происходит из-за

того, что уменьшается входная емкость и вместе с ней время переходно-

го процесса. Но при емкости нагрузки, отличной от нуля, характер пе-

реходных процессов изменяется. Время фронта Uвых(t+) при увеличении






Чтобы не видеть здесь видео-рекламу достаточно стать зарегистрированным пользователем.
Чтобы не видеть никакую рекламу на сайте, нужно стать VIP-пользователем.
Это можно сделать совершенно бесплатно. Читайте подробности тут.