русс | укр

Языки программирования

ПаскальСиАссемблерJavaMatlabPhpHtmlJavaScriptCSSC#DelphiТурбо Пролог

Компьютерные сетиСистемное программное обеспечениеИнформационные технологииПрограммирование

Все о программировании


Linux Unix Алгоритмические языки Аналоговые и гибридные вычислительные устройства Архитектура микроконтроллеров Введение в разработку распределенных информационных систем Введение в численные методы Дискретная математика Информационное обслуживание пользователей Информация и моделирование в управлении производством Компьютерная графика Математическое и компьютерное моделирование Моделирование Нейрокомпьютеры Проектирование программ диагностики компьютерных систем и сетей Проектирование системных программ Системы счисления Теория статистики Теория оптимизации Уроки AutoCAD 3D Уроки базы данных Access Уроки Orcad Цифровые автоматы Шпаргалки по компьютеру Шпаргалки по программированию Экспертные системы Элементы теории информации

Простейшие модели и система параметров логических элементов


Дата добавления: 2014-11-27; просмотров: 1948; Нарушение авторских прав


Простейшие модели логических элементов

Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим операциям над логическими переменными 0 и 1. Такие операции реализуются логическими элементами в соответствии с формулами алгебры логики. В идеализированных схемах логические элемен­ты могут быть представлена моделями вида (рис. 1.1, а), т. е. условными графическими обозначениями — прямоугольниками, в которых ставится символ выполняемой операции, а на линиях входных и выходных перемен­ных могут изображаться кружки (индикаторы инверсии), если данная пере­менная входит в формулу зависимости выходной переменной от входных в инверсном виде.

а б

Рис. 1.1. Обозначение идеализированного логического элемента (а) и модель логического элемента с фиксированной задержкой (б)

 

В реальных условиях логические переменные 0 и 1 отображаются, как пра­вило, двумя различными уровнями напряжения: и . Переход от логи­ческих переменных к электрическим сигналам ставит вопрос о логических соглашениях. Необходимо условиться, какой из двух уровней напряжения принять за и какой за . Существуют соглашения положительной и от­рицательной логики. В положительной логике > , а в отрицательной < . Один и тот же элемент, в зависимости от принятого логического соглашения, выполняет различные логические операции. Переход от операции в положительной логике к операции в отрицательной производится ин­вертированием всех переменных.

В дальнейшем, если не оговорено иное, будем пользоваться соглашением положительной логики.

Наряду с обозначениями и могут быть использованы и обозначения вы­сокого и низкого уровней напряжения соответственно как Н (High) и L (Low).

Одни и те же преобразования логических переменных можно задать в раз­личных формах: с помощью операций И, ИЛИ, НЕ (булевский базис), опе­рации И-НЕ (базис Шеффера), операции ИЛИ-НЕ (базис Пирса), а также многими другими способами. Выбор базиса зависит от простоты реализации той или иной операции с помощью электрических схем данной схемотехнологии. Чаще всего встречаются базисы Шеффера и Пирса. В развитых сери­ях стандартных ИС наряду с базовыми логическими элементами обычно имеется и ряд других, выполняющих другие логические операции.



Быстродействие или даже работоспособность ЦУ зависит от задержек сиг­налов в логических элементах и линиях связей между ними. Реальные пере­ходные процессы в логических элементах достаточно сложны, и в моделях они отображаются с той или иной степенью упрощения. В простейшей мо­дели динамические свойства элемента отражаются введением в его выход­ную цепь элемента задержки сигнала на фиксированное время (рис. 1.1, б). В силу простоты такая модель находит применение на практи­ке, несмотря на то, что она является грубой и не учитывает ряд существен­ных факторов: технологического разброса задержек элементов, зависимости их от направления переключения элемента (из 0 в 1 или из 1 в 0), зависимо­сти их от емкостной нагрузки, которая может быть резко выраженной и т. д. Например, для элементов КМОП задержка пропорциональна емкости на­грузки. Простейшая модель не учитывает также фильтрующих свойств ре­альных элементов, благодаря которым короткие входные импульсы, обла­дающие малой энергией, не способны вызвать переключение элемента.

Применение более точных моделей задержек сопровождается усложнением расчетов при анализе работы ЦУ и характерна для САПР.

Для правильного проектирования и эксплуатации ЦУ необходимо знать систему параметров логических элементов (статических и динамических).

Статические параметры логических элементов

В качестве важнейших статических параметров приводятся четыре значения напряжений и четыре значения токов.

Четыре значения напряжений задают границы отображения переменных (О и 1) на выходе и входе элемента. Для нормальной работы элемента требует­ся, чтобы напряжение, отображающее логическую 1, было достаточно высо­ким, а напряжение, отображающее 0, — достаточно низким. Эти требования задаются параметрами и . Входные напряжения данного эле­мента есть выходные напряжения предыдущего (источника сигналов). Уров­ни, гарантируемые на выходе элемента при соблюдении допустимых нагру­зочных условий, задаются параметрами и . Выходные уров­ни несколько "лучше" входных, что обеспечивает определенную помехоустой­чивость элемента. Для уровня опасны отрицательные помехи, снижающие его, причем допустимая статическая помеха (т. е. помеха любой длительности)

= -

Для уровня опасны положительные помехи, причем допустимая статиче­ская помеха

= -

Четыре значения токов — входные и выходные токи в обоих логических со­стояниях. При высоком уровне выходного напряжения из элемента — источника ток вытекает, цепи нагрузки ток поглощают. При низком уровне выходного напряжения элемента-источника ток нагрузки втекает в этот элемент, а из входных цепей элементов-приемников токи вытекают. Зная токи и характеризующие возможности элемента — источника сигнала, и токи и потребляемые элементами-приемниками, можно контролировать соблюдение нагрузочных ограниче­ний, обязательное для всех элементов схемы ЦУ.

Быстродействие логических элементов

Быстродействие логических элементов определяется скоростями их перехода из одного состояния в другое. Быстродействие ЦУ определяется задержками сигналов, как в логических элементах, так и в цепях их межсоединений.

Временные диаграммы переключения инвертирующего логического элемен­та (рис. 1.2) показывают длительности характерных этапов переходных 'про­цессов, отсчитываемые по так называемым измерительным уровням. Мо­ментом изменения логического сигнала считают момент достижения им по­рогового уровня. Часто за пороговый уровень принимают середину логиче­ского перепада сигнала, т. е. 0,5( ). Иногда пороговый уровень ука­зывается более точно в паспортных данных элемента. На временных диа­граммах показаны задержки распространения сигнала при изменении вы­ходного напряжения элемента от до и обратно (t10 и t01). Очень часто для упрощения расчетов пользуются усредненным значением задержки рас­пространения сигнала = 0,5(t10 + t01).

Следует обратить внимание на то, что усреднение согласно приведенному соотношению не относится к технологическому разбросу задержек. Также следует заметить, что справочные данные о задержках соответствуют определенным условиям измерений, указанным в справочниках. Если условия работы элемента отличаются от условий измерения, то может потребоваться коррекция справочных данных.

Рис. 1.2. Временные диаграммы процессов переключения логического элемента

На быстродействие ЦУ влияют также емкости, на перезаряд которых требу­ются затраты времени. В справочных данных приводятся входные и выход­ные емкости логических элементов, знание которых позволяет подсчитать емкости нагрузки в узлах схемы. Для подключаемой к выходу элемента ем­кости приводятся две цифры: номинальная емкость (L от Load) и пре­дельно допустимая емкость . Первая емкость соответствует условиям измерения задержек сигналов, так что именно для нее справедливы значе­ния задержек сигналов, приведенные в справочных данных. Если реальная нагрузочная емкость отличается от номинальной, то изменятся и значения задержек. Значения реальных задержек можно оценить с помощью соотноше­ния , где — номинальное значение задержки; ; С — фактическое значение нагрузочной емкости; k — коэффициент, вели­чина которого задается для каждой серии элементов индивидуально.

Предельно допустимая емкость указывает границу, которую нельзя нару­шать, поскольку при этом работоспособность элемента не гарантируется.

Разумеется, при подсчете емкостей в узлах ЦУ учитываются и емкости меж­соединений (монтажные емкости).

Мощности потребления логических элементов

При разработке ЦУ требуется оценивать мощности их потребления, чтобы сформулировать требования к источникам питания и конструкции теплоотвода. При этом суммируются мощности, рассеиваемые логическими и дру­гими элементами схемы, а также межсоединениями.

Мощности, потребляемые элементами, делят на статические и динамиче­ские. Статическая мощность потребляется элементом, который не переклю­чается. При переключении потребляется дополнительно динамическая мощность, которая пропорциональна частоте переключения элемента. Та­ким образом, полная мощность зависит от частоты переключения элемента, что и следует учитывать при ее подсчете. Обычно не возникает трудностей при подсчете мощностей, потребляемых биполярными схемами. При под­счете мощностей, потребляемых элементами типа КМОП, положение на­много сложнее и данных, приведенных в справочниках, может не хватить. Здесь следует отметить, что в настоящее время только справочник под ре­дакцией И. И. Петровского [21] предоставляет удобные данные для расчета мощностей ЦУ на элементах КМОП (для серии элементов КР1554).



<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Глава 1 | Типы выходных каскадов цифровых элементов


Карта сайта Карта сайта укр


Уроки php mysql Программирование

Онлайн система счисления Калькулятор онлайн обычный Инженерный калькулятор онлайн Замена русских букв на английские для вебмастеров Замена русских букв на английские

Аппаратное и программное обеспечение Графика и компьютерная сфера Интегрированная геоинформационная система Интернет Компьютер Комплектующие компьютера Лекции Методы и средства измерений неэлектрических величин Обслуживание компьютерных и периферийных устройств Операционные системы Параллельное программирование Проектирование электронных средств Периферийные устройства Полезные ресурсы для программистов Программы для программистов Статьи для программистов Cтруктура и организация данных


 


Не нашли то, что искали? Google вам в помощь!

 
 

© life-prog.ru При использовании материалов прямая ссылка на сайт обязательна.

Генерация страницы за: 0.004 сек.