1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим




Скачать 21,48 Kb.
Название1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим
страница2/10
Дата04.02.2016
Размер21,48 Kb.
ТипДокументы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

4. Перекрестные помехи.

Перекрестные помехи порождаются взаимовлиянием близлежащих линий, передающих сигналы.

Пусть линия — источник помехи является близлежащей для линии, испы­тывающей воздействие помехи. Тогда между ними существует связь через паразитную емкость Спом (рис. 1.9, а). Схема замещения рассматриваемой цепи может быть представлена в виде рис. 1.9, б, где

R = Rвых.1*Rвх.2/(Rвых.1 + Rвх.2)

Если считать фронт помехи линейным, изменяющимся по закону Uпом(t) = аt, где а = (U1– U0)/tф,

то напряжение помехи на входе элемента ЛЭ2 будет определяться соотно­шением (для времен от нуля до tф) Uвx.2(t) = а [1 - exp(-t/RC)] RC, т. е. пропорционально крутизне фронта.



а б

Рис. 1.9. Схема, поясняющая процесс возникновения перекрестных помех в цифровых устройствах (а), и схема замещения (б)

Борьба с перекрестными помехами осуществляется запрещением параллель­ного расположения близких и длинных сигнальных линий, размещением между такими линиями экранирующих заземленных проводников (так, в частности, поступают при применении плоских кабелей), применением ко­аксиальных кабелей, витых пар и др.

Электромагнитные наводки создаются внешними полями. Борьба с ними ведется конструктивными методами — экранированием устройства.


5. Линии передачи сигналов.

Для обеспечения работоспособности ЦУ следует уделять большое внимание линиям связи (межсоединениям элементов). Это важно при проектировании печатных плат, и становится особенно острой проблемой в БИС/СБИС, где преобладающая часть площади кристалла, задержек сигналов и потребляе­мой мощности зачастую относится именно к системе межсоединений. Ряд рекомендаций для разработки ЦУ высказан выше ("качество земли", ограничения на параллельные размещения сигнальных линий, фильтрация питания, согласование волновых сопротивлений в длинных линиях). Отме­тим теперь особенности Основных вариантов технической реализации меж­соединений. На платах межсоединения выполняются одиночными проводниками над "земляной" плоскостью, двумя проводниками, витыми парами, микрополос-ковыми линиями, коаксиальными кабелями малого Диаметра и др.



а



б



в

Рис. 1.11. Простейшая схема переда­чи цифрового сигнала (а), схема с гистерезисным приемником (б), передача сигнала дифференциальным способом (а)




г



д

Рис. 1.11. (окончание) Пример схемы помехоустойчи­вой передачи сигнала (г), буфер с регулируемой крутиз­ной фронта (д)

Схема соединения одиночным проводником (рис. 1.11, а) изображена с уче­том напряжения помехи, которая может возникать между "землями" двух элементов. В этом случае помеха передается на вход приемника сигнала.

Помехоустойчивость передачи повышается, если элемент-приемник обладает гистерезисными свойствами, как, например, триггер Шмитта (рис. 1.11,6). Благодаря гистерезисной характеристике приемника, для переключения в состояние логической "1" нужно подать на вход напряжение, значительно превышающее пороговое, а для переключения в "О" — значительно меньше, чем пороговое. Ясно, что это повышает уровень допустимых помех, причем тем больше, чем шире петля гистерезиса.

Значительное улучшение может дать передача парафазного сигнала по двум линиям (дифференциальная передача), показанная на рис. 1.11, в. Прием­ником сигнала служит дифференциальный усилитель (или компаратор). На его верхнем входе действует напряжение Uсигн + Uпом, а на нижнем –Uсигн + Uпом. Дифференциальный приемник воспринимает разность на­пряжений между входами, которая равна 2Uсигн и не содержит напряжения помех. Перекрестные помехи в данном случае также значительно ослабля­ются, поскольку появляются в обоих проводниках близкими по величине, так что их разность, ощущаемая приемником, мала.

На рис. 1.11, г приведена схема помехоустойчивой передачи сигнала диффе­ренциальным способом по витой паре. По волновому сопротивлению витая пара согласуется резистором-терминатором, выполненным в виде делителя из резисторов 180 и 390 Ом, эквивалентное сопротивление которого относи­тельно выхода равно 120 Ом.

Витая пара, часто применяемая в ЦУ, представляет собою как бы упрощен­ную конструкцию коаксиального кабеля, в которой один из проводов можно рассматривать как некоторый аналог оплетки кабеля. Для примера укажем параметры витой пары проводников типа МНВ 2 х 0,05 мм2; волновое сопро­тивление 100 Ом; сопротивление проводника постоянному току 0,35 Ом/м;

коэффициент перекрестной помехи 0,15; время задержки сигнала 6 нс/м.

На рис. 1.11, д изображен буфер с третьим состоянием и регулировкой кру­тизны нарастания выходного сигнала. Введением/снятием третьего состоя­ния управляет вход ОЕ (Output Enable), крутизной фронтов — сигнал SRC (Slew Rate Control). Пологий фронт желателен, поскольку замедление изме­нений токов и напряжений снижает помехи из-за токовых импульсов в це­пях питания, перекрестные помехи и др. В то же время в критичных для быстродействия устройства путях замедленные переключения элементов не­желательны, и поэтому в них устанавливают режимы крутых фронтов. Бу­ферные каскады с регулировкой крутизны фронтов достаточно часто при­меняют в современных СБИС. В них встречаются и более изощренные спо­собы регулировок скоростей изменения сигналов в буферных элементах по специально подобранным нелинейным законам.

Большие проблемы связаны с реализацией межсоединений в СБИС. Уменьшение размеров Схемных элементов, одинаковое для размеров в плане и толщин, ведет к уменьшению поперечного сечения проводников по квад­ратичной зависимости, что увеличивает их погонное сопротивление. Резистивность и емкости связей ограничивают гипотезу их эквипотенциальности. Распространение потенциала вдоль проводника подчиняется уравнению диффузии, чему соответствует падение скорости распространения сигнала по мере удаления от источника и квадратичная зависимость задержки от длины проводника. Удвоение длины проводника приводит к учетверению задержки и т. д. Поэтому в длинных связях иногда включают через опреде­ленные расстояния усилители-повторители сигнала. Для оценки положения, начиная с которого основная доля задержки приходится на проводник, при­ведем цифры для технологии с минимальным размером 0,5 мкм: это 0,01;

0,02 и 0,5 мм соответственно для поликремниевых, диффузионных и металлизированных проводников.


6. Линии связи с гальваническими развязками.

Электрические токи могут протекать только в замкнутых цепях, для образо­вания которых устройства, обменивающиеся данными, должны иметь об­щую схемную "землю" (общую точку). Объединение схемных земель взаимо­действующих устройств — обычное простейшее решение, применяемое в подавляющем большинстве систем, но ему свойственны и известные недо­статки. Не исключено, что до момента соединения друг с другом схемные земли двух устройств имели разные потенциалы. Тогда при соединении схемных земель в образующемся замкнутом контуре могут возникнуть им­пульсные сигналы, небезопасные для соединяемых устройств. Далее, неред­ко электронные приборы управляют работой мощных высоковольтных аг­регатов и при аварийных пробоях изоляции высокие напряжения могут полностью выводить их из строя. Кроме того, в электрически связанных цепях возникает множество помех — перекрестные помехи, помехи по це­пям питания и др.

В силу отмеченных обстоятельств, т. е. по соображениям электробезопасно­сти и борьбы с помехами, в некоторых ситуациях предусматривается приме­нение линий связи с гальваническими развязками. В этих случаях в тракте передачи данных имеется участок, на котором данные передаются с помо­щью оптических средств без электрической связи между источником и при­емником. Основными элементами обеспечения электрических развязок служат оптроны (оптические изоляторы) — приборы с размещением свето-диода и фоточувствительного элемента (диода или транзистора) в одном корпусе. Оптический изолятор преобразует входной сигнал в выходной при полном гальваническом разделении цепей входа и выхода. Связь выходных цепей со входными осуществляется следующим образом — под воздействи­ем входного сигнала генерируется электромагнитное излучение (обычно в инфракрасной области спектра), которое затем воспринимается фоточувст­вительным элементом, преобразующим его в электрический сигнал. С по­мощью такого процесса можно передавать по линии не только цифровые, но и аналоговые сигналы.

На рис. 1.20 показана схема цифровой связи источника сигнала (например, процессора) с приемником (например, внешним устройством микропроцес­сорной системы).



Рис.1.20. Схема линии связи с гальванической развязкой

Сигнал на оптический изолятор передается от источника через буфер по витой паре с согласованием волновых сопротивлений резисторами-термина торами R. Диодно-транзисторный оптический изолятор обеспечивает галь­ваническую развязку. Импульсы тока преобразуются светодиодом в им­пульсное излучение, воспринимаемое фоточувствительным транзистором, ток которого изменяется соответственно облучению базы. С коллектора транзистора снимается электрический сигнал и подается на приемник через логический элемент ЛЭ.

Линии с оптронными гальваническими развязками имеют ограниченное быстродействие, обусловленное инерционностью оптронов, однако с разви­тием технологий производства скоростные возможности оптронов возраста­ют. В номенклатуре современных оптронов имеются приборы со скоростью передачи до 20 Мбод.

7. Генераторы импульсов.

На элементах задержки и логических элементах строятся генераторы им­пульсных последовательностей. Простейший вариант показан на рис. 1.15, а. При нулевом значении сигнала управления Упр на выходе элемента И-НЕ имеется логическая единица, которая через обратную связь с задержкой на td передается на верхний вход элемента. Таким обра­зом, в исходном состоянии верхний вход элемента И-НЕ находится в со­стоянии логической единицы. Изменение управляющего сигнала является командой для начала работы генератора. Появление единицы на нижнем входе Упр элемента И-НЕ дает совпадение единиц на обоих входах, что переводит выход схемы в нулевое состояние. Это состояние длится в тече­ние интервала td, т. к. после него нуль с выхода схемы по обратной, связи пройдет на верхний вход элемента и поставит его в единичное состояние, которое также сохранится на время td, после чего изменится из-за воздей­ствия по цепи обратной связи. Следовательно, схема будет генерировать симметричные импульсы с длительностями импульса и паузы, равными td (рис. 1.15, б).



а

б




в


г

Рис. 1.15. Схемы генераторов симметричных (а) и несимметричных (в) импульсов и соответствующие временные диаграммы их выходных сигналов (б, г).

Очень частр требуются импульсы, в которых длительности импульса и паузы должны быть различны. На рис. 1.15.в показана схема, в которой возможно от­дельное задание длительностей импульса и паузы.

Работу схемы легко уяснить из рассмотрения временных диаграмм на рис. 1.15, г. Видно, что длительность паузы устанавливается элементом за­держки 2, после чего можно задать необходимую длительность импульса эле­ментом задержки 1. При этом

tn = td2 и tи = 2td1+ td2. Здесь пауза короче импуль­са. Если требуется обратное соотношение, выходной сигнал можно проинвертировать. На логических элементах и элементах задержки строят генераторы, к кото­рым не предъявляется жесткие требования по стабильности частоты (допустимы отклонения порядка процентов). Генераторами прямоугольных импульсов служат также типовые микросхемы мультивибраторов, стабильность частоты которых имеет тот же порядок, что и генераторов, рассмотренных выше. Для получения импульсных последовательностей с высокой стабильностью частоты применяют, как правило, кварцованные генераторы, для которых даже без применения специальных, мер нетрудно получить стабильность частоты с отклонениями порядка .10-5 или даже еще меньше.


8. Режимы неиспользуемых входов.

Вопрос о режиме "лишних" входов решается с учетом конкретного типа ис­пользуемой схемотехнологии. Пусть, например, нужно получить конъюнкцию (или ее инверсию) пяти пе­ременных. В стандартных, сериях нет; соответствующих элементов с пятью входами, и придется взять элемент с восемью входами, у которого окажется три "лишних" входа. Принципиально возможно поступить следующим обра­зом: не обращать внимания на "лишние", входы (т. е. оставить их разомкну­тыми), подсоединить их к задействованным входам или подать на них некоторые константы. С точки зрения логических операций все три возможно­сти правомерны (рис. 1,19, а). Если же учесть особенности той или иной схемотехнологии, то выбор варианта действий становится определенным. Для ЭСЛ решение такое: неиспользуемые входы остаются разомкнутыми. Это объясняется тем, что в схемах самих элементов уже предусмотрены спе­циальные резисторы, связанные с источником питания, которые обеспечи­вают необходимые условия "лишним" входам.




а

а



б



в

Рис. 1.19. Принципиально возможные (а) и рекомендуе­мые (б) режимы неиспользуемых входов логических эле­ментов, схема формирования сигналов логической еди­ницы (а)

Для КМОП и ТТЛ(Ш) неиспользуемые входы разомкнутыми не оставляют. Для КМОП это строгая рекомендация, т. к. у них очень велики входные со­противления и, следовательно, на разомкнутые входы легко наводятся пара­зитные потенциалы, которые могут изменять работу схемы. Для ТТЛ(ШУ строгого запрета на оставление разомкнутых входов нет, но это делать неза­чем, т. к. вследствие этого пострадают параметры быстродействия элемента. Подсоединение "лишних" входов к задействованным для КМОП и ТТЛ(Ш) принципиально возможно, но .нежелательно, т. к. оно приводит к увеличе­нию нагрузки на источник сигнала, что также сопровождается уменьшением быстродействия источника сигнала.

Таким образом, для КМОП и ТТЛ(Ш) режим неиспользуемых входов—­подсоединение их к константам (логическим единицам или нулям), не из­меняющим работу схемы для задействованных входов. При этом уровни на­пряжений U1 и U0 для КМОП совпадают с уровнями Ucc и "земли", к кото­рым и подключают неиспользуемые входы. У элементов ТТЛ(Ш) уровень U1 на 1,5...2 В ниже уровня Ucc, поэтому для предотвращения пробоев неис­пользуемые входы подключают к источнику питания Ucc через резисторы R, (обычная рекомендация: R = 1 кОм), причем к одному резистору разреша­ется подключать до 20 входов.

Примеры, иллюстрирующие перечисленные способы подключения неисполь­зуемых выводов ИС, показаны на рис. 1.19, б. Сигналы логической единицы можно получать от специального элемента (рис; 1.19, в), причем, если это мощный элемент, то он может иметь коэффициент разветвления до 30.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Похожие:

1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconЗазнаев О. И. Вторая молодость «долгожителя»: концепт «политический институт» в современной науке Раздел Теоретические проблемы политологии
Институты – это конструкции, созданные человеческим сознанием. Но даже самые убежденные представители неоклассической школы признают...
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconЛекция: Адресация операндов Основная функция любого процессора, ради которой он и создается, это выполнение команд. Система команд, выполняемых процессором,
Система команд, выполняемых процессором, представляет собой нечто подобное таблице истинности логических элементов или таблице режимов...
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconЛекция: природный фактор
В конечном счете все, чем обладает современный человек, кроме знаний и информации, сделано из природного материала, пусть и преобразованного....
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconПрограмма «Credo Топополан» программа создания цифровой модели местности и выпуска топографических плАнов
Назначение: создание цифровой модели местности инженерного назначения, выпуск планшетов и чертежей топографических планов
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconМежсистемные взаимодействия в сложных информационных структурах создания рэс
Показаны преобразования модели при изменении параметров изделия в ходе жизненного цикла и результаты применения подобных методик...
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconОпределение параметров модели процесса миграции радионуклидов в почве
Предлагается методика экспериментального определения параметров модели процесса миграции радионуклидов в почве
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconУтренняя гимнастика
Основные движения бег и подскоки обязательно включаются в утреннюю гимнастику, они усиливают деятельность сердечно-сосудистой и дыхательной...
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим icon1 00 книг, без которых нельзя прожить
В конечном счете, качество выигрывает. Хотя люди и скупали "Код да Винчи" миллионными тиражами, но в опросе о любимых книгах британцев...
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconПятая международная конференция
Законы преобразования информации: Общая теория информации и интеллект. (Yi-Xin Zhong, Китай)
1. Простейшие модели и система параметров логических элементов Даже самые сложные преобразования цифровой информации, в конечном счете, сводятся к простейшим iconРекомендации участникам олимпиады по истории основные подходы к проведению Олимпиады по истории
Особо выделим цель – отбор учащихся-победителей для создания ими портфолио успешности ученика и, в конечном счете, формирования льготных...
Разместите кнопку на своём сайте:
Библиотека


База данных защищена авторским правом ©lib2.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Библиотека
Главная страница