Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Особенности проектирования цифровых схем



 

При разработке цифрового прибора используются модели представления цифровых схем: логическая модель; модель с временными задержками; модель с учетом электрических эффектов (или электрическая модель).

Логическая модель применима для всех цифровых схем, в которых быстродействие не принципиально.

Модель с временными задержками учитывает задержки срабатывания ЛЭ. Ее применение необходимо для схемотехнической разработки всех быстродействующих устройств и для проверки случая одновременного изменения нескольких входных сигналов.

Электрическая модель учитывает входные и выходные токи, входные и выходные сопротивления и емкости элементов. Эту модель надо применять при объединении нескольких входов и выходов, при передаче сигналов на большие расстояния и т.д.

На рисунке 1.10 на примере простейшего ЛЭ НЕ (инвертора) показаны три модели представления этого цифрового «прибора».

 

ЛЭ НЕ
Логическая модель
Модель с временными задержками
Электрическая модель
Рисунок 1.10 – Три модели представления цифрового устройства

 

Из рисунка видно, что в логической модели считается, что ЛЭ срабатывает мгновенно, любое изменение уровня входного сигнала сразу же, без всякой задержки приводит к изменению уровня выходного сигнала.

В модели с временными задержками выходной сигнал изменяется с некоторой задержкой относительно входного.

В электрической модели выходной сигнал не только задерживается по сравнению с входным, но и его изменение происходит не мгновенно – процесс смены уровней сигнала (фронт сигнала) имеет некоторую конечную длительность.

В начале проектирования используется логическая модель, а затем для некоторых узлов применяется модель с временными задержками или (реже) и электрическая модель.

При этом логическая модель не требует вообще никаких цифровых расчетов, для нее достаточно только знание таблиц истинности или алгоритмов функционирования микросхем.

Модель с временными задержками предполагает расчет временных задержек элементов на пути прохождения сигналов, . В результате этого расчета может выясниться, что требуется внесение изменений в схему.

Рассмотрим простейшую схему, состоящую из одинаковых ЛЭ, изображенную на рисунке 1.11.

Рисунок 1.11 – Простейшая схема, состоящая из одинаковых ЛЭ

 

Схема включает в себя одинаковые ЛЭ. Это означает, что они будут иметь одинаковые задержки распространения (t10зд р , t01зд р ).

При расчете временной задержки последовательно включенных логических элементов используется средняя задержка распространения сигнала ЛЭ:

τзд р ср = (t10зд р + t01зд р)/2.

 

Пусть простейшая схема реализована на ЛЭ К155ЛА8 (ТТЛ). Пользуясь справочной литературой, определим t10зд р ( не более 18 нс) и t01зд р (не более 60 нс).

Тогда средняя задержка распространения сигнала одного ЛЭ будет равна:

τзд р срЛЭ = (t10зд р + t01зд р)/2 = (18 нс+60 нс) /2 = 39 нс.

Рассмотрим цепочки последовательно включенных ЛЭ в схеме.

На вход 1 ЛЭ7 поступает сигнал, который формируется последовательно включенными ЛЭ1, ЛЭ2, ЛЭ4, ЛЭ6.

На вход 2 ЛЭ7 поступает сигнал, который формируется последовательно включенными ЛЭ3, ЛЭ5.

Следовательно, основную задержку в схему вносит цепочка элементов, последовательно включенных ко входу 1 ЛЭ7.

τзд р ср общ. = τзд р срЛЭ1+ τзд р срЛЭ2+ τзд р срЛЭ4+ τзд р срЛЭ6+ τзд р срЛЭ7 = 5* τзд р срЛЭ = 5*39нс = 195 нс.

 

Для схемы, изображенной на рисунке 1.12, основную задержку в схему будет вносить цепочка следующих ЛЭ: ЛЭ1 (НЕ), ЛЭ4 (ЛЭ И на 3 входа), ЛЭ5 (ЛЭ НЕ), ЛЭ6 (ЛЭ ИЛИ на 2 входа.

Рисунок 1.12 – Простейшая схема, состоящая из разных ЛЭ

τзд р ср общ. = τзд р срЛЭ1+ τзд р срЛЭ4+ τзд р срЛЭ5+ τзд р срЛЭ6, или

τзд р ср общ. = 2*τзд р срЛЭ1+ τзд р срЛЭ4 + τзд р срЛЭ6.

 

Расчеты по электрической модели могут быть различными, в том числе и довольно сложными, но в большинстве случаев они сводятся к суммированию входных и выходных токов ЛЭ.

Входной ток ЛЭ задается для неблагоприятного режима работы в пределах допустимых температур окружающей среды и напряжения питания как для уровня «0» (I0вх), так и для уровня «1» (I1вх).

Выходные токи (I0вых, I1вых) характеризуют нагрузочную способность ЛЭ.

Втекающие токи имеют положительные знаки, вытекающие – отрицательные.

Рассчитаем схему, представленную на рисунке 1.13, используя электрическую модель.

Рисунок 1.13 – Простейшая схема, состоящая из разных ЛЭ

 

I0вых ЛЭ2 = I0вх ЛЭ3 + I0вх ЛЭ4 + I0вх ЛЭ6

I1вых ЛЭ3 = I1вх ЛЭ7

В результате этих расчетов может выясниться, что требуется применение микросхем с более мощными выходами или включение дополнительных элементов.

 

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.