Исследование статических и динамических характеристик интегральных микросхем, определение их статистических параметров и определение отклонения от справочных

Цель работы: исследование статических и динамических характеристик интегральных микросхем, определение их статистических параметров и определение отклонения от справочных.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Основные  характеристики логических элементов делятся на статические и динамические.

Статические включают в себя:

-уровень логического нуля U⁰; уровень логической единицы U¹;

Динамические включают в себя:

-t^0,1 – время перехода из 0 в 1; t^1,0 – время перехода из 1 в 0;

Рис.1

 ОПИСАНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ УСТАНОВКИ

Установка УМ16  – настольного типа (рис.2). Состоит из корпуса (с блоком питания) и лицевой панели. Основные соединения в устройствах выполнены печатным монтажом. На задней стенке имеется окно для доступа к предохранителю и гнездам контроля питающих напряжений. На лицевой панели размещены: ручки управления, приборы контроля питания исследуемой схемы и печатная плата с исследуемой интегральной схемой. Печатная плата с микросхемой помещается под крышкой из прозрачного оргстекла.

Для удобства работы с  прибором на лицевой панели нанесена мнемоническая схема.

Функционально установка состоит из трех основных частей:

электронного блока;  блока нагрузок; блока питания.

Ручки управления электронного блока выведены на лицевую панель и расположены в левой части ее.

Функциональное назначение каждого органа управления обозначено условными знаками. С помощью органов управления 1к и 2к можно изменять уровень "0", уровень "1" и  длительность импульсов. Генератор пилообразного напряжения имеет регулировку амплитуды.

Задержка импульсов 1к относительно импульсов 2к осуществляется ручками "грубо" и "плавно" "τ задержки", выведенными на лицевую панель.

Установка включает в себя коммутатор, который позволяет наблюдать на экране однолучевого осциллографа последовательности импульсов первого и второго каналов. Выход коммутатора выведен на гнездо "Осцил".

Смещение сигналов 2к относительно 1к по вертикали регулируется ручкой "смещение луча".

Блок нагрузок

Состоит из шести магазинов (R, L, С). Для получения симметричной нагрузки каждый тип сопротивления имеет по два одинаковых сопротивления. Изменение величины нагрузок осуществляется дискретно с помощью шести переключателей. Нагрузка подключается к исследуемой интегральной схеме соединительными проводами, через соответствующие коммутационные гнезда.

Блок питания

Содержит четыре источника постоянного напряжения. Два из них независимы и предназначены для питания исследуемых микросхем. Напряжение на выходе этих источников можно изменять: дискретно (U_н = 3 В; 4 В; 5 В; 6,3 В);  плавно в пределах от +0,6 В до U_н+0,6  В.

Ручки плавной регулировки этих напряжений расположены на лицевой панели возле контрольных приборов. Эти источники питания имеют устройства защиты от короткого замыкания.

Устройства обеспечивают автоматически восстановление напряжения после снятия короткого замыкания. Два других источника питания ( +9 В и +5 В) предназначены для питания электронного блока.

ОСЦИЛЛОГРАФ

Для выполнения данной лабораторной работы потребуется осциллограф, передняя панель которого приведена на рисунке 3.

С помощью индикаторов 2 можно определить где находится картина сигнала, внизу или вверху, и с помощью ручек 10 и 13 картина сигнала сдвигается вверх или вниз, а с помощью ручки 3 сдвигается влево или вправо. С помощью ручки 12 меняется масштаб по вертикали, а ручка 14 нужна для установки коэффициента масштаба по вертикали. Изменение масштаба по горизонтали  происходит с помощью ручки 5. Ручка 4 синхронизирует частоту развертки с частотой входного сигнала, в результате чего стабилизируется картина. Ручкой 6 изменяется яркость развертки. Фокусировка развертки выполняется с помощью ручки 7. Ручка 8 является подсветкой. Заземление осуществляется на зажиме 11.   Все остальные ручки находятся в положении изображенном на рисунке  и не должны менять своего положения.

Результаты опытов:

К155ЛА3

К155ЛА4

№	U1, В	U0, В	t10, мс	t01, мс
1	3	0,3	1	1,2
2	2,8	0,26	0,8	1.3
3	3	0,32	1	1
4	3,2	0,3	1.2	1,2

К155ЛА3

№	U1	U0	t10 мс	t01мс
1	2.9	0.2	0.9	1.1
2	3	0.25	1	1.2
3	3.1	0.3	0.8	0.9
4	3.5	0.32	0.9	1

Обработка результата:

К155ЛА3

U1	X	ν	ξ	σср
3 2.8 3 3.2	3	0 0.2 0 -0.2	0.16	0.08
U0
0.3 0.26 0.32 0.3	0.295	-0.005 0.035 -0.025 -0.005	0.038	0.019
t10
1 0.8 1 1.2	1	0 0.2 0 -0.2	0.163	0.081
t01
1.2 1.3 1 1.2	1.175	-0.025 -0.125 0.175 -0.025	0.176	0.088

К155ЛА4

U1	x	ν	ξ	σср
2.9 3 3.1 3.5	3.125	0.225 0.125 0.025 -0.375	0.262	0.131
U0
0.2 0.25 0.3 0.32	0.2675	0.0675 0.0175 -0.0325 -0.0525	0.053	0.026
t10
0.9 1 0.8 0.9	0.9	0 -0.1 0.1 0	0.08	0.04
t01
1.1 1.2 0.9 1	1.05	-0.05 -0.15 0.15 0.05	0.1290	0.064

Вывод: Проведенная лабораторная работа показала, что уровень логической единицы U¹  должен быть на несколько порядков больше уровня логического нуля U⁰ (в нашем случае на один порядок), также можно заключить, что время перехода из 0 в 1 (t^0,1) немного больше, чем переход из 1 в 0 (t^1,0)