Для исключения влияния помех, возникающих в цепи питания, на работу схемы принято устанавливать фильтрующие конденсаторы – керамические малой емкости на каждый корпус микросхемы в непосредственной близости от нее для фильтрации импульсных помех, и один электролитический конденсатор большой емкости для уменьшения влияния статических помех. Кроме того, необходимо, чтобы сопротивление и индуктивность шины питания были меньше критического значения.
Максимальной значение сопротивления шины между двумя элементами:
, Ом
,где Uпом – допустимое напряжение помехи, 0,5 В;
Iп – ток, потребляемый схемой, 4,1578 А;
n – число элементов, 80.
ΔRш=3,71·10-5 Ом
Допустимое значение индуктивности шины между двумя элементами:
, Гн
, где τ – постоянная времени фронта, 2 нс;
ΔIп – максимальное изменение потребляемого тока, 1,386 А;
ΔLш=1,113∙10-13 Гн
Емкость керамических конденсаторов:
, Ф
Ск=2,77 нФ, для надежной фильтрации выбираем большее значение C=47 нФ.
Емкость электролитических конденсаторов:
, Ф
Сэ=323,4 мкФ, для повышения надежности выбираем С=1000 мкФ.
Для обеспечения значений сопротивления и индуктивности шины питания ниже заданных рекомендуется питание по печатной плате проводить навесными шинами большого сечения, от которых отводить короткие печатные дорожки к выводам питания каждой ИМС.
7. Расчет быстродействия и потребляемой мощности
Быстродействие данного процессора определяется количеством тактов в цикле вычисления одной суммы. Так как при различных входных значениях операндов число тактов может быть различно, то определим максимальное и минимальное быстродействие.
В случае наиболее короткой цепочки ветвлений процессор выполняет 27 коротких циклов по 72 нс и 4 длинных цикла по 108 нс, что в сумме составляет 2376 нс, что соответствует 420875 циклам сложения в секунду.
В случае наиболее длинной цепочки ветвлений процессор выполняет 28 коротких циклов по 72 нс и 259 длинных циклов по 108 нс, что в сумме составляет 29988 нс или 33346 циклов сложения в секунду. Однако, такое большое число циклов возможно только при большой разнице в порядках введенных чисел, что встречается достаточно редко.
Потребляемая мощность определяется потребляемым током, который складывается из токов потребления всех элементов схемы.
, где
Iп – ток, потребляемый процессором;
Ik – ток, потребляемый k-м микросхемой;
n – число микросхем.
Подставив значения, получим Iп=4157,8 мА.
Потребляемая мощность составит 20,789 Вт.
Блок питания должен обеспечивать напряжение питания 5В±10% при токе нагрузки не менее 4,2 А.
8. Генератор тактовых импульсов
В процессоре применен генератор тактовых импульсов со стабилизацией кварцевым резонатором. Период колебаний должен составлять 36 нс, соответственно частота:
, где F – основная
частота кварцевого резонатора;
T – период колебаний.
F=27,78 МГц
Так как расчет кварцевого генератора представляет собой достаточно сложную задачу и по объему сравним с данным проектом, была выбрана схема, приведенная в [6].
Схема генератора представлена на принципиальной схеме процессора (ВМ52.957043.Э3). Генератор собран на элементах DD41.1, DD41.2, R5, R6, R7, R8, C3, C4, ZQ1. Схема предназначена для работы на основной частоте резонатора в режиме параллельного резонанса. Резистор R6 вводит ООС для повышения стабильности генератора, резисторы R5, R7, R8 предназначены для смещения логического элемента в линейную область.
9. Заключение и выводы
Данный процессор предназначен для высокоскоростного алгебраического сложения чисел с плавающей запятой. Дальнейшее повышение быстродействия возможно следующими методами: переход на серию ИМС с более высоким быстродействием (ТТЛШ 54/74F, 54/74AS; ЭСЛ и др.). При этом соответственно возрастет потребляемый ток. Возможно также изменение структуры устройства с изменением технического задания (расширение или разделение шины ввода/вывода), отказ от 8 – разрядной структуры и установка 24 – разрядного сумматора с ускоренным переносом, более детальный анализ разницы порядков с целью избежания избыточных сдвигов, перевод в шестнадцатеричную систему счисления для уменьшения числа сдвигов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.