Элементы схемотехники. Представление сигналов. Элементы цепей: основные понятия. Канальный приёмо-передатчик (буфер)

 «Элементы схемотехники»

1. Представление сигналов.

Необходимо каким–то образом передавать логические «0» и «1».

Первым был вариант двух полярного представления (КМОП):

Недостаток: необходимость использования двух типов проводников (с дырочной и электронной проводимостью).

Перешли к использованию одного носителя (электрона или дырки):

МОП(MOS – Metal Oxide Semiconductor) – структура металл-окись-полупроводник. Основана на использовании полевых транзисторов в структуре кристалла.

Рассмотрим стандартный сигнал:

На участках T1 и T2 происходят переходные процессы. T1 – характеристическое время фронта, T2 – характеристическое время спада. T1 и T2 не равнозначны.

Логическим «1» и «0» соответствуют различные напряжения:

Рассмотрим распространение сигнала по линии:

Z – полное (волновое сопротивление). Характеризуется величинами: R,C,L. Основное влияние на сигнал – расстояние D. Передаем частотный сигнал. Частотный сигнал обладает волновой характеристикой. Когда λ и D соизмеримы, то необходимо применять меры по согласованию. Несогласование может привести к потере сигнала. Основной принцип - подобрать волновое сопротивление так, чтобы  избежать отраженной волны от приемника, т.е. согласовать волновое сопротивление. Основной параметр, вносящий максимальное искажение – ёмкость. Ее нельзя компенсировать (избавиться). Переходной процесс - процесс зарядки (разрядки) конденсатора.

Для корректного распознавания сигналов (отсеивания шумов) необходимо выполнение условия:

т.к. T1=RC и C=const => надо увеличить ток, чтобы быстрее шла перезарядка (т.е. снизить уровень сигнала).

Однако при понижении уровня напряжения уменьшается и помехо-устойчивость:

2. Модулирование сигнала.

В устройствах связи и в компьютерных сетях широко используется частотный принцип разделения сигналов. В соответствии с этим принципом сигналам отводиться неперекрывающиеся узкие полосы частот из всего диапазона частот, занимаемого системой передачи информации.

Кроме частотного принципа в связи используется временной принцип разделения сигналов, когда каждому сигналу отводиться небольшой промежуток времени из некоторого большого повторяющегося временного интервала, отведённого множеству сообщений.

Модулированный сигнал – это узкополосный сигнал, параметры которого изменяются пропорционально низкочастотному информационному сигналу. Как правило, модулированный сигнал является высокочастотным колебанием.

Для получения модулированного сигнала используют гармонический сигнал со своей частотой (несущая частота). Информация вноситься в несущее колебание с использование модуляции – изменения какого либо из параметров высокочастотного сигнала пропорционально низкочастотному сигналу.

Выделяют несколько видов модуляции:

При амплитудной модуляции (АМ) амплитуда сигнала изменяется пропорционально низкочастотному информационному сигналу.

Фазовая модуляция (ФМ) – изменение начальной фазы высокочастотного сигнала прямо пропорционально низкочастотному сигналу.

При частотной модуляции (ЧМ) – мгновенная частота высокочастотного сигнала изменяется прямо пропорционально низкочастотному сигналу.

Для увеличения скорости передачи сообщений в современных системах связи и передачи информации используется смешанные виды модуляции. Например, в модемах используется амплитудно-фазовая модуляция или квадратурная модуляция, при которой изменяется как амплитуда, так и начальная фаза (и частота) квазигармонического сигнала.

3. Элементы цепей: основные понятия

Рассмотрим два логических элемента:

Как видно из временных диаграмм: инвертор срабатывает быстрее.

Выходной каскад любого элемента основывается на комплементарной паре.

В момент переключения возможно, когда оба транзистора открыты, появляются сквозные токи основной источник помех системы.

Z состояние – высокоимпедансное, два транзистора закрыты.

Рассмотрим каждый тип элемента:

Элементы с отсутствующим нижним транзистором – редко применяются.

4. Триггеры и устройства, построенные на них.

Триггер – элементарная ячейка памяти. Способна хранить 1 или 0. Различают статические и динамические триггеры.

С – синхросигнал.

D – триггер (триггер данных:

Временная диаграмма для триггера данных:

Q – выход на статическом

Qf – динамический по фронту

Qs – динамический по спаду

D-Триггер с установочными асинхронными входами:

                                                                   Таблица состояний

Элементарная ячейка памяти:

По активному сигналу С – происходит запись в регистр.

По сигналу CS# - выдача данных из регистра (цикл чтения).

N-разрядный регистр построенный на триггерах:

Сдвиговый регистр    

Сдвиг влево = умножение на 2

Сдвиг вправо = деление на 2

Счётный D-триггер (1 вход и 1 выход)

Недостаток: большие задержки, из-за задержки получается сдвиг сигнала. Поэтому используют параллельные синхронные счетчики, в которых синхросигнал подаётся на все элементы одновременно