Разработка электрической схемы цифрового устройства, топологии цифрового устройства и расчет режимов работы цифрового устройства

Страницы работы

24 страницы (Word-файл)

Фрагмент текста работы

Федеральное Агентство по Связи

Сибирский Государственный Университет Телекоммуникаций и Информатики

Кафедра ТЭ

Курсовая работа:

Разработка цифрового интегрального устройства

Выполнил:ст.Гр.Р-51

Лимонов Александр

Проверил: Квашнин

Евгений Фомич

Новосибирск 2007.

1.Введение.

Современный этап развития радиотехники, электронной техники и техники связи характеризуется их взаимным проникновением и широким использованием практически во всех областях  науки и техники, а также значительным усложнением требований и задач, решаемых радиоэлектронной аппаратурой.

  Интегральная и функциональная микроэлектроника, являются фундаментальной базой развития всех систем радиоэлектронной аппаратуры.

    Микроэлектроника – одно из магистральных направлений в радиоэлектронике, и уровень ее развития в значительной степени определяет уровень научно-технического прогресса страны.

Интегральные микросхемы служат элементарной базой практически всех типов радиоаппаратуры.

Потребности обеспечения систем связи, радиолокации, промышленной автоматики, космических исследований, транспортных средств и т. д. интегральными микросхемами высокого качества привели к разработке и выпуску большой номенклатуры ИМС с непрерывно возрастающей степенью интеграции. При этом производная роста сложности ИМС существенно выше аналогичного показателя для аппаратуры.

 Совершенствование радиоэлектронной аппаратуры связано с широким использованием элементов микроэлектроники, заменой механических и электромеханических узлов и блоков электронными с комплексной миниатюризацией.

В данной курсовой работе перед нами предстоит задача,

заключающаяся в  разработке электрической схемы цифрового устройства, топологии цифрового устройства и расчёте режимов работы цифрового устройства

2. Первая часть.

Разработка электрической схемы цифрового устройства.

2.1 Задание.

Разработать электрическую схему цифрового устройства, выполняющего нижеприведенные функции. При этом нужно соблюдать следующие требования:

·  Общая потребляемая мощность устройства не должна превышать указанное в задании значение;

·  Время задержки распространения сигнала по самому длинному пути не должно превышать заданное значение;

·  Приведены требования к выходным элементам - они должны иметь открытый коллекторный  стоковый выход;

Y1=X1*X2*X3*X4+ X1*X2*X3*X4+(X5*X6*X7+ X5*X6*X7)*X8

 


Y2= X1*X2*X3+X4*X5*X6

 


Y3= X5*X6*X7*X8

 

Рпотр < 70 мВт

2.2   Упрощаем исходные уравнения (используя законы алгебраической логики).

Первая логическая функция:

Y1=X1*X2* X3*X4+ X1*X2*X3*X4+(X5*X6*X7+ X5*X6*X7)*X8=

= (X1*X2)  +  (X3*X4) +  (X+  X6)*X7*X8

Вторая логическая функция:

Y2=X1*X2*X3+X4*X5*X6= X1*X2*X3*X4*X5*X6

Третья логическая функция:

Данная функция не нуждается в упрощении, т.е. её целесообразней оставить такой какая она есть

Y3= X5*X6*X7*X8

2.3   Общая структурная  логическая схема устройства.

Составляя структурная схему, мы используем набор логических элементов, выполняющих элементарные операции, с помощью которых в двоичном коде можно реализовать любую сложную логическую функцию.

Так же нужно обратить внимание на то , что количество логических элементов в схеме должно минимально

2.4   Выбор типа  логики

В условии задания оговорено, что:

                                                    Рпотр ≤ 70 мВт

tзд.р.ср ≤ 60 нсек

. Если брать серии только ТТЛ и ТТЛШ (даже самые дорогие) , то хотя бы одно из условий не будет выполняться. В другом варианте, если брать только серии логик КМДП, то схема получится менее компактной, так как среди ТТЛ и ТТЛШ есть весьма удобные для данного случая прототипы  .Отсюда следует только один выход: использовать часть серий из логики ТТЛ(ТТЛШ) и часть серий логики КМДП. Также следует учитывать, что:

1.  В варианте ТТЛ – КМДП для обеспечения необходимого режима по выходу ТТЛ ИМС используются дополнительный резистор с номиналом порядка 1кОм;

2.  В варианте КМДП – ТТЛ выход КМДП ИМС непосредственно подсоединяется ко входу ТТЛ ИМС.

2.5  Выбор конкретных ИМС.

а) DD1: 4 логических элемента «2И»:КР1554ЛИ1

                  ЕП           =    5 В              U1вых         ≥    4.36 В

Iпотр.ср =   4 мкА            t1,0зд.р    ≤    7 нс

I0вых         ≤    24   мА       t0,1зд.р    ≤    7.5 нс

I1вых               -24  мА      Рпотр.ср. =    20  мкВт

U0вых       ≤    0.32 В        tзд.р ср.  =    7,25 нс

б) DD2: 4 логических элемента «ИСКЛ. ИЛИ»:КР1554ЛП5

            ЕП=           5 В             U1вых       ≥    4.36 В

Iпотр.ср=   8 мкА           t1,0зд.р  ≤    13.5 нс

I0вых       ≤    24   Ма       t0,1зд.р  ≤    13.5 нс

I1вых              -24  мА     Рпотр.ср.=    40  мкВт

U0вых     ≤    0.32 В       tзд.р ср.=     13.5 нс

в) DD3 2  логических элемента «4 И»:КР1533 ЛИ6                                                                          

  I0потр.   ≤    2  мА         U0вых     ≤    0.4 В  

I1потр     ≤   1.1  мА       U1вых       ≥    2.5 В

I0вх         ≤    -0.1 мА       t1,0зд.р  ≤    10 нс

                                    I1вх         ≤    0.02 мА      t0,1зд.р  ≤    26 нс

I0вых       ≤    8  мА         Рпотр.ср.=    7.75  мВт

I1вых             -0.4  мА     tзд.р ср.=     18 нс

г) DD4:  логический элемент «8 И-НЕ»: КР1533ЛА2

I0потр.   ≤    0.9  мА       U0вых     ≤    0.4 В

I1потр     ≤   0.31  мА      U1вых       ≥    2.5 В

I0вх         ≤    -0.1 мА       t1,0зд.р  ≤    12  нс

                                      I1вх         ≤    0.02 мА       t0,1зд.р   ≤    10  нс

I0вых       ≤    8  мА          Рпотр.ср.=    3.025  мВт

I1вых             -0.4  мА      tзд.р ср.=     11 нс

д)DD5: 4 логических элемента «2 ИЛИ»:КР1554ЛЛ1

                ЕП           =    5 В                  U1вых         ≥    4.36 В

Iпотр.ср =   4 мкА                t1,0зд.р    ≤    7 нс

I0вых         ≤    24   мА           t0,1зд.р    ≤    7.5 нс

I1вых               -24  мА          Рпотр.ср. =    20  мкВт

U0вых       ≤    0.32 В             tзд.р ср.  =    7,25 нс

е)DD6 4 логических элемента «2И» с открытым стоковым выходом:КР1564ЛИ2

                ЕП           =    5 В                 U1вых         ≥    4.36 В

Iпотр.ср =   4 мкА                t1,0зд.р    ≤    7 нс

I0вых         ≤    24   мА            t0,1зд.р    ≤    7.5 нс

I1вых               -24  мА           Рпотр.ср. =    20  мкВт

U0вых       ≤    0.32 В             tзд.р ср.  =    7,25 нс

2.6  Общая принципиальная схема устройства с учетом микросхем.

Примечания:

1) если часть входов логического элемента используется, а часть

 нет, то необходимо на неиспользуемые входы подать постоянный уровень нуля или единицы. В нашем случае нам необходимо получить уровень единицы ,так как уровень нуля исказить значение выходного сигнала, поэтому мы  на неиспользуемые входы через резистор(во избежание слишком большого входного тока, и выхода микросхемы из строя) подаём напряжение питания.

2)если все входы какого-либо логического элемента не используются, то их следует заземлить.

2.8 Расчет максимального времени задержки и потребляемой мощности.

Проверим выполнение условий, которые даны в задании:

·  Мощность потребляемая всеми логическими элементами равна:

Pпотр.сх=Pпотр DD1+ Pпотр DD2+ Pпотр DD3+ Pпотр DD4+ Pпотр DD5+ Pпотр DD5

Pпотр.сх=0.02+0.04+7.75+3.025+0.02+0.025=10.88 мВт

РПОТР.СХ < РПОТР

10.88мВт<70 мВт

·  Время задержки по самому длинному пути равно:

tзд.р.ср.сх= tDD1ср+ tDD2ср+ tDD5ср+tDD6ср=7.25+13.5+7.25+24=52,5 нс

tзд.р.ср.сх <tзд.р.ср

52.5 нс < 60 нс

Все условия , указанные в задании - выполняются, следовательно, серии ИМС выбраны верно.

3. Вторая часть.

Расчет режимов работы электронной схемы цифрового устройства.

3.1. Задание

Дана электрическая схема. Необходимо провести расчёт работы данной схемы

Электрическая схема:

Комбинации на входах:   0000

1111

1100

3.2. Анализ работы логического элемента.

При выполнении расчетов предполагается принять:

·  U0вх=0,1В U1вх=3В

·  Ток БТ, находящегося в режиме отсечки Iкэо,не более 1мкА;

·  Напряжение между коллектором и эмиттером БТ находящегося в режиме насыщения 0,1В;

·  Напряжение на переходе коллектор-база БТ при прямом включении 0,7В;

·  Напряжение на переходе коллектор-база при прямом включении 0,6В;

·  Коэффициент передачи тока БТ при прямом включении ß=50;

·  Коэффициент передачи тока БТ в инверсном режиме ßи=0,05.

Т.к. логические элементы обычно работают совместно с подобными

схемами, то при расчете можно значение выходного тока базового

элемента приравнять значению его выходного тока.

Весь расчет основан на оценке потенциалов в узловых точках схемы.

Проанализируем работу схемы при подаче на вход трех различных комбинаций:

Для удобства дальнейших расчетов, первоначально определим

Похожие материалы

Информация о работе