Реферат: Проектирование сложных логических структур на МДП-транзисторах - текст реферата. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Реферат

Проектирование сложных логических структур на МДП-транзисторах

Банк рефератов / Радиоэлектроника

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Реферат
Язык реферата: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Microsoft Word, 257 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникального реферата

Узнайте стоимость написания уникальной работы

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВ ЕРСИТЕТ ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ КАФЕДРА РЭС РЕФЕРАТ НА ТЕМУ: П роектировани е сложных логических структур на МДП-тра нзисторах М ИНСК, 2009 По схемотехнической реализации ЛЭ двухступенчатой логик и, выпо л няемые на биполяр ных транзисторах подразделяется на: · Диодно-транзисторные ( DTL -2); · Транзисторно-транзисторные ( TTL ); · Транзисторно-транзисторные с д иодами Шотки ( TTL - S ); · Транзистор-транзисторно-транзи сторные ( T - TTL ). Диодно-транзисторные ИМС ( D ТЛ-2) На рис. 1 приведена схема функционального элемента диодно-транзисторной логики, реализующая двухступенчатую функцию И-ИЛ И-НЕ. Реализация логической операции И и ИЛИ в микросхемах D ТЛ-2 осуществл я ется на диодах, а операция НЕ выполн яется на транзисторном усилителе-инверторе. Для увеличения логических возможностей по входам И и ИЛИ пр и меняются специальные расширители функций И и ИЛИ. На смену диодно-транзисторным пришли более совершенные ИМС тра н зисторно-транзисторной логики. Транзисторно-транзисторные ИМС ( TTL ) В базовом TTL -элементе логические операции осуществляются транз и сторами, чем определяется назва ние типа логики: транзисторно-транзисторная. Разработка технологии изготовления многоэмиттерного транзистора (МЭТ ), который легко реализуется методами интегральной технологии, посл у жила определяющим фактором в создании ряда серий ИМС транзисторно-транзисторной логики. Многоэмит терный транзистор представляет собой инт е гральный элемент, объединяющий преимущества диодных л огических схем и транзисторного усилителя. Его база через резистор соед инена с положител ь ным заж имом источника питания, эмиттеры являются входами элемента, а в цепь кол лектора включен эмиттерно-базовый переход следующего транзистора. П о тенциал базы МЭТ выше пот енциала коллектора, поэтому коллекторный пер е ход МЭТ открыт. Режим эмиттерного перехода зависит от ситуации на входах элемента. Если хотя бы на одном входе присутствует низкий потенциал лог. 0 (например X 1 =0), то потенциал эмиттера меньше потенциала базы U б — эмиттерный переход открыт. Таким образом, оба перехода открыты, и он нас ы щен. При этом практически весь ток базы проходит в це пь эмиттера, а напр я жение U к (МЭТ) на коллекторе составляет доли вольта. Если же на всех входах элемента высокий потенциал ( X 1 = X 2 =1), то U э > U б ; эмиттерный переход закрыт и ток базы (МЭТ) переключается в цепь коллектора (напряжение на котором составляет около 2 В). Повторяя структуру диодно-транзисторных ИМС, тран зисторно-транзисторные ИМС (рис. 2) позволили значительно увеличить быст роде й ствие (до 20 МГц), повыс ить уровень помехоустойчивости ( U п=0,7 В), снизить потребляемую мощность. Выходные усилители TTL - микросхем с симметричным транзисторным выходом обеспечивают высокую н агрузочную способность базовой схемы ( n =10) при значительных емкостях нагрузки (С н =100 пФ). При проектировании аппаратуры н а TTL -микросхемах необх одимо учитывать, что их выходные ка с кады в динамическом режиме потребляют мощность в 2…3 раза боль ше, чем в статическом режиме. Это объясняется появлением значительных им пульсных токов на фронтах сигналов. Одним из наиболее важных достижений в технологии изготовления TTL -ИМС явилось применение дио дов Шотки, включение которых между базой и коллектором транзисторов поз волило резко повысить быстродействие за счет устранения режима насыще ния транзисторов. Обычно структуру диода Шотки со связанными с ним колле ктором и базой транзистора называют транзистором Шотки. Она практ и чески полностью повторяет к онфигурацию TTL -вентил я, но имеет в 2…3 раза большее быстродействие. Дальнейшее совершенствование схемотехники TTL с диодами Шотки привело к созд анию модификации диодно-транзисторных маломощных ИМС с транзисторами Шотки и логическими диодами Шотки на входе. Схема такого элемента И-НЕ, по лучи ла название маломощного TTL -элемента с транз и сторами Шотки. Ее особенност ь состоит в том, что за счет применения быстродействующих диодов Шотки с малым падением н а пряжени я на переходе в открытом состоянии входные многоэмиттерные тра н зисторы традиционных TTL -ИМС заменены диодными вент ильными сборками, что позволило уменьшить площадь вентиля на кристалле при сохранении выс о кого б ыстродействия. Потребляемая мощность таких вентилей в 5…10 раз меньше. Это т фактор обеспечил широкое применение маломощных TTL -элементов с диодами Шотки. Совершенствование технологических приемов, размеров транзисторов и ме тодов проектирования позволили достигнуть для TTL Ш-ИМС задержку 1-2 нс на вентиль, что соответствует уровню ECL -ИМС при меньшей в 2…3 раза потребляемой мощности на вентиль. Транзистор-транзисторно-транзисторные ИМС ( T - TTL ) Микросхемы транзистор-транзисторно-транзисторной логики относятся к р азряду логических микросхем, выполненных на основе модернизации типов ых TTL -ИМС. На рис. 4 приве дена базовая схема элемента T - TTL , реализу ющая двухступенчатую логическую функцию с запретом НЕ, И-ИЛИ. Логическая операция И с запретом выполняетс я на транзисторах, управляемых по базе и эмиттеру, а функция ИЛИ реализуе тся на МЭТ. В схемах с большим числом входов ИЛИ увеличивается число эмит теров у МЭТ, но число МЭТ не измен я ется. Это создает определенные технологические преимуществ а T - TTL -элементов перед сложными TTL -элементами, у которых чи сло МЭТ всегда равно числу входов ИЛИ. Наличие запрещающего входа по эми ттеру в схеме И открывает широкие возможности при построении цифровых у стройств на осн о ве совмес тного использования T - TTL и TTL -элементов, которые имеют э ле к трическое согласован ие. В ряде случаев T - TTL -элементы полностью зам еняют TTL , позволяя б о лее экономично реализов ать сложные функциональные узлы. Существование прямых и инверсных вход ов в T - TTL -элементах позволяет увеличит ь их нагр у зочную способно сть за счет одновременной работы на группы входов разного вида. Действит ельно, прямые входы (базы транзисторов) являются потребит е лями тока, а инверсные входы — исто чниками тока для выходного усилителя T - TTL -эл емента. Поэтому в состоянии логической 1 (высокий уровень на в ы ходе) схема будет отдавать ток, а в с остоянии логического 0 потреблять ток от нагрузки. Поскольку ток одного прямого входа меньше тока, потребляемого от инверсного входа, то суммарн ый ток нагрузки выхода в состоянии логической 1 мал и не снижает высокого уровня на выходе T - TTL -элемента. Недостатками T - TTL -элементов считают низк ий уровень статической п о мехоустойчивости и увеличенное время задержки переключения при управл е нии по прямому (базовому) входу элемента НЕ, И. Существует другая модификация T - TTL -элементов без использования б а зовых входов. В качестве примера на рис. 5 приведена схема элемента, в ы полняющего функцию И-ИЛИ. Особенностью схемы является выполн ение функций как ИЛИ так и И на многоэмиттерных транзисторах. Поступлени е л о гической 1 на все входы МЭТ схемы И (например, на входы X 1 , X 2 ) приведет к отпиранию коммутирующе го транзистора VT 2 . Транзистор VT 5 будет открыт, а выходной усилитель заперт, и на выходе Y с формирован уровень логической 1. При поступлении логической 1 на VT 4 отпи рается коммутирующий транзистор VT 3 и вновь на выходе Y будет уровень логической 1. Упр авление элементами по входу ИЛИ осуществляется сигналом с уровнем логи ческого 0. Диод в эми т терны х цепях коммутирующих транзисторов обеспечивает необходимый ур о вень помехоустойчивости по вхо дам И. Выполнение схемы И на основе МЭТ позволяет увеличить число логич е ских входов путем увеличения чи сла эмиттеров. Элементы T - TTL совместно с элементами TTL обеспечивают высокую г ибкость проектирования и построения экономичных схем цифровых узлов. В заключение отметим основные положительные качества элементов T - TTL : 1. наличие прямых и инвер сных входов позволяет исключить ряд промежуточных инверторов при реал изации сложных функций; 2. простота реализации триггеров од нофазного типа, которые обесп е чивают уменьшение числа входов, выходов и коммутационных св я зей при создании БИС; 3. обеспечивается двойная нагрузоч ная способность при работе на прямые и инверсные входы схем НЕ, И-ИЛИ одно временно; 4. существенно снижается потребляе мая мощность в схемах НЕ, И-ИЛИ с большим числом входов по ИЛИ; 5. обеспечивается электрическое со гласование с элементами TTL -ИМС и создание экономичных цифровых узлов при совместном и с пользовании TTL и T - TTL -ИМС; 6. значительно снижается потребляе мая мощность T - TTL -элементов и повышается быс тродействие при использовании диодов Шотки. Логические элементы на полевых транзисторах Широкое практическое применение при разработке логических схем п о лучили полевые транзисторы с МДП-структурой. В отличие от биполярных транзисторов, управляемых током, полевые транзи сторы по принципу действия являются аналогами электронных ламп, так как управляются напряжением. Условное Графическое обозначение МДП-транзис тора приведено на рис. 6. Подавая на затвор МДП-транзистора напряжение разл ичного уровня, мо ж но моду лир о вать сопротивление к анала сток-исток, то есть изменять значение тока в канале при постоя н ном напряжении на стоке. Различают МДП-транзисторы двух типов проводимости: p - и n - типа. МДП-транзисторы p -тип а отпираются при отрицательном, а n -типа – при положител ь ном смещении напряжения затвора относительно стока. Логически е схемы на МДП-транзисторах p -типа с заземленным истоком требуют отр и цательного напряжения питания (схе мы отрицательной логики). Логические схемы на МДП-транзисторах n -типа с заземлением требуют пол о жительного питающего напряжения (схемы положите льной логики). При п о строе нии логических элементов на основе допо л няющих МДП-транзисторов с каналами р- и n -типов (КМДП-ИМС) возможно созда ние схем как полож и тельно й, так и отрицательной логики. Комплементарной (то есть взаимодополняющей) считают пару пол е вых транзисторов, имеющих одинаков ые характеристики, но противополо ж ную полярность пита ю щих напряжений, сигналов управления и токов исток-сток. Если такую пару соединить следующим образом (рис 7): (обратите внимание, верхний транзистор «переверну т») то: при напряжении на объединен ном затворе (входе), равном 0 В, вер х ний транзистор будет открыт, а нижний закрыт и на выходе схемы будет , так как у открытого транзист ора сопротивление исток-сток мало, а у закрытого в е лико (разрыв цепи исток-сток). При U BX = 1 наоборот. На рис. 8 приведены четыре варианта выполнения прос тейших элеме н тов-инверто ров на МДП-транзисторах: n -типа (рис. 8,а), р-типа (рис.,б) и на дополняющих транзисторах (рис., в, г). Для схем на дополня ю щих транзисторах полярность логики зависит от последовательности вкл ю чения транзисторов р- и n -типов. Если транзистор n -типа непосредственн о по д ключен к общей шине, а транзистор р-типа к источнику питания (рис. 8, г), то эл е мент р аботает в режиме положительной логики (уровню логической 1 соотве т ствует U , а уровню логического О соответ ствует 0 источника п и тани я). Если транзистор р-типа непосредственно подключен к общей шине, а тра н зистор n -типа - к источнику питания, то эл емент работает в режиме отриц а тельной логики (уровню логической 1 соответствует «- U », а уровню логическ о го 0 соответствует 0 источника пи тания). Передаточны е характеристики полевых транзисторов имеют следу ю щий вид (рис. 9). В первом из них зависимость тока стока 1 С от напряжения на затворе U 3 имеет вид кривой (рис., а). Тако й транзистор называют нормально откр ы тым, так как при напряжении затвора, равном нулю, он проводит ток (при U 3 = 0, I c = max ). Второй тип полевого транзистора нормально закрытый. При нулевом потенц иале на затворе ток стока транзистора равен нулю (при , I c = max ) (рис., б). Затвор МДП -транзистора называют изолированным, поскольку он о т делен от и с тока и стока изолирующим материалом, имеющим очен ь большое сопротивление. Тем не менее напряжение на затворе создает электрическое поле , которое увел и чивает или уменьшает ток, текущий от истока к стоку. Этот «полевой эффект» дал на звание транзистору – «полевой транзистор». По этой пр ичине, независимо от напряжения на затворе, никакой ток пра к тически не течет от затвора к исток у или от затвора к стоку. Сопротивл е ния между затвором и другими выводами очень велики, намного б ольше м е гаома. Ток, протек ающий по этим сопр о тивлен иям очень мал, обычно меньше одного микроампера (мкА, А), и называется током утечки. Само условное обозначение МДП-транзистора напоминает нам, что ме ж ду затвором и двумя другими выв одами нет никакого соединения. Однако из о бражение МДП-транзистора наводит на мысль, что затвор и меет емкостную связь с истоком и стоком. В быстродействующих схемах мощн ость, расх о дуемая при зар яде и разряде этих емкостей при каждом изменении входного сигнала, соста вляет заметную долю потребляемой сх е мой мощности. В цифровых электронных устройствах используют преимущественно но р мально закр ы тые полевые транзисторы. Имеется определенная аналогия между биполярным n -р- n транз и стором и п о левым нормально закрытым транзистором с каналом n -типа: оба они не проводят ток пр и нулевом (и отрицательном) смещении на упра в ляющем электроде, оба открываются при положительно м смещении на этом эле к тр оде, оба достигают тока насыщения. В логических схемах на МДП-транзисторах одного типа проводимости нагру з кой является нормально о ткрытый МД11-транзистор. В этом случае затвор тра н зистора-нагрузки подключается к источнику напря жения смещения U CM , кот о рый, как правило, имеет более высокий (по абсолютно й величине) уровень напряж е ния, чем коммутируемое напряжение логической схемы. В дальнейшем для простоты описания логических схем на МДП-транзисторах б у дем рассматривать схем ы с одним источником питания. Известны три разновидности схем на МДП-транзисторах: статического, кваз и статического и динамиче ского действия. Специфические свойства МДП-транзисторов сверхвысокое входное сопр о тивление ( R вх >10 12 Ом) и способность паразитной ем кости затвора длительное вр е мя сохранять заряд и уровень напряжения на затворе, наиболее широко и с пользуются при п остроении триггерных схем для регистровых и счетных ус т ройств. Схемы логических элементов статического и динамического действия на М ДП-транзисторах n -тип а и на дополняющих транзисторах будут рассмо т рены ниже. ЛЭ на о дноканальных МДП-структурах В настояще е время практически полностью осуществлен переход на примен е ние n -канальных МДП-структур для проектирования БИС и СБ ИС при использ о вании тран зисторов одной структуры. Однако первые достижения при созд а нии МДП-ИМС и БИС связаны с развитие м р-канальной технологии, где уд а лось достигнуть уровня интеграции до 10 транз и сторов в кристалле. Однако с распро странением р-МДП-ИМС и БИС стали проявляться недо с татки р-канальных схем: высокие (по м одулю) напряжения питания (-12...-27 В), нев ы сокое быстродействие (менее 1 МГц), з начительная потребляемая мо щ ность в статич е ском режиме (5... 10мВт/вентиль) и сложность согласования с биполяр ными ИМС, где типовые напряжения питания +3...+5В. По этой прич и не интенсивное совершенствовани е МДП-технологии шло в направлении со з дания n -канальных и КМДП-элементов. ЛЭ-ты на полевых МДП-транзисторах n -типа, обладая более высоким бы стр о действием и крутиз ной передаточной характеристики, позволяют обеспечить ед и ный номинал питающего н а пряжения +5 В как у биполярных TTL и TTLIII -элементов. По этой причине вс е основные разновидности логических МДП-элементов статического, квази статического и динамического действия стр о ятся на одноканальных МДП-транзисторах n -типа. Основные принципы построения логических схем статического дейс т вия на МДП-транзисторах од ной структуры во много соответствуют принципам п о строения транз и сторных логических схем с непосре дственными связями ( DCTL ). Так, для построения многовходового вентиля ИЛИ-НЕ к одному на гр у зочному МДП-транзис тору подключаются стоки m -логических транзисторов, а их истоки – к общей шине (рис. 10). На р ис. 10,а приведена схема вентильного элемента ИЛИ-НЕ на два входа, содержащ ая один нагрузочный транз и стор и два логических. Ограничение параметра m или (ко эффициент объедин е ния но входу) такой схемы определяется снижением уровня логической 1 на вход е за счет падения напряж е ния на нагрузке от суммарного тока утечки I 0 цепи с ток-исток всех m вхо дных МДП-транзисторов. Поскольку ток I 0 МДП-транзисторов достаточно м ал, то параметр m лог ической схемы может дост и гать 10 и выше. Обладая сверхвысоким входным сопротивлением по з атвору, МДП-транзистор обеспечивает построение ЛЭ с очень высокой нагру зочной сп о собностью (п > 20). Нагрузочная способность МДП-ИМС n -типа ограничивае т ся лишь снижением быстродействия с ростом числа нагрузок, так как увеличив а ется постоянная времени заряда паразитной емкости наг рузки С н током, прот е кающим через нагрузочный МДП-тр анзистор. Интегральная технология МДП-структур позволяет использовать последов а тельное (яру с ное) включение МДП-транзисторов, ко гда в цепь между нагрузкой и общей шиной включен не один, а два, три или чет ыре МДП-транзистора по схеме И. В этом случае исток нижнего логич е ского МДП-транзистора подключа ется к общей шине, а его сток к истоку вышестоящего и т. д. Путь току через на грузку к общей шине открывается лишь в том случае, если будут открыты МДП- транзисторы всех ярусов. На рис. а, б двухвходовые схемы И-НЕ и ИЛИ-НЕ имеют высокую нагр у зочную спосо б ность n , но параметр m и значительно уступает параметру (обычно m И 4). Это объясняется тем, что при увеличении числа ярусов схемы И тр е буются МДП-транзисторы с более высокой крутизной, чем в сх емах ИЛИ-НЕ, для сохранения одинакового суммарного сопротивления после довательно включенных транзисторов. Кроме того, ярусное включение тран зисторов у с ложняет топол огию и снижает степень интеграции МДП-ИМС n -типа. Вместе с тем ярусное включение позволяет созд авать ЛЭ, обладающие большей гибк о стью, чем биполярные, при построении сложных функциональных у злов. На рис. приводятся варианты n -канальных МДП-ИМС, выпо л няющих дву х ступенчатые логические функции ти па И-ИЛИ-НЕ. Эти ИМС за счет ярусного и параллельного включения транзисто ров имеют только одну ступень задержки т ср на преобразование информации, что соответствует биполяр ным эл е ментам одноступен чатой логики. Таким образом, за счет гибкости проектирования сложных логических стру ктур на МДП-транзисторах обеспечивается более высокое функционал ь ное быстродействие по сравн ению с ЛЭ на биполярных транзисторах. С ростом степени интеграции транзисторов в МДП-ИМС встал вопрос о снижен ии потребляемой мощности на вентиль, которая у МДП-ИМС на транз и сторах n -типа довольно значительная (1... 10 мВт/вентиль). Снижение мощн о сти за счет увеличения сопротивлений МДП-транзисторов в цепя х нагрузки приводит к снижению быстродействия (до 50... 100 кГц) и сужает област ь пр и менения МДП-БИС. Знач ительное уменьшение потребляемой мощн о сти при высоком быстродействии достигается в ИМС на до полняющих (компл е ментарн ых) МДП-транзисторах. Литература 1. Новиков Ю.В. О сновы цифровой схемотехники. Базовые элементы и схемы. М е тоды проектирования. М.: Мир, 2001. - 379 с. 2. Новиков Ю.В., Скоробогатов П.К. Основы микропроцессорной техники. Курс ле кций. М.: ИНТУИТ.РУ, 2003. - 440 с. 3. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учеб. пос о бие для ВТУЗов. СПб.: Политехника , 2006. - 885 с. 4. Преснухин Л.Н., Воробьев Н.В., Шишкевич А.А. Расчет элементов ци ф ровых устройств. М.: Высш. шк., 2001. - 526 с. 5. Букреев И.Н., Горячев В.И., Мансуров Б.М. Микроэлектронные схемы цифровых у стройств. М.: Радио и связь, 2000. - 416 с. 6. Соломатин Н.М. Логические элементы ЭВМ. М.: Высш. шк., 2000. – 160 с.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Жажду знаний студенты регулярно утоляют спиртными напитками.
Василь Лукаш
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Обратите внимание, реферат по радиоэлектронике "Проектирование сложных логических структур на МДП-транзисторах", также как и все другие рефераты, курсовые, дипломные и другие работы вы можете скачать бесплатно.

Смотрите также:


Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru