Parametry elektroniczne ukladow cyfrowych
Obecnie spotykane układy cyfrowe są monolitycznymi półprzewodnikowymi układami scalonymi.
Aby określić i scharakteryzować ich działanie wyznaczono pewne wartości liczbowe, które nazywa się parametrami.
Parametry układów scalonych dzieli się na dwie podstawowe grupy:
- parametry graniczne (dopuszczalne);
- parametry charakterystyczne;
Parametry graniczne są to wartości liczbowe, których nie należy przekraczać, ponieważ może to spowodować błędną pracę układu scalonego lub
jego uszkodzenie.
Przykładem parametru granicznego jest moc maksymalna wydzielana na danym układzie scalonym. Przekroczenie tego parametru może
spowodować przegrzanie się układu scalonego i jego uszkodzenie.
Innym parametrem granicznym związanym z poprzednim parametrem jest maksymalna dopuszczalna temperatura struktury półprzewodnika.
Parametr ten jest częściowo zależny od sposobu chłodzenia układu scalonego.
Do chłodzenia układów scalonych stosuje głównie się radiatory oraz wentylatory.
Parametry charakterystyczne określają wartości liczbowe i właściwości układów dla prawidłowej ich pracy oraz ich prawidłowego zastosowania i
eksploatacji.
Tym parametrem może być na przykład czas dostępu do pamięci czyli czas, w jakim układ zrealizuje żądaną operację. Pominięcie tego parametru
nie skutkuje uszkodzeniem układy, a jedynie błędnymi zapisami informacji.
Inny parametr charakterystyczny, to czas propagacji czyli opóźnienie w transmisji sygnału wprowadzane przez układ. Błędne dobranie tego
parametru przy projektowaniu może spowodować uszkodzenie układu.
Parametr taki jak maksymalna częstotliwość pracy zegara taktującego w układzie cyfrowym jest parametrem zarówno charakterystycznym jak i
granicznym, gdyż w niektórych układach cyfrowych wraz ze wzrostem tej częstotliwości rośnie ilość wydzielanej energii, czyli wzrost temperatury
układu, co prowadzi do przegrzania i ostatecznie uszkodzenia.
Układy cyfrowe ze względu na swoją złożoność oraz zastosowanie charakteryzowane są wieloma parametrami, w tym parametrami elektrycznymi.
Niektóre z parametrów wykorzystywana jest przez projektantów układów opartych o układy cyfrowe.
Do tych parametrów należą:
- moc strat;
- odporność na zakłócenia;
- zgodność łączeniowa i obciążalność.
W niniejszym kursie parametry elektryczne układów cyfrowych zostaną omówione w oparciu o układy cyfrowe TTL i CMOS.
Oznaczenia parametrów elektrycznych układów cyfrowych:
- VILmax - najwyższe dopuszczalne napięcie wejściowe w stanie niskim;
- VIHmin - najniższe dopuszczalne napięcie wejściowe w stanie wysokim;
- VOLmax - najwyższe dopuszczalne napięcie wyjściowe w stanie niskim;
- VOHmin - najniższe dopuszczalne napięcie wyjściowe w stanie wysokim;
- IILmax - największy dopuszczalny prąd wejściowy w stanie niskim;
- IIHmax - największy dopuszczalny prąd wejściowy w stanie wysokim;
- IOLmax - największy dopuszczalny prąd wyjściowy w stanie niskim;
- IOHmax - największy dopuszczalny prąd wyjściowy w stanie wysokim;
- I'OLmax - największy dopuszczalny prąd wyjściowy w stanie niskim dla układów o
zwiększonej obciążalności;
- I'OHmax - największy dopuszczalny prąd wyjściowy w stanie wysokim dla układów z wyjściem typu otwarty kolektor.
Wartości prądów podane są przy założeniu, że kierunek przepływu prądu jest zgodny z oznaczeniami na rysunkach ilustrujących stopnie wejściowe
i wyjściowe układów TTL.
Często zakłada się, że prąd wejściowy zawsze wpływa do układu, a prąd wyjściowy wypływa z układu. Kierunki przepływu prądu są tu czasem
przeciwne, co powoduje, że wartości prądu przyjmują wartość ujemną.
Źródło: https://www.it-ak.net/inne/utk_parametry_elektryczne_ukladow_cyfrowych.pdf
Układ cyfrowy
[edytuj]
Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Układy cyfrowe to rodzaj układów elektronicznych, w których sygnały napięciowe przyjmują tylko określoną liczbę poziomów, którym przypisywane są wartości liczbowe. Najczęściej (choć nie zawsze) liczba poziomów napięć jest równa dwa, a poziomom przypisywane są cyfry 0 i 1, wówczas układy cyfrowe realizują operacje zgodnie z algebrą Boole'a i z tego powodu nazywane są też układami logicznymi. Obecnie układy cyfrowe budowane są w oparciu o bramki logiczne realizujące elementarne operacje znane z algebry Boola: iloczyn logiczny (AND, NAND), sumę logiczną (OR, NOR), negację NOT, różnicę symetryczną (XOR) itp. Ze względu na stopień skomplikowania współczesnych układów wykonuje się je w postaci układów scalonych.
Zalety układów cyfrowych:
- Możliwość bezstratnego kodowania i przesyłania informacji – jest to coś, czego w układach analogowych operujących na nieskończonej liczbie poziomów napięć nie sposób zrealizować.
- Zapis i przechowywanie informacji cyfrowej jest prostsze.
- Mniejsza wrażliwość na zakłócenia elektryczne.
- Możliwość tworzenia układów programowalnych, których działanie określa program komputerowy (patrz: mikroprocesor, koprocesor).
Wady układów cyfrowych:
- Są skomplikowane zarówno na poziomie elektrycznym, jak i logicznym i obecnie ich projektowanie wspomagają komputery (patrz: język opisu sprzętu).
- Chociaż są bardziej odporne na zakłócenia, to wykrywanie przekłamań stanów logicznych, np. pojawienie się liczby 0 zamiast spodziewanej 1, wymaga dodatkowych zabezpieczeń (patrz: kod korekcyjny) i też nie zawsze jest możliwe wykrycie błędu. Jeszcze większy problem stanowi ewentualne odtworzenie oryginalnej informacji.
Klasyfikacja układów cyfrowych [edytuj]
Ze względu na sposób przetwarzania informacji rozróżnia się dwie główne klasy układów logicznych:
- układy kombinacyjne – układy „bez pamięci”, w których sygnały wyjściowe są zawsze takie same dla określonych sygnałów wejściowych;
- układy sekwencyjne – układy „z pamięcią”, w których stan wyjść zależy nie tylko od aktualnego stanu wejść, ale również od stanów poprzednich.
Ze względu na technologie w jakiej wykonano bramki logiczne:
- bipolarne,
- unipolarne,
Ostatnimi laty bardzo popularne stały się programowalne układy cyfrowe. W odróżnieniu od programowalnych mikroprocesorów, programowana jest fizyczna struktura układu oparta na:
Ograniczenia techniczne [edytuj]
Ze względu na różne czynniki, takie jak wahania napięcia zasilającego, zakłócenia zewnętrzne, rozrzut parametrów itp. sygnały przetwarzane w układach cyfrowych nie mają ściśle określonych wartości, stąd też liczby przypisuje się nie wartościom napięć, ale przedziałom napięć.
W układach logicznych, gdzie są zdefiniowane tylko dwie wartości liczbowe, rozróżnia się dwa przedziały napięć: wysoki (ozn. H, z ang. high) i niski (ozn. L, z ang. low); pomiędzy nimi jest przerwa, dla której nie określa się wartości liczbowej – jeśli napięcie przyjmie wartość z tego przedziału, to stan logiczny układu jest nieokreślony.
Jeśli do napięć wysokich zostanie przyporządkowana logiczna jedynka, a do niskich logiczne zero, wówczas mówi się, że układ pracuje w logice dodatniej (inaczej zwaną pozytywną), w przeciwnym razie mamy do czynienia z logiką ujemną (inaczej zwaną negatywną).
Read more