Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Dynamické parametry logických členů Střední odborná škola Otrokovice www.zlinskedumy.cz Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "Dynamické parametry logických členů Střední odborná škola Otrokovice www.zlinskedumy.cz Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je."— Transkript prezentace:

1 Dynamické parametry logických členů Střední odborná škola Otrokovice Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je Ing. Miloš Zatloukal Dostupné z Metodického portálu ISSN: , financovaného z ESF a státního rozpočtu ČR. Provozováno Výzkumným ústavem pedagogickým v Praze.

2 Charakteristika DUM 2 Název školy a adresaStřední odborná škola Otrokovice, tř. T. Bati 1266, Otrokovice Číslo projektuCZ.1.07/1.5.00/ /3 AutorIng. Miloš Zatloukal Označení DUM VY_32_INOVACE_SOSOTR-PE-CT/1-EL-5/20 Název DUMDynamické parametry logických členů Stupeň a typ vzděláváníStředoškolské vzdělávání Kód oboru RVP26-41-L/52 Obor vzděláváníProvozní elektrotechnika Vyučovací předmětČíslicová technika Druh učebního materiáluVýukový materiál Cílová skupinaŽák, 18 – 19 let Anotace Výukový materiál je určený k frontální výuce učitelem, případně jako materiál pro samostudium, nutno doplnit výkladem; náplň: dynamické parametry logických členů. Vybavení, pomůckyDataprojektor Klíčová slova Logický, člen, statický, dynamický, náběh a doběh impulzu, zpoždění signálu, pracovní frekvence, spotřeba elektrické energie, TTL, CMOS, BiCMOS. Datum

3 Obsah tématu Náběh a doběh impulzu Zpoždění signálu průchodem logickým členem Frekvenční parametry (TTL a CMOS) Energetické poměry (TTL a CMOS) Dynamické parametry logických členů

4 Dynamické parametry logických členů chování elektrických logických členů popisují jejich parametry Dělí se na - statické - dynamické Základní dynamické parametry jsou následující: - náběh a doběh impulzu (jde o strmost hrany impulzu na jeho začátku a na konci) - zpoždění signálu průchodem logickým členem (tím, že signál prochází přes logický člen, opozdí se výstup za vstupem) - pracovní frekvence (týká se rychlosti střídání nuly a jedničky u impulzů, které je logický člen schopen bezchybně zpracovat) - spotřeba elektrické energie (souvisí s pracovní frekvencí a zpožděním signálu – čím je obvod rychlejší, tím má větší spotřebu elektrické energie)

5 Dynamické parametry logických členů - dynamické parametry jsou velmi důležité údaje (podle nich se rozhoduje použití určité typové řady a technologie pro daný účel) - měří se na vnějších svorkách obvodu bez ohledu na jeho vnitřní strukturu Náběh a doběh impulzu - jde o 2 základní časy - čas tr tr (rise time – čas růstu) - čas t f (fall time – čas klesání) - spoluurčují tzv. strmost hran, neboli náběh a doběh impulsu Náběžná (čelní, také vzestupná) hrana trtr - je doba, za kterou vzroste signál z 10 % na 90 % své maximální hodnoty Sestupná (týlová) hrana tftf - je doba, za kterou poklesne signál z 90 % na 10 % své maximální hodnoty

6 Dynamické parametry logických členů Náběh a doběh impulzu DobaOznačeníZměna signálu „t r “ Rise – vzestupná hrana (čelo)z 10 na 90 % max. hodnoty „t f “ Fall – sestupná hrana (týl)z 90 na 10 % max. hodnoty Obr. 1

7 Dynamické parametry logických členů Náběh a doběh impulzu - jaké časy tr tr a tf tf jsou ideální? - co nejkratší a pak je strmost hran co nejlepší (ideální jsou nulové časy, pak je úhel 90° a strmost 100 %) - pro standardní TTL členy by doba náběhu a doběhu měly být menší než 400 ns - co když má signál příliš dlouhý náběh nebo doběh - jde o nežádoucí stav (neboť pak je obvod po dlouhou dobu v oblasti nestability, což může způsobit chyby v činnosti obvodu) Protiopatření: - používat signály s dobou náběhu a doběhu odpovídající použitým členům - používat takové logické členy, aby oblast nestability byla co nejmenší - použít pomocný obvod, který málo strmé hrany upraví – Schmittův klopný obvod

8 Dynamické parametry logických členů Zpoždění signálu při průchodu logickým členem (také doba šíření nebo doba průchodu signálu členem) - je to zpoždění logického členu (procházejícímu signálu „trvá“ určitou dobu, než dorazí ze vstupu na výstup) - určuje se jako aritmetický průměr ze dvou dob přechodu t pd0 a t pd1 - doba t pd0 nebo také jako t pdHL (doba při změně výstupní úrovně ze stavu logická jedna do stavu logická nula (“1” – “0”, nebo také při změně z “H” – “L”) - doba t pd1 nebo také jako t pdLH (doba při změně výstupní úrovně ze stavu logická nula do stavu logická jedna, nebo také při změně z “L” – “H”) Zpoždění signálu je charakteristická veličina typická pro konkrétní typovou řadu logických členů, je nutné s ním počítat, může způsobovat tzv. hazardní stavy.

9 Dynamické parametry logických členů Zpožděni signálu při průchodu logickým členem – pokračování - časy začátku a konce měřeni jsou určeny okamžikem průchodu signálu rozhodovací napěťovou hladinou Ur - tato hladina závisí na typu technologie logických obvodů (TTL, CMOS…) - pro obvody TTL je Ur = 1,5 V - pro obvody CMOS závisí Ur na použitém napájecím napětí - podmínky stanoveni dynamických parametru je nutné hledat v katalogu výrobce (stejně jako jiné typické parametry) Popis obrázku č. 2 - na vstupu logického členu typu NOT (negace) je jednotkový impulz, který přejde z nuly do jedničky, nějakou dobu jednička trvá a pak nastává přechod od jedničky k nule - v ideálním případě (bez zpoždění) by na výstupu logického členu NOT byl signál opačný – negovaný – inverzní – zrcadlově převrácený - v reálném obvodu bude výstup posunut za vstupem o časový interval – o zpoždění

10 Dynamické parametry logických členů Zpožděni signálu při průchodu logickým členem – obrázek Obr. 2

11 Dynamické parametry logických členů – frekvenční parametry - číslicové logické členy dokáží zpracovat pouze signály do určitého kmitočtu Kmitočet f max - je nejvyšší možný kmitočet vstupního signálu, při kterém je logický člen ještě schopen na tento signal reagovat a zpracovat jej - nesmí přitom dojít k poklesu výstupních úrovní - nesmí dojít ani k jiným chybovým stavům Při vyšších frekvencích než je f max se - zvětšuje zpoždění logického členu - zmenšuje se strmost náběžné a týlové hrany zpracovávaného signálu Jaké jsou maximální frekvence f max ? - pro standardní logické členy technologie TTL je to 10 MHz - pro obvody ALS TTL je to mezi 40 a 60 MHz

12 Dynamické parametry logických členů – energetické poměry - obvykle se uvádí spotřeba na 1 dílčí prvek logického integrovaného obvodu (jedno hradlo) (má-li např. integrovaný obvod typu 7400 čtyři členy NAND, celková spotřeba se vypočítá jako počet hradel x spotřeba jednoho hradla) pro spotřebu logického členu – odběr elektrické energie platí: - čím má logický obvod větší odběr, tím je u něj menší zpožděni jinak řečeno - čím pracuje obvod na vyšší frekvenci (zpracovává takový signál), tím má větší odběr z napájecího zdroje Příkladem mohou byt logické obvody Schottky TTL, které mají průměrné zpoždění T pd = 3 ns, ale typický příkon na jedno hradlo mají 19 mW – viz následující tabulka.

13 Dynamické parametry logických členů – energetické a frekvenční poměry TTL obvodů – tabulka Technologie – typ Zpoždění Tpd [ns] fmax [MHz] Příkon/ 1 hradlo [mW] TTL standard10 S TTL LS TTL9,5352 ALS TTL4,5601,2 F TTL3,51304 Z tabulky je patrná souvislost mezi menším zpožděním a rostoucím příkonem - jako velmi dobré se jeví členy ALS TTL, protože jsou velmi rychlé (zpoždění 4 ns) a přitom mají nejmenší spotřebu na 1 hradlo (1 mW). Je vidět také technický pokrok – stejné zpoždění (tedy rychlost) mají obvody S TTL (starší) a F TTL (novější), přitom příkon F TTL obvodů je 4,5 x nižší. Poznámka k napájení TTL – neustále se zvyšuje počet vyráběných obvodů, které používají snížené napájecí napětí Ucc = 3,3 V (místo 5 V)

14 Dynamické parametry logických členů – energetické a frekvenční poměry CMOS obvodů – tabulka tpd = zpoždění, fmax = max. prac. frekvence, P1 = příkon na 1 hradlo Řada – označení Ucc min [V] Ucc max [V] tpd [ns] fmax [MHz] P1 [µW] Pozn. CMOS ,01Nejstarší C318503,50,02CMOS HC269654CMOS HCT4,55,58554CMOS AHC263,51502CMOS ALVC1,23,62,22702CMOS LCX23,63,51702CMOS LVC1,23,63,31500,5CMOS LVQ33,661250,5CMOS FCT4,55, BiCMOS ALB2,73, BiCMOS

15 - jde o novější technologii číslicové logiky - kombinuje výhody TTL (bipolární) a CMOS (unipolární) technologie - z TTL je to - velká rychlost - větší výstupní proud - z CMOS je to - malý příkon - vysoká hustota (vysoký stupeň) integrace - příklady BiCMOS obvodů -74ALB – t pd = 2 ns, výstupní proud 25 mA - 74ABT- t pd = 5 ns, výstupní proud 64 mA - 74FR – velmi rychlá BiCMOS - 74BC – velmi rychlá BiCMOS - 74BCT, 74FCT – s TTL kompatibilní - 74LVT – zdokonalená BiCMOS s nízkou spotřebou, t pd = 4 ns

16 Kontrolní otázky 2. Při průchodu signálu logickým členem a)Nevzniká žádné zpoždění b)Vzniká sice zpoždění, ale je zanedbatelné c)Vzniká charakteristické zpoždění (podle technologie a řady) a je nutno podle něj navrhovat konstrukce s číslicovými obvody 1. Strmost impulzu – čelní a týlová hrana – nesprávné označení – pořadí nebo souvislosti: a)Náběh a doběh b)Vzestupná a sestupná c)z 90 % na 10 %, z 10 % na 90 % d)tr a tf 3. Vztah mezi max. pracovní frekvencí a spotřebou logického členu je a)V souladu – čím větší frekvence, tím větší spotřeba b)V protikladu – čím větší frekvence, tím menší spotřeba c)Bez vzájemného propojení či ovlivňování

17 Kontrolní otázky – správné odpovědi červené 2. Při průchodu signálu logickým členem a)Nevzniká žádné zpoždění b)Vzniká sice zpoždění, ale je zanedbatelné c)Vzniká charakteristické zpoždění (podle technologie a řady) a je nutno podle něj navrhovat konstrukce s číslicovými obvody 1. Strmost impulzu – čelní a týlová hrana – nesprávné označení – pořadí nebo souvislosti: a)Náběh a doběh b)Vzestupná a sestupná c)z 90 % na 10 %, z 10 % na 90 % d)tr a tf 3. Vztah mezi max. pracovní frekvencí a spotřebou logického členu je a)V souladu – čím větší frekvence, tím větší spotřeba b)V protikladu – čím větší frekvence, tím menší spotřeba c)Bez vzájemného propojení či ovlivňování

18 Seznam obrázků: Obr. 1: vlastní, Napěťové úrovně pro vstup a výstup TTL obvodů Obr. 2: vlastní, Zpožděni signálu při průchodu logickým členem

19 Seznam použité literatury: [1] Matoušek, D.: Číslicová technika, BEN, Praha, 2001, ISBN [2] Blatný, J., Krištoufek, K., Pokorný, Z., Kolenička, J.: Číslicové počítače, SNTL, Praha, 1982 [3] Kesl, J.: Elektronika III – Číslicová technika, BEN, Praha, 2003, ISBN X [4] Jedlička, P.: Přehled obvodůl řady TTL 7400 – 1. díl, BEN, Praha, 2005, ISBN [5] Jedlička, P.: Přehled obvodůl řady TTL 7400 – 2. díl, BEN, Praha, 2005, ISBN

20 Děkuji za pozornost


Stáhnout ppt "Dynamické parametry logických členů Střední odborná škola Otrokovice www.zlinskedumy.cz Autorem materiálu a všech jeho částí, není-li uvedeno jinak, je."

Podobné prezentace


Reklamy Google