Приведенная на рис.5 схема может рассматриваться как простейший пример, показывающий возникновение гонок (состязаний) в цифровых устройствах. Гонки возникают из-за неравенства задержек физических сигналов X и 
, поступающих на входы ЛЭ А2, вследствие чего перекрываются во времени их единичные значения. Выходной физический сигнал Y изменяется дважды: когда возникает перекрытие и когда оно заканчивается – формируется импульс. В идеальной схеме, когда задержка сигналов в ЛЭ отсутствует (
), на выходе ЛЭ А2 – не изменяющийся высокий уровень напряжения, так как 
.
Анализ работы схемы, приведенной на рис.8 и в которой имеют место гонки, приводит к выводу о том, что временное рассогласование поступления сигналов на входы элемента A2 меньше, чем временное рассогласование сигналов на входах элемента А3. Следовательно, импульсы на выходах Y и Y1 отличаются по длительности и могут отличаться по амплитуде. Замена ЛЭ ИЛИ-НЕ в схеме рис.8 на элементы И-НЕ дает схему с такими же свойствами. Из-за разброса
параметров динамических характеристик ЛЭ КМОП параметры выходных импульсов могут изменяться в большом диапазоне значений. Поэтому риск сбоя в работе цифровых устройств из-за появления импульсов, не предусмотренных логикой их работы, носит вероятностный характер.
Программа работы
Изучить:
а) характеристики полевых транзисторов с индуцированным каналом n-типа и p-типа (входную 
, проходную 
, выходные 
,
б) физику работы ключа КМОП, его модели в статических состояниях и характеристики (входную 
, передаточную 
, выходные 
, потребления тока от источника питания 
),
в) физику работы базовых схем И-НЕ КМОП и ИЛИ-НЕ КМОП и их таблицы истинности,
г) статические характеристики ЛЭ КМОП при изменении напряжения питания 
,
д) факторы, влияющие на длительность переходных процессов в ключах КМОП, и физику переключения ключа,
е) принцип построения и схемы формирователей коротких импульсов,
ж) факторы, обусловливающие гонки и влияние гонок на функциональную надежность цифровых устройств.
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
(Результаты по всем пунктам программы работы документировать и включить в отчет)
1. Вызвать программу Micro-Cap (ярлык Micro-Cap Evaluation 8.0)
2. Открыть (File > Open > DATA RUS > 2p-1.CIR) и исследовать
Схему 1:
а) получить передаточную характеристику (ПХ) и характеристику входного тока ключа (Analysis > DC . > Run);
б) определить по ним значения входного напряжения, при которых открываются транзисторы Т1, Т2 и защитные диоды;
в) определить и объяснить значения статических уровней ПХ;
г) получить статические характеристики схемы при вариации напряжения питания (DC > Stepping > Step It Yes > OK > F2); проследить за изменением формы характеристик, задокументировать и объяснить изменения;
д) выключить режим вариации напряжения питания и выйти из режима анализа (DC > Stepping > Step It No > OK > F3);
е) получить переходные характеристики ключа (Analysis >
Transient > Run), определить стадии переходных процессов при включении и выключении схемы, их длительность и среднее время задержки;
ж) получить характеристики переключения схемы при вариации напряжения питания (Transient > Stepping > Step It Yes > OK > F2); проследить за изменением формы характеристик, задокументировать и объяснить изменения;
з) выключить режим вариации напряжения питания и выйти из режима анализа (Transient > Stepping > Step It No > OK > F3);
и) закрыть Схему 1 (File > Сlose > No Save .).
2. Открыть (File > Open > DATA RUS > 2p-2.CIR) и исследовать
Схему 2:
а) получить статическую характеристику выходного напряжения от значения статического напряжения на одном из входов ключа (Analysis > DC . > Run), объяснить поведение и параметры полученной характеристики;
б) выйти из режима анализа (F3);
в) получить и объяснить таблицу истинности, задавая различные статические уровня напряжения на входах X2, X1, X0 (Analysis >
Transient > Run),
г) выйти из режима анализа (F3);
д) закрыть Схему 2 (File > Сlose > No Save .). Перейти на страницу: 1 2
Советуем почитать:
Разработка эквивалентных и принципиальных схем электрического фильтра и усилителя напряжения В электротехнических, радиотехнических и телемеханических установках и устройствах связи часто ставится задача: из многих сигналов, занимающих широкую полосу частот, выделить один или н ...
Микроконтроллеры для начинающих. И не только Микроконтро́ллер (англ. Micro Controller Unit, MCU) – микросхема, предназначенная для управления электронными устройствами. Типичный микроконтроллер сочетает в себе функции пр ...
Разработка конструкции цифрового FM-приемника Нашу жизнь не возможно представить без радио и радиосодержащей аппаратуры. А началось это с того как в 1887 г. своими экспериментами немецкий физик Г.Р. Герц (1857 - 1894) доказал справе ...