Джон Ф.Уэйкерли Проектирование цифровых устройств. Том I (2002) (1095889), страница 53
Текст из файла (страница 53)
АйИзоп-%аз1еу, 1993), Веселое и легко читаемое введение в цифровые схемы можно найти в книге Ритмы булевого буги-вуги Максфилда(Сйче Махбе14. ВеЬор го гйе Воо!еап Воо8!е. ЕЕН ТесЬпо1ойу РпЫ)зЫп8, ххи. 11 Ь-роЬ1 й вЬТ и 9. сот). Некоторые думают, что рецепт приготовления морепродукта акра, приведенный в Приложении Н,— это все, что есть стоящего в данной книге! Однако даже без этого рецепта книга является прекрасно иллюстрированным классическим произведением, знакомящим вас с основными принципами цифровой электроники, с ее компонентами и нх работой. Хорошее понимание электрических аспектов работы цифровой схемы является обязательным для успешного конструирования быстродействующих устройств. Бесспорно лучшей книгой на эту тему является Проектирование быстродействуюи1их цифровыхустрайств: Справочник черной магии Джонсона и Грэхема (Нов агд )ойпзоп апб Магбп ОгаЬап.
И!8Ь-Бреей О!8йа! Оек!8п: А Иапг!Ьоок о7 В!ас/г Мал!с. Ргепбсе На)1, 1993). В ней фундаментальные принципы электроники объединены с потрясающей интуицией и опытом практического конструирования цифровых систем. Характеристики сегодняшних семейств логических схем можно найти в справочниках, издаваемых производителями устройств. Исчерпывающие справочники по ТГЛ- и КМОП-схемам издаваемые фирмами Техаз 1пмгпшепм и Могого1а, перечислены в табл. 3.! 3.
Оба эти производителя хранят последние версии своих справочников в Интернете на сайтах иии. сй. сом и иии.тот.. сов. Фирма Магоге!а предоставляет также хорошее введение в проектирование систем на основе ЭСЛ-схем в виде Справочника но проектированию систем на основе ЭСД- схем фирмы Магога!а (МЕСЕ Яузгет Вез!ип Иапг(Ьоо(г, рпЫ. НВ205, геч. 1, 1988; МЕСЬ вЂ” Магога! а Ею!пег-Совр!ед (.о81 с). Стандарты на цифровые логические уровни, утвержденные Объединенным техническим советом по электронным приборам )ЕОЕС ()о)пг Е!есггопю Рек!се Епй)пеег1пй Соплей), можно найти на %еЬ-сайте члчи. 3 ес!ес.
ог9. Стандарты )ЕОЕС для 3. З-вольтовой, 2. 5-вольтовой и ! . 8-вольтовой логики были изданы соот ветственно в 1994, 1995 и 1997 годах. Упражнения 225 Табл. 3. 83. СпРавочники производителей логических схем Пеопоппэйгл ГВипеаеевоетагь помор Таам мвароеаем Наоаапаа Ща Н)ЛЛ 5)геег) С>НО5 Оаег 1988 ЛАГГ Оаго 1988 МЕСТ. Реьг.с Раса 1989 Упражнения 3.1.
В некотором логичесж)м семействе низкому уровню сигнала соответствуют напряженияотООВдоО 8 В,авысокомууровню — напряженияот2 ОВдоЗ.З В. Используя правила положительной логики, укажите уровень сигнала, соответствующий каждому из следующих напряжений: (8)О.ОВ()>)З.ОВ (с) 0.8В ()1)1.9В (е)2.0В(1)5.0В (8)-0.7В (Ь)-З,ОВ 3.2. Повторите упражнение 3.1, используя правила отрицательной логики. 3.3. Подумайте, чем логический буферный усилитель отличается от усилителя звуковых сигналов. 3.4. Является ли буферный усилитель эквивалентом 1-входового вентиля И или 1-входового вентиля ИЛИ? 35 Справедливо или нет следующее утверждение: для заданного набора входных сигналов сигнал на выходе схемы И-НЕ противоположен сигналу на выходе схемы ИЛИ-НЕ? 3 7.
Какие транзисторы используются в КМОП-схемах? 3.8. (Только для увлеченных.) Нарисовать эквивалентную схему КМОП-инвертора, используя однополюсное реле на два положения. 3.9 Какая КМОП-схема заданной площади на поверхности кристалла кремния, вероятнее всего, будет более быстродействующей: схема И-НЕ или схема ИЛИ-НЕ? 3.10.
Дайте определение «коэффициента объединения по входу» и «коэффициен- та разветвления по выходу». Который из них вы должны вычислять? !ехал )пеппшепь Техас )и ппппопгх Теле )пчпгьепь Телес )папппееь )елле 1плоппгепь Толпе )пппгпгеп)х М еого1п Ыгпьо)п Мьогоц Магога)е 5ОЬО00! 5ОАО00)С ВОГО00 ! В зг).О001О 5САО00!)> 5С).ОООЗА О1.12 ПО О!.!29Л> ОЫЗ8Ю О1.1 2/О 74. 745, 74)Л ТТ).
7455. 74АЬВ ТП. 745 7ТЬ 74НС, 74НСТ СМО5 74АС, 74АСТ СМ05 74 А НС, 74АНСТ СМ 05 74Е 741.5ГП. 74 НС, 74НСТ 74 АС, 74АСТ ЮК ЕС). ГГА гоа!с Раса ВооЛ ! 988 АЕ.»45 Гоже Оага Воо)с )995 Г)орс Р и ам1 1994 НЮНС7 Ь))гс Оаса В о) 1997 АОАСГ)оа)с Реы Вогл) 1997 4 НСГАНС7' )х иге Рога Вмяг 1997 Еал опд>ЛГГР Рам 1989 226 Глава 3. Цифровыесхемы 3.11. Нарисуйте принципиальную схему, составьте таблипу, описывающую работу схемы, н приведите условное обозначение 3-входовой КМОП-схемы ИЛИНЕ, как на рис. 3.16.
3.12. Нарисуйте модель 2-входовой КМОП-схемы ИЛИ-НЕ на основе ключей, как на рис. 3.14, для всех четырех комбинаций входных сигналов. 3.13. Нарисуйте принципиальную схему, составьте таблицу, описывающую работу схемы, и приведите условное обозначение КМОП-схемы ИЛИ, как на рис. 3.19. 3.14. Какая из КМОП-схем содержит меньшее число транзисторов: инвертирую- щий вентиль или неинвертирующий вентиль? 3.15. Назовите и нарисуйте условные обозначения четырех различных 4-входо- вых КМОП-схем, в каждой из которых используется по 8 транзисторов.
3.16. На рис. Х3.16(а) представлена КМОП-схема И-ИЛИ-НЕ. Составьте таблицу, описывающую работу этой схемы, как на рис. 3.15(Ь), и нарисуйте соответствующую принципиальную схему, используя вентили И, ИЛИ и ннверторы. (а) (Ь) Рис. Х3.16. 3 17. На рис. ХЗ.!6 (Ь) представлена КМОП-схема ИЛИ вЂ” И-НЕ. Составьте таблицу описывающую работу этой схемы, как на рис. 3.15(Ь), и нарисуйте соответствующую принципиальную схему, используя вентили И, ИЛИ и инверторы. 3.1 8. Чем духи могут навредить разработчикам цифровых схем? 3.19.
Каков запас помехоустойчивости по постоянному току КМОП-инвертора при высоком уровне сигнала, переходная хаРактеристика которого в нанхуд- Упражнения 227 шем случае подобна характеристике, изображенной на рис. 3.25? Каков запас помехоустойчивости по постоянному току при низком уровне сигнача? (Воспользуйтесь стандартными значениями порогов для низкого и высокого уровней, равными 1.5 В и 3.5 В,) 3.20. Используя справочные данные из табл. 3.3, определите в наихудшем случае запас помехоустойчивости по постоянному току для схемы 74НСОО при н изком и высоком уровнях сигнала.
Сформулируйте предположения, которые необходимы вам дпя ответа на этот вопрос. 3.21. В параграфе 3.5 даны определения семи различных электрических параметров для КМОП-схем. Используя справочные данные из табл. 3.3, определите наихудшие значения каждого из этих параметров для схемы 74НСОО. Сформулируйте предположения, которые необходимы вам для ответа на этот вопрос. 3.22. Основываясь иа принятых в параграфе 3.4 правилах и определениях, решите, каким является выходной ток: вытекающим или втекающим, если его величина оказалась равной отрицательному числу? 3,23.
Для каждой из следующих активных нагрузок определите, остаются ли выходные напряжения в пределах уровней, заданных техническими условиями для схемы гражданского применения 74НСОО. (Обратитесь к табл. 3.3 и воспользуйтесьзначениямир „м=3.84Вир =5.0В.) (а) резистор с сопротивлением 120 Ом подключен к шине питания 1' (Ь) резистор с сопротивлением 270 Ом подключен к шине питания 1', а резистор с сопротивлением 330 Ом — к земле (с) резистор с сопротивлением 1 кОм подключен к земле (д) резисторы с сопротивлением 150 Ом подювочены к шине питания 1' и к земле (е) резистор с сопротивлением 100 Ом подключен к шине питания 1' (1) резистор с сопротивлением 75 Ом подключен к шине питания 1', а резистор с сопротивлением 150 Ом- к земле (8) резистор с сопротивлением 75 Ом подключен к шине питания К (Ь) резистор с сопротивлением 270 Ом подключен к шине питания 1', а резистор с сопротивлением 150 Ом — к земле.
3.24. При какой величине входного сигнала высокого уровня из диапазона допустимых значений от 2.0 В до 5.0 В схема 74НСОО будет потреблять наибольшую мощность. (Воспользуйтесь сведениями из табл. 3.3.) 325. Определите коэффициент разветвления по выходу для постоянного тока при высоком и низюм уровнях сигнала на выходе схемы 74НСОО, если она ныружеиа входами схем 74ЬБОО (Воспользуйтесь сведениями иэ табл.3.3 и 3.12 ) 3 26. Оцените сопротивления «открытых» р-канального и л-канального выходных транзисторов в схеме 74НСОО, используя информацию из табл. 3.3. 3 27.
При каких обстоятельствах не опасно оставлять неиспользуемые входы КМОП-схем ни к чему не подключенными? 228 Глава 3. Цифровые схемы 3.29. Объясните, почему неправильно размешать все развязывающие конденсаторы в одном углу печатной платы. 3.30. В каком случае важно подать руку другу? 3.31. Назовите две составляющие задержки КМОП-вентиля. На какую из них боль ше всего влияет емкость нагрузки? 3.32.
Определите постоянную времени для каждой из следующих комбинаций сопротивления резистора и емкости конденсатора: (Ь) л = 330 Ом, С = 150 пФ (0) Я = 4.7 кОм, С = 100 пФ (а) Я = 100 Ом, С = 50 пФ (с)Я=1«Ом, С=ЗОпФ З.ЗЗ. На какие параметры КМОП-схемы, кроме задержки, влияет емкость нагрузки? 3.34. Объясните, почему юэффициент разветвления по выходу для постоянного тока вообще не зависит от числа входов КМОП-схем, подключенных к выходу КМОП-вентиля. 3.35. КМОП-схемы семейства 74ЧНС могут работать при напряжении питания 3.3 В.
Насколью меньше потребляемая при этом мощность по сравнению со случаем, когда напряжение питания равно 5 В? 3.36.Пусть инвертор с триггером Шмитта имеет следующие параметры: 1'щ =0.8В, 1;н в=2.0В, г' =1.6Ви К =1.ЗВ.Каковаширинапетли гистерезиса у этого инвертора? 3.37. Зачем схемы с тремя состояниями на выходе обычно создаются так, чтобы выключение происходило быстрее, чем включение? 3.38. Рассмотрите все «за» и «против» выбора ббльших или меньших значений сопротивления нагрузочного резистора, включаемого на выходе КМОП-схем с открытым стоком или на выходе ТТЛ-схем с открытым коллектором 3.39.
Пусть для нормальной яркости свечения светодиода по нему в «открытом» состоянии должен протекать ток около 5 мА при падении напряжения примерно 2.0 В. Определите необходимое сопротивление резистора, если светодиод включен так, как показано на рис. 3.52. 3.40. Как изменится ответ в упражнении 3.39, если светодиод включен так, как показано на рис 3.53(а)? 3.41. «Монтажное И» реализуется простым объединением двух выходов с откры тым стоюм или с открытым коллектором без прохождения сигнала черо~ еще один уровень транзисторной схемы. В таком случае почему схема «мол тажное И» может оказаться медленнее, чем микросхема, реализующая фун кцию И? 3.28. Объясните смысл явления «защелкивания» и назовите обстоятельства, при которых оно происходит.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
