Минаев Е.И. - Основы радиоэлектронники (1266569), страница 72
Текст из файла (страница 72)
На рис, 14.52 показана схема статического запоминающего элемента на МОП-транзисторах. Транзисторы 1тТ1 и иТ2 обра- зуют простейший триггер, Транзисторы ЧТЗ и УТ4 выполняют роль стоковых резисторов. Транзисторы УТ5 и УТб выполняют роль ключей при записи н считывании. При положительных напряжениях на их затворах схема активизируется для записи и считывания., Для записи единицы через канал активизированного транзистора гТБ подается напряжение высокого уровня с левой линии считывание-запись на затвор транзистора УТ2, Триггер находится в состоянии Я= 1, когда УТ! заперт, а УТ2 открыт.
При считывании единицы на левой линии считывание-запись появляется напряжение высокого уровня, а на правой — низкого. Для записи нуля подают напряжение высокого уровня на правую линию считывание-запись. Это приводит к отпиранию транзистора ГТ1 и запиранию ГТ2. При считывании нуля на левой линии считывание-запись получим напряжение низкого уровня, а на правой — высокого уровня. Оперативное запоминающее устройство на и-МОП-транзисторах благодаря лучшему быстродействию вытеснили ОЗУ на р-МОП-транзисторах и по быстродействию приближаются к ОЗУ на биполярных транзисторах. По сравнению с последними они имеют преимущество в компактности.
Это позволяет на той же площади кристалла размещать в два-четыре раза больше запоми. нающих элементов. Динамические запоминающие элементы. В качестве запоминающего элемента можно использовать конденсатор небольшой емкости. Заряд, сохраняющийся в емкости, соответствует логической единице, а отсутствие заряда — логическому нулю. Однако в любом конденсаторе имеется разряжающее его сопротивление утечки. Поэтому информация, записанная в емкости, нуждается в регенерации. Регенерайия памяти — это процесс перезаписи.
Информация, записанная в емкостях матрицы ОЗУ, считывается черсз определенные интервалы времени, зависящие от скорости саморазряда, и записывается вновь. Память, в которой информация хранится в виде заряда в емкостях конденсаторов или паразитных емкостях МОП-транзисторов, не сохраняющаяся без регенерации, называется динамической. Динамические элементы памяти значительно проще статических. Для рассмотренного ранее статического элемента требуются шесть МОП-транзисторов. Для динамического элемента требуются один — три транзистора.
На рис. 14,53,а показан элемент динамической памяти с одним МОП-транзистором, который используется в качестве ключа. Конденсатор небольшой емкости С может быть образован в виде запертого р-п перехода. Скорость его саморазряда зависит от температуры.
При рабочей температуре +70'С типичное время регенерации составляет 2 мс 1221. Элементы динамической памяти образуют матрицу. Все затворы транзисторов одной строки присоединены к линии «Выбор йьбар смиибйпр- рмитманмм Ф~ и) Рис. !4.53. Запоминающие элементы динамической памяти: а — с одним МОП-транзисторам; б — с тремя МОП-транзисторами строки».
Когда на эту линию подается разрешающее напряжение, то все МОП-транзисторы данной строки открыты, но для записи или считывания подключается лишь одна вертикальная линия, к которой присоединены стоки других транзисторов, образующие столбец. Однако остальные транзисторы данного столбца находятся в других строках и, следовательно, не активизированы. В каждом столбце имеются усилители считывания. При записи в вертикальную линию запись-считывание подается напряжение высокого или низкого уровня, а в линию «Выбор строки» вЂ” разрешающее напряжение. Очевидно, что напряжение низкого или высокого уровня подается и на другие транзисторы данного столбца, но так как все остальные транзисторы данного столбца не активизированы, то запись производится в конденсатор С только одного запоминающего элемента. На рис.
14.53, б приведена схема элемента динамической памяти с тремя МОП-транзисторамн. В качестве запоминающей используется паразитная входная емкость С,„транзистора ЧТ1. Динамические элементы памяти не являются триггерами. Их схемы проще и содержат меньше МОП-транзисторов по сравнению со статическими элементами памяти на МОП-транзисторах. Это позволяет получать на одном кристалле большие объемы памяти. Однако их главный недостаток — необходимость в сложных схемах регенерации. В ОЗУ с очень большим объемом памяти применение динамической памяти является целесообразным, так как стоимость схем регенерации небольшая. В ОЗУ с малым объемом памяти применение динамической памяти нецелесообразно.
Устройство со статической памятью в этом случае будет более простым и дешевым. 14.24. ЦИФРО-АИАЛОГОВЫЕ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ае Рис. 14.64. Схема цнфро-анало. гового преобразователя Рис. 14.55. Схема аналого-цифрового преобразователя нарал. лельного кодирования 363 Обычно датчики температуры, давления и других физических величин создают напряжение в аналоговой форме, пропорциональное физической величине или отклонениям физической величины от некоторого установленного уровня. Для работы ЭВМ, а также при некоторых видах передачи информации требуется преобразование величины из аналоговой формы в цифровую, записываемую числом в двоичной форме.
В свою очередь для работы многих исполнительных устройств, таких как регуляторы, стрелочные приборы, громкоговорители и другие, требуется обратное преобразование сигнала из цифровой формы в аналоговую. Кифро-аналоговый преобразователь. Существует много способов цифро-аналогового преобразования. На рис. 14.54 показана схема цнфро-аналогового преобразователя, использующего лестничный делитель типа 1х — 21с и операционный усилитель. Ключи 0СВА подключают левые концы резисторов 21с к источнику эталонного напряжения, когда соответствующий разряд двоичного числа равен 1, или к земле, когда он равен О.
Положение ключей на схеме соответствует числу 1101. Если ключ 0 замкнут на источник напряжения, а остальные замкнуты на землю, то напряжение, создаваемое на неинвертнру1ощем входе, равно Е„/3. Замыкание на источник ключа С создает вдвое меньшее напряжение, а замыкание ключей В и А— в 4 и 8 раз меньше. Аналого-цифровые преобразователи. Существует также много способов аналого-цифрового преобразования. На рис. 14.55 по- казана схема аналого-цифрового преобразователя (АЦП) параллельного кодирования, осуществляющего преобразование аналогового напряжения в и-разрядное двоичное число.
С помощью цепочки из 2" резисторов эталонное напряжение делится на 2" градаций и подается на инвертирующие входы 2" — 1 операционных усилителей, На все неинвертирующие входы, соединен. ные вместе, подается преобразуемое аналоговое напряжение. Эталонное напряжение выбирается равным максимально возможному аналоговому напряжению. На инвертирующем входе верхнего усилителя напряжение равно [(2" — 1)/2")Е„. Например, при и=7, 2"=128, число операционных усилителей равно 127 н на вход верхнего усилителя подается напряжение, равное (127/128)Е„.
Операционные усилители выполняют роль компараторов. Они сравнивают аналоговое напряжение с частью эталонного напряжения, подаваемого на инвертирующий вход усилителя. Если аналоговое напряжение превышает напряжение на ннвертируюшем входе операционного уси. лителя, то на его выходе появляется положительное напряжение, соответствующее логической 1. В противном случае на выходе операционного усилителя появляется отрицательное напряжение, соответствующее логическому О.
Например, прн и,„) (127/128)Е„ на выходе всех операционных усилителей появляется логическая 1. На выходе шифратора в этом случае появляется семь единиц. Если и,„меньше (127/128)Е„, но больше (126/128)Е„, то выход верхнего компаратора соответствует логическому О, а выходы всех остальных компараторов соответствуют логической 1. В этом случае все выходы шифратора, за исключением О„равны 1, а Юо= О. Приоритетный шифратор является комбинационной схемой, вырабатывающей двоичное число на выходе по старшему входу, имеющему 1. В данном случае самым старшим является верхний вход шифратора, затем второй сверху и т.
д. Недостатком описанной схемы является ее сложность. При а=7 схема содержит 127 операционных усилителей. Однако большим преимуществом схемы является быстрота преобразования, так как аналоговый сигнал появляется одновременно на входах всех операционных усилителей. Время преобразования определяется переходными процессами в усилителях и шифраторе и может составлять 10 — 20 нс.
Такая быстрота преобразования важна при передаче быстроизменяющихся сигналов, например при импульсно-кодовой модуляции, так как при этом число отсчетов сигнала может быть большим. Например, можно взять до 10' отсчет/с, если время преобразования 10 нс. Когда не требуется быстрое преобразование, например в цифровых вольтметрах, применяется аналого-цифровой преобразователь с двухтактным интегрированием, преобразующий напряжение в интервал времени (рис.
14.56). Преобразование осуществляется следующим образом. Вначале ключ 51 разомкнут, а ключ 5о замкнут. Ключи управляются Рнс. 14.56. Схема апалого-мвфрового преобразователя с двухтактнмм янтегрнровавнем мв Рнс. )4.57. Временггая днаграмма напряженая на выходе ннтегратора И1П схемой управления.
Затем в момент времени 1п ключ 5г подключает к схеме преобразуемое напряжение и, а ключ 5в размыкает зажимы конденсатора С. С этого момента начинается процесс интегрирования входного напряжения, которое предполагается положительным постоянным напряжением. Пилообразное отрицательное напряжение на выходе первого операционного усилителя, являющегося интегратором, показано на рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
