135861 (593918), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

По сравнению со схемами ТТЛ схемы ЭСЛ обладают более высоким быстродействием, но помехоустойчивость у них гораздо ниже. Схемы ЭСЛ занимают большую площадь на кристалле, потребляют большую мощность в статическом состоянии, так как выходные транзисторы открыты и через них протекает большой ток. Схемы, построенные по данной технологии не совместимы со схемами, построенными по другим технологиям, использующим источники положительного напряжения.

2.1.3. ТЕХНОЛОГИЯ пМДП.

В отличие от технологий, рассмотренных выше, технология пМДП основана на МДП - структурах, которые обеспечивают следующие преимущества по сравнению с биполярными:

1. Входная цепь (цепь затвора) в статическом режиме практически не потребляет тока (высокое входное сопротивление);

2. Простая технология производства и меньшая занимаемая площадь на кристалле.

Основными логическими схемами изготавливаемыми на основе пМДП являются схема ИЛИ-НЕ и И-НЕ (см. рис. 2.4 и рис. 2.5).

Р
ис. 2.4. Схема ИЛИ-НЕ.

Р
ис. 2.5. Схема И-НЕ.

К недостаткам этих схем можно отнести невысокое быстродействие, по сравнению со схемами ТТЛШ и ЭСЛ. Но в настоящее время благодаря применению новых технологий (окисная изоляция, использование поликремневых затворов, технология «кремний на сапфире») создаются быстродействующие МДП структуры.

2.1.4. ТЕХНОЛОГИЯ КМДП.

Следующим шагом развития МДП технологии стало использование комплементарных МДП транзисторов, т.е. транзисторов с разным типом проводимости, причем основными являются транзисторы п-типа; а транзисторы р-типа используются в качестве динамической нагрузки.

Использование КМДП-схем по сравнению со схемами пМДП позволяет снизить потребляемую мощность, повысить быстродействие и помехоустойчивость, однако это достигается за счет увеличения площади занимаемой на кристалле и усложнения технологии производства.

Базовыми элементами КМДП-схем являются, как и для пМДП, логические элементы ИЛИ-НЕ и И-НЕ (см рис. 2.6 и 2.7).

Р
ис. 2.6. Схема ИЛИ-НЕ.

Рис. 2.7. Схема И-НЕ.

К особенностям интегральных схем, построенных по технологии КМДП можно отнести следующее:

1. Чувствительность к статическому электричеству (для защиты в буферные каскады ставятся диоды);

Тиристорный эффект (в КМДП структурах образуются паразитные биполярные, подобные тиристору, структуры между шинами питания). При включении питания тиристор включается и замыкает шину «+» на общую шину (для защиты используется окисная изоляция).

2.2. Выбор и обоснование логических элементов устройства.

Для функционирования блоков управления и коммутации необходимы цифровые ИМС малой и средней степени интеграции.

ИМС логики структуры ТТЛ являются наиболее разработанной и массовой серией и обладают наиболее широким спектром применения для проектирования цифровых устройств (серии К155, 555, 532, 1533).

Микросхемы серии ЭСЛ (К500, К1000 и т.д.) являются наиболее перспективной серией, поскольку обладают самым высоким быстродействием.

Логические элементы структуры КМДП (серии К176, К561 и т.д.) имеют меньшее быстродействие и нагрузочную способность по сравнению с ТТЛ и ЭСЛ, однако ИМС этой серии обладают двумя очень важными достоинствами перед ТТЛ и ЭСЛ:

• ничтожная потребляемая мощность в статическом режиме (Р_пот.=10^-6Вт);

• очень высокая помехоустойчивость к наводкам по сети питания и помехам в сигнальной цепи (допустимый уровень помех – до 30% напряжения питания).

Поэтому мы выбираем ИМС структуры КМДП серий К176 и К561.

2.3. Выбор и обоснование аналоговых ЭРЭ.

Аналоговые элементы – транзисторные ключи, диоды и стабилитроны – выбираем конкретно для каждого узла при детальном проектировании функциональных узлов. Ввиду того, что планируемое энергопотребление проектируемого устройства невелико, а массогабаритные показатели ограничены размерами телефона-трубки, выберем аналоговые элементы, имеющие наиболее малые размеры, но обладающие достаточным запасом по мощности для данного устройства.

В качестве аналоговых микросхем применяемых в устройстве используем широко распространённые универсальные микросхемы для телефонных аппаратов отечественного производства :

• в качестве импульсного номеронабирателя – КР1008ВЖ10;

• в качестве вызывного устройства – КР1064ПП1.

2.4. Выбор и обоснование пассивных элементов.

При выборе пассивных элементов электрической цепи: резисторов, конденсаторов и так далее, будем руководствоваться, в основном, принципом максимальной миниатюризации, так как для проектируемого устройства не требуется резервирования по мощности пассивных элементов, ввиду очень небольших токов и напряжений в схеме.

2.5. Схемотехнические требования при разработке принципиальной схемы.

Для обеспечения комплексной надежности устройства необходимо стремиться к уменьшению:

• количества ЭРЭ и электрических связей;

• коэффициента нагрузки активных элементов.

3. Построение функциональной схемы блока оповещения.

Функциональная схема блока оповещения состоит из следующих основных узлов:

• узел датчика, представляющий собой RS-триггер;

• узел счёта и выбора выходных сигналов, выделяемых микросхемой-счётчиком секундных и минутных импульсов (сигнал включения ключа поднятия трубки, сигнал имитации нажатия клавиши «повтор», сигнал звукового оповещения);

• электронные ключи поднятия трубки и нажатия клавиши «повтор» на биполярных транзисторах, управляемые соответствующими сигналами узла счёта и выбора выходных сигналов;

• стандартная схема телефона трубки на интегральной микросхеме номеронабирателя с выходом импульсного ключа с открытым стоком и микросхеме вызывного узла с выходом на пьезоэлектрический излучатель.

Также в состав схемы телефона трубки входит наборное поле телефонной клавиатуры и микрофон с динамическим излучателем.

4. Разработка принципиальной схемы и электрический расчёт.

4.1. Выбор элементной базы охранного устройства.

Для построения электрической принципиальной схемы охранного устройства необходимо выбрать элементную базу. Как указывалось выше, логические элементы устройства решено взять на основе ИМС структуры КМДП серий К176 и К561.

Узел датчика (RS-триггер) выполним на логических элементах ИМС К561ЛЕ5.

В качестве основной ИМС узла счёта и выбора выходных сигналов возьмём ИМС для построения электронных часов К176ИЕ18, ввиду очень удобного использования для задания временных интервалов счётчика минутных и секундных импульсов. Данная микросхема также имеет выходы звуковых сигналов, которые удобно использовать для оповещения абонента по телефонной линии.

Также, для задания выбранных временных интервалов подсчёта количества дозвонов до абонента и интервалов между дозвонами, выбираем в качестве десятичного счётчика-делителя ИМС К561ИЕ8.

Как указывалось выше, в качестве аналоговых микросхем телефона-трубки выбираем ИМС отечественного производства – импульсный номеронабиратель КР1008ВЖ10 и вызывное устройство на КР1064ПП1.

В качестве ключевых элементов выбираем транзисторы КТ502Е и КТ503Е, очень хорошо зарекомендовавшие себя в схемах телефонов.

Пассивные элементы в данном устройстве не требуют повышенной точности номиналов, поэтому резисторы и конденсаторы выбираем исходя из стандартного ряда.

Полупроводниковые диоды выбираем КД102Б, как наиболее подходящие по размерам и электрическим параметрам.

4.2. Справочные данные.

4.2.1. Микросхема К176ИЕ18.

ИМС К176ИЕ18 предназначена для использования в электронных часах. В её состав входят кварцевый генератор с внешним кварцевым резонатором на частоту 32768 Гц и два делителя частоты: СТ2 на 32768 и СТ60 на 60. При подключении к микросхеме кварцевого резонатора, она обеспечивает получение частот 32768, 1024, 128, 2, 1, 1/60 Гц. Импульсы с частотой 128 Гц формируются на выходах микросхемы Т1-Т4 с открытым стоком (выходной ток по выходам – 12 мА), их скважность равна 32/7 (для обеспечения надёжного запирания вакуумных люминесцентных индикаторов по их сеткам), сдвинуты они между собой на четверть периода. Эти импульсы предназначены для коммутации знакомест индикатора часов при динамической индикации. Импульсы с частотой 1/60 Гц подаются на счётчик минут, импульсы с частотой 1 Гц могут использоваться для подачи на счётчик секунд. Частота 1024 Гц предназначена для звукового сигнала будильника и для опроса разрядов счётчиков при динамической индикации. Вход Q микросхемы используется для изменения яркости индикатора, при подаче на него логической 1 можно в 3,5 раза увеличить скважность импульсов на выходах Т1-Т4 и во столько же раз уменьшить яркость свечения индикатора. Также в микросхеме имеется специальный формирователь звукового сигнала. При подаче импульса положительной полярности на вход HS, на выходе HS появляются пачки импульсов отрицательной полярности с частотой 2048 Гц и скважностью 2. Длительность пачек – 0,5 с, период повторения – 1 с. Выход HS выполнен с открытым стоком. Сигнал присутствует на выходе HS до окончания очередного минутного импульса на выходе M микросхемы.

Напряжение питания микросхемы – от 3 до 15 В.

HS HS

M

S1

Q S2

T1

T2

T3

R T4

F

Z Z

^{R1 22M R2 510 к}

^{Z1 32768 Гц}

_{С1 С2 С3}

_{3…15 36 4…20}

Рис. 4.1. Типовая схема включения микросхемы К176ИЕ18.

Назначение выводов микросхемы :

1. - T3

2. - T2 выходы 128 Гц;

3. - T1

4. - S1 - выход секундных импульсов 1 Гц;

5. - R - вход (запуск) счётчика, сброс данных в ноль;

6. - S2 - выход 2 Гц;

7. - HS - выход формирователя звукового сигнала 2048 Гц;

8. - GND - земляной вывод;

9. - HS - вход запуска формирователя звукового сигнала;

10. - M - выход минутных импульсов 1/60 Гц;

11. - F - выход опроса разрядов счётчиков 1024 Гц;

12. - Z выводы генератора для подключения

13. - Z внешнего кварцевого резонатора;

14. - Q - вход регулировки яркости свечения индикатора;

15. - T4 - выход 128 Гц;

16. - U_cc - напряжение питания.

4.2.2. Микросхема К561ИЕ8.

ИМС является десятичным счётчиком с дешифратором. Микросхема имеет три входа – вход установки исходного состояния R, вход для подачи счётных импульсов отрицательной полярности CN и вход для подачи счётных импульсов положительной полярности CP. Также она имеет десять дешифрированных выходов 0…9. Внутренняя схема содержит пятикаскадный счётчик Джонсона и дешифратор, который преобразует двоичный код в сигнал, появляющийся последовательно на каждом выходе счётчика. Счётчик имеет выход переноса P. Положительный фронт выходного сигнала переноса появляется через десять периодов тактовой последовательности и используется поэтому как тактовый сигнал для счётчика следующей декады.

Максимальная тактовая частота – 2 МГц.

Длительность импульса запрета счёта 300 нс.

Характеристики

Список файлов ВКР