Изучение характеристик ключевых схем на дополняющих МОП-транзисторах (КМОП) (стр. 3 из 3)
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.
6. ПРОГРАММА РАБОТЫ
6.1 ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ
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.
6.2 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...).
3. Открыть Схему 3 (File > Open > DATA RUS > 2p-3.CIR) и выполнить для нее п.п.2 а), б), в), г), д).
4. Открыть (File > Open > DATA RUS > 2p-4.CIR) и исследовать
Схему 4:
а) получить и объяснить статические передаточные характеристики схемы – V(Y,Y1) = f(V(X)) (Analysis > DC... > Run);
б) выйти из режима анализа (F3);
в) получить временные диаграммы сигналов Y(t) и Y1(t) (Analysis >
Transient > Run) при воздействии на вход схемы периодического импульсного сигнала U1(t) c заданными параметрами, сопоставить сигналы Y(t) и Y1(t) с значениями статических уровней, полученными в п. а), объяснить различия;
г) измерить и обосновать длительность выходных импульсов Y(t) и Y1(t) и их временное положение относительно входных;
д) выйти из режима анализа (F3);
е) закрыть Схему 4 (File > Сlose > No Save...).
5. Открыть (File > Open > DATA RUS > 2p-5.CIR) и исследовать
Схему 5:
а) получить и объяснить статические передаточные характеристики схемы – V(Y,Y1) = f(V(X)) (Analysis > DC... > Run);
б) выйти из режима анализа (F3);
в) получить временные диаграммы сигналов Y(t) и Y1(t) (Analysis >
Transient > Run) при воздействии на вход схемы периодического импульсного сигнала U1(t) c заданными параметрами, сопоставить сигналы Y(t) и Y1(t) с значениями статических уровней, полученными в п. а), объяснить различия;
г) измерить и обосновать длительность выходных импульсов Y(t) и Y1(t) и их временное положение относительно входных; сопоставить результаты с п.4.г) и объяснить различия;
д) получить временные диаграммы сигналов Y(t) и Y1(t) при вариации сопротивления резистора R1 (Transient > Stepping > Step It Yes > OK > F2); проследить за изменением их формы, задокументировать и объяснить изменения;
е) выключить режим вариации сопротивления резистора и выйти из режима анализа (Transient > Stepping > Step It No > OK > F3);
ж) закрыть Схему 5 (File > Сlose > No Save...).
6. Открыть (File > Open > DATA RUS > 2p-6.CIR) и исследовать
Схему 6:
а) получить и объяснить временные диаграммы времязадающего напряжения и сигналов Y(t) и Y1(t) (Analysis >Transient > Run) при воздействии на вход схемы периодического импульсного сигнала U1(t) c заданными параметрами; сформулировать и проанализировать факторы, определяющие длительность выходных импульсов и их временное положение;
б) получить временные диаграммы при вариации сопротивления резистора R1 (Transient > Stepping > Step It Yes > OK > F2); проследить за изменением их формы, задокументировать и объяснить изменения;
в) выключить режим вариации сопротивления резистора и выйти из режима анализа (Transient > Stepping > Step It No > OK > F3);
г) закрыть Схему 6 (File > Сlose > No Save...).
6. Открыть (File > Open > DATA RUS > 2p-7.CIR) и исследовать
Схему 7:
а) получить и объяснить статические передаточные характеристики схемы – V(Y,Y1) = f(V(X)) (Analysis > DC... > Run);
б) выйти из режима анализа (F3);
в) получить временные диаграммы сигналов Y(t) и Y1(t) (Analysis >
Transient > Run) при воздействии на вход схемы периодического импульсного сигнала U1(t) c заданными параметрами; сформулировать вывод о величине риска сбоя работы цифрового устройства,
построенного на ИС КМОП, сигналами Y(t) и Y1(t).
г) выйти из режима анализа (F3);
д) закрыть Схему 7 (File > Сlose > No Save...).
7. Открыть (File > Open > DATA RUS > 2p-8.CIR) и исследовать
Схему 8:
а) сопоставить конфигурацию, состав Схемы 8 и Схемы 7, проанализировать работу и сформулировать вывод об их свойствах и наличии гонок в Схеме 8; построить временные диаграммы сигналов Y(t) и Y1(t);
б) выполнить для Схемы 8 п.п.7 а), б), в), г), д);
8. Получить у преподавателя дополнительное задание по работе.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-Cap 7. – М.: Горячая линия – Телеком, 2003. – 368 с.
2. Импульсные и цифровые устройства на интегральных микросхемах КМДПТЛ: Руководство к лабораторной работе № / Сост. Сальников Н.И.– Рязань. : РРТИ, 1984. - 16 с.
3. Сальников Н.И., Белкин А.П., Соколов Ю.П. Импульсные устройства на интегральных логических элементах: Учебное пособие. – Рязань: РРТИ, 1986. – 72 с.
4. Зельдин Е.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. - Л.: Энергоатомиздат., 1986. – 280 с.
5. Алексенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника: Учеб. пособие. – М.: Радио и связь, 1982. – 416 с.
6. Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. Цифровые устройства: Учеб. пособие. СПб.: Политехника, 1996.