26

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 3/2002

£¹cz¹c diodê Zenera

z innymi przyrz¹dami

pó³przewodnikowymi

mo¿na konstruowaæ

Ÿród³a napiêcia

referencyjnego o bardzo

ma³ym wspó³czynniku

termicznym zmian

napiêcia wyjœciowego.

D

iody Zenera wykorzystywane

s¹ najczêœciej jako Ÿród³a napiê-

cia odniesienia (reference volta-

ge). Diody Zenera maj¹ unikato-

w¹ w³aœciwoœæ polegaj¹c¹ na tym, ¿e wspó³-

czynnik ich napiêcia zaporowego mo¿e

przyjmowaæ zarówno dodatnie, jak i ujem-

ne wartoœci. Wykorzystuj¹c to zjawisko oraz

³¹cz¹c diodê Zenera z innymi przyrz¹dami

pó³przewodnikowymi, jest mo¿liwe skon-

struowanie Ÿróde³ napiêcia referencyjnego

o bardzo niewielkiej wartoœci wspó³czynni-

ka termicznych zmian napiêcia wyjœciowe-

go. Diody Zenera maj¹ce tak¹ w³aœciwoœæ

nazywa siê równie¿ diodami referencyjnymi

(reference diodes).

Napiêcie mierzone na wyprowadzeniach

diody Zenera, spolaryzowanej w kierunku

zaporowym, podlega znacznym wahaniom

wraz ze zmianami temperatury. Na przy-

k³ad, w diodzie Zenera o napiêciu znamio-

nowym równym 100 V zmiana tego napiê-

cia mo¿e osi¹gn¹æ wartoœæ nawet 12,5 V,

przy wzroœcie temperatury z³¹cza diody od

0 do 125

o

C. Oczywiœcie, w przypadku za-

stosowania diod Zenera jako referencyj-

nych Ÿróde³ napiêcia, rozwa¿ane termiczne

zmiany napiêcia mierzonego na zaciskach

diody, musz¹ zostaæ znacznie ograniczone.

Termiczne w³aœciwoœci z³¹cza

pó³przewodnikowego

Odpowiednie zaprojektowanie termicznej

kompensacji diod Zenera umo¿liwia wydat-

ne ograniczenie termicznego dryfu napiêcia.

W przypadku takich urz¹dzeñ ¿¹da siê na-

wet, aby termiczne zmiany napiêcia wyj-

œciowego nie by³y wiêksze ni¿ 5 mV, przy

zmianie temperatury od _55 do 100

o

C. Za-

tem, aby diody Zenera mog³y sprostaæ takim

wymaganiom, musz¹ byæ skompensowane

termicznie. Diody Zenera z kompensacj¹

termiczn¹ stosowane s¹ w urz¹dzeniach

takich, jak: zasilacze z precyzyjnie ustalony-

mi poziomami napiêæ wyjœciowych, oscyla-

tory z precyzyjnie ustalon¹ czêstotliwoœci¹

generacji sygna³u, woltomierze cyfrowe,

mierniki czêstotliwoœci oraz przetworniki

analogowo-cyfrowe. Obecnie produkowane

diody Zenera z kompensacj¹ termiczn¹ za-

pewniaj¹ stabilnoœæ napiêcia wyjœciowego

na poziomie lepszym ni¿ 500 ppm (parts per

million) w ci¹u 1000 godzin pracy.

Zasada kompensacji termicznej diod Zene-

ra jest nastêpuj¹ca. Napiêcie na spolaryzo-

wanym w kierunku przewodzenia z³¹czu

pó³przewodnikowym p-n maleje wraz ze

wzrostem temperatury. Zatem z³¹cze p-n ma

ujemny wspó³czynnik temperaturowy. Z ko-

lei diody Zenera, które stanowi¹ z³¹cza pó³-

przewodnikowe spolaryzowane w kierun-

ku zaporowym, przewodz¹ wykorzystuj¹c

zjawisko przebicia lawinowego (dla napiêæ

powy¿ej 5 V) i wykazuj¹ dodatni wspó³-

czynnik temperaturowy. Zatem napiêcie na

diodzie Zenera spolaryzowanej w kierunku

zaporowym roœnie wraz ze wzrostem tem-

peratury. Z kolei w przypadku diod Zenera

zaprojektowanych na napiêcie poni¿ej 5 V,

z wykorzystaniem kwantowego zjawiska tu-

nelowania noœników ³adunku poprzez ob-

szar warstwy zaporowej, napiêcie mierzone

na zaciskach diody wykazuje tendencjê do

malenia wraz ze wzrostem temperatury z³¹-

cza _ diody takie maj¹ ujemny wspó³czyn-

nik temperaturowy. Na rys. 1 zamieszczono

charakterystyki pr¹dowo-napiêciowe diody

Zenera o dodatnim wspó³czynniku tempera-

turowym, uzyskane dla temperatury 25

i 100

o

C.

Z powy¿szych rozwa¿añ wynika, ¿e wsku-

tek szeregowego po³¹czenia kilku diod Ze-

nera o ró¿nych wartoœciach (dodatnich

i ujemnych) wspó³czynników temperaturo-

wych lub diody Zenera o dodatnim wspó³-

czynniku temperaturowym z ró¿n¹ liczb¹

KOMPENSACJA TERMICZNA

DIOD ZENERA

r

PORADNIK

ELEKTRONIKA

U

z

[V]

U

F

[V]

I

Z

[mA]

I

F

[mA]

Rys. 1. Ilustracja termicz-

nych zmian charaktery-

styk pr¹dowo-napiêcio-

wych diody Zenera spola-

ryzowanej w kierunku

przewodzenia i w kierun-

ku zaporowym

Rys. 2. Zestaw stanowi¹cy po³¹czenie diody Zenera spolaryzowanej w kierunku zaporowym

z diod¹ pó³przewodnikow¹ spolaryzowan¹ w kierunku przewodzenia, wykazuj¹cy

w³aœciwoœci kompensacji termicznej

Kierunek przep³ywu pr¹du

Spolaryzowane w kierunku

przewodzenia z³¹cze p-n

Spolaryzowane w kierunku

zaporowym z³¹cze Zenera

Zarys

obudowy

urz¹dzenia

27

diod pó³przewodnikowych spolaryzowanych

w kierunku przewodzenia, mo¿na uzyskaæ

urz¹dzenia charakteryzuj¹ce siê bardzo

ma³¹ wartoœci¹ wspó³czynnika temperaturo-

wego. Z rys. 2 wynika, ¿e je¿eli bezwzglêd-

ne wartoœci zmian napiêcia na diodzie spo-

laryzowanej w kierunku przewodzenia i dio-

dzie Zenera o dodatnim wspó³czynniku tem-

peraturowym s¹ takie same przy zmianie

temperatury od 25 do 100

o

C, wówczas na-

piêcie na zaciskach przedstawionego zesta-

wu bêdzie takie samo, zarówno dla tem-

peratury 25, jak i 100

o

C, poniewa¿ jego

spadek na diodzie pó³przewodnikowej spo-

laryzowanej w kierunku przewodzenia zosta-

nie ca³kowicie skompensowany wzrostem

napiêcia na zaciskach diody Zenera. Je¿e-

li dodatkowo, szybkoœæ zmian napiêcia na

diodzie spolaryzowanej w kierunku prze-

wodzenia jest taka sama, jak szybkoϾ

zmian napiêcia na diodzie Zenera, wów-

czas napiêcie na zaciskach zestawu pozo-

stanie sta³e w ca³ym zakresie temeperatu-

ry od 25 do 100

o

C. Niestety, w praktyce

okazuje siê, ¿e termiczne zale¿noœci na-

piêæ na diodzie pó³przewodnikowej spolary-

zowanej w kierunku przewodzenia i diodzie

Zenera spolaryzowanej w kierunku zaporo-

wym, wykazuj¹ znaczn¹ nieliniowoœæ.

W zwi¹zku z powy¿szym dok³adne dopaso-

wanie charakterystyk termicznych obu urz¹-

dzeñ nie jest mo¿liwe i zawsze Ÿród³o napiê-

cia referencyjnego bêdzie wykazywa³o choæ-

by minimaln¹ zale¿noœæ napiêcia wyjœciowe-

go od temperatury.

Na rys. 3 zamieszczono schemat zestawu,

stanowi¹cego szeregowe po³¹czenie diody

Zenera z dwiema diodami pó³przewodniko-

wymi spolaryzowanymi w kierunku przewo-

dzenia. Zwykle diody referencyjne s¹ urz¹-

dzeniami dostarczaj¹cymi stabilnych napiêæ

o niewielkich wartoœciach, w których stosowa-

ne s¹ diody Zenera o napiêciach przebicia la-

winowego od 6 do 8 V. W takim wypadku,

w celu kompensacji termicznej napiêcia wyj-

œciowego wystarczy u¿ycie jednej b¹dŸ

dwóch diod pó³przewodnikowych spolary-

zowanych w kierunku przewodzenia.

n

Miros³aw Gajer

Opracowano na podstawie:

TVS/Zener _ Device Data, materia³y firmy Motorola

DEL150/D, REV 1, 1997

+

_

Diody pó³przewodnikowe

ze z³¹czem PN

Dioda Zenera

Rys. 3. Przyk³ad zestawu stanowi¹cego po³¹czenie

diody Zenera z dwiema diodami

pó³przewodnikowymi spolaryzowanymi

w kierunku przewodzenia

r

TELEKOMU

NIKCJA

PROCESORY SYGNA£OWE

DLATELEKOMUNIKACJI

(2)

Przegl¹d architektury

uk³adu `C64x

Na jednostkê centraln¹ procesorów serii

`C6000 sk³adaj¹ siê nastêpuj¹ce elementy:

q

dwa pliki rejestrów ogólnego przeznacze-

nia (A i B)

q

osiem jednostek funkcjonalnych (L1, L2,

S 1, S2, M 1, M2, D1 i D2)

q

dwie magistrale s³u¿¹ce do odczytu

danych z pamiêci (LD1 i LD2)

q

dwie magistrale s³u¿¹ce do zapisu

danych do pamiêci (STl i ST2)

q

dwie magistrale adresowe i danych (DA1

i DA2)

q

dwie magistrale s³u¿¹ce do odczytu plików

rejestrowych, nale¿¹cych do s¹siedniego to-

ru przetwarzania danych (data cross paths)

(1X i 2X).

Architektura jednostki centralnej procesora

`C64x zosta³a przedstawiona na rys. 2. W to-

rach przetwarzania danych procesora `C6000

istniej¹ dwa pliki rejestrów ogólnego prze-

znaczenia (A i B). W przypadku plików reje-

strów procesorów `C62x/`C67x ka¿dy z plików

zawiera po 16 rejestrów 32-bitowych. Rejestry

ogólnego przeznaczenia mog¹ zostaæ wy-

korzystane do przechowywania danych,

wskaŸników do danych lub flag s³u¿¹cych

do sterowania przebiegiem wykonywaniem

programu. W przypadku procesora `C64x zo-

sta³a podwojona liczba rejestrów ogólnego

przeznaczenia. Rejestry A0, Al, A2, B0, B 1

i B2 mog¹ zostaæ wykorzystane jako rejestry

flagowe. Ponadto rejestry A4-A7 i rejestry

B4-B7 mog¹ zostaæ wykorzystane do adreso-

wania cyklicznego.

W przypadku procesorów `C62x/C67x

w rejestrach mog¹ byæ przechowywane da-

ne sta³oprzecinkowe o rozmiarach od 16 bi-

tów do 40 bitów oraz 64-bitowe dane zmien-

noprzecinkowe. Dane o rozmiarach wiêk-

szych ni¿ 32 bity s¹ przechowywane w pa-

rach rejestrów, przy czym 32 najmniej znacz¹-

ce bity (LSB) s¹ przechowywane w rejestrach

o numerach parzystych, natomiast pozosta-

³e 8 b¹dŸ 32 najbardziej znacz¹ce bity (MSB)

s¹ przechowywane w rejestrach o nume-

rach nieparzystych.

Z kolei w rejestrach procesora `C64x mog¹

byæ przechowywane wszystkie wy¿ej wymie-

nione typy danych i dodatkowo 8-bitowe da-

ne upakowane oraz 64-bitowe dane sta³o-

przecinkowe. Dane upakowane obejmuj¹

cztery wartoœci 8-bitowe b¹dŸ dwie wartoœci

16-bitowe zapisane w pojedynczym rejestrze

32-bitowym lub cztery wartoœci 16-bitowe

umieszczone w 64-bitowej parze rejestrów.

Osiem jednostek funkcjonalnych procesorów

`C6000 mo¿e zostaæ podzielonych na dwie

grupy, po cztery jednostki w ka¿dym z torów.

Jednostki funkcjonalne w pierwszym torze

przetwarzania danych s¹ prawie identyczne

z jednostkami toru drugiego.

Kod obiektowy dla procesora `C64x jest kom-

patybilny z kodem procesora `C62x. Procesor

`C64x poza mo¿liwoœci¹ wykonywania wszy-

stkich instrukcji procesora `C62x ma wiele

8- i 16-bitowych rozszerzeñ zbioru instrukcji.

Dla przyk³adu instrukcja MPYU4 wykonuje

cztery mno¿enia 8-bitowe w jednym cyklu

zegarowym w jednostce M. Z kolei instrukcja

ADD4 wykonuje cztery dodawania liczb 8-bi-

towych jako jedna instrukcjê w jednostce L.

Ka¿da z jednostek funkcjonalnych dokonuje

bezpoœrednich zapisów i odczytów z reje-

strów zawartych w pliku rejestrowym. Jed-

nostki funkcjonalne L1, S1, D1 i M1 dokonu-

j¹ zapisów i odczytów pliku rejestrowego A.

Z kolei jednostki L2, S2, D2 i M2 operuj¹ na

pliku rejestrowym B.

Wiêkszoœæ magistral jednostki centralnej

umo¿liwia przesy³anie operandów 32-bito-

wych, a dodatkowo niektóre z nich umo¿liwia-

j¹ transmisjê danych 40- i 64-bitowych. Ka¿-

da z jednostek funkcjonalnych ma swój 32-bi-

towy port umo¿liwiaj¹cy zapis danej do pliku

rejestrowego. Ka¿da z jednostek funkcjonal-

nych ma dwa 32-bitowe porty umo¿liwiaj¹ce

odczyt operandów Ÿród³owych scr1 i scr2.

Cztery jednostki L1, L2, S1 i S2 maj¹ dodat-

kowe 8-bitowe porty umo¿liwiaj¹ce zapis i od-

czyt danych 40-bitowych. Poniewa¿ ka¿da

z jednostek funkcjonalnych ma swój 32-bito-

wy port s³u¿¹cy do zapisu wyników do pliku

rejestrowego, wszystkie osiem jednostek mo-

¿e pracowaæ równolegle, dostarczaj¹c w jed-

nym cyklu zegarowym oœmiu ró¿nych wyni-

ków. Poniewa¿ uk³ad mno¿¹cy mo¿e dostar-

czaæ 64-bitowe wyniki wykonanych operacji,

zosta³ wyposa¿ony w 32-bitowy port zapisu

pliku rejestrowego.

Pliki rejestrowe s¹ tak¿e po³¹czone z jedno-

stkami funkcjonalnymi le¿¹cymi w s¹siednim

torze przetwarzania danych. Celowi temu

s³u¿¹ magistrale 1X i 2X. Pierwsza umo¿liwia

jednostkom funkcjonalnym z toru A odczyt

32-bitowego argumentu z pliku rejestrowego

toru B. Podobnie magistrala 2X umo¿liwia

jednostce funkcjonalnej z toru B odczyt reje-

stru w torze A.

W przypadku procesora `C64x wszystkie

osiem jednostek funkcjonalnych ma dostêp do

rejestrów w s¹siednim torze przetwarzania da-

nych. Wejœcia scr2 jednostek M l, M2, S l, S2,

D I i D2 mog¹ byæ dodatkowo wybierane po-

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 3/2002