T4 pytania

1. Skale integracji (stopnie scalenia) układów scalonych - przykłady układów

odpowiadających tym skalom (stopniom scalenia).

Ze względu na stopień scalenia występuje, w zasadzie historyczny, podział na układy:

• małej skali integracji (SSI - small scale of integration) 10 el. W układzie scalonym

• średniej skali integracji (MSI - medium scale of integration) 100

• dużej skali integracji (LSI - large scale of integration) 1000

• wielkiej skali integracji (VLSI - very large scale of integration) 10 000 - 100 000

• ultrawielkiej skali integracji (ULSI - ultra large scale of integration) 1 000 000

2. Typowe i graniczne wartości napięć zasilania, napięć wejściowych i wyjściowych oraz

czasów propagacji dla bramek TTL i CMOS serii 4000, 74C00, 74AC00, 74ACT00.

Technologia	CMOS	TTL
Napięcie zasilania [V]	3-18	5
Moc statyczna [mW]	2,5nW	10
Czas propagacji [ns]	90	10

3. Definicje i typowe wartości napięć i prądów w standardowej bramce TTL: UIH, IIH, UIL, IIL, UOH, IOH, UOL, IOL.

Podać podstawowe parametry układów scalonych CMOS serii 4000 (np. 4007UBP): VDD, tp, UIL, UIH, PD i porównać je z odpowiednimi parametrami bramki standardowej TTL.

Układy TTL zbudowane są z tranzystorów bipolarnych i zasila się je napięciem stałym 5 V. Sygnał TTL jest niski (logiczne "0"), gdy potencjał ma wartość od 0 V do 0,8 V w odniesieniu do masy, wysoki (logiczna "1") przy wartości potencjału między 2 V a 5 V.

4. Współczynniki obciążalności wejścia (ang. „fan-in”) i obciążalności wyjścia (ang. „fanout”) i ile one wynoszą dla bramki TTL i bramki CMOS serii 4000?.

obciążalności wyjścia (ang. „fanout”) dla TTL - N=10 - oznacza to że do wyjścia bramki może być przyłączonych 10 wejść innych bramek.

Obciążalność wejściowa - pewnie analogicznie

Charakterystyki przejściowe UO=f(UI) i poboru prądu ze źródła zasilania ICC=f(UI) dla bramek TTL i IDD=f(UI) dla bramek CMOS, marginesy odporności na zakłócenia i sens wprowadzenia takich marginesów.

Marignesy zakłóceń - określają dopuszczalne wartości amplitudy sygnału zakłucającego nie powodujące jeszcze nieprawidłowej pracy układu

Minimalne gwarantowane wartości marginesów M_Lmin = M_Hmin = 0,4 V

W praktyce wartości tych marginesów mogą być większe M_Lmin = 1,2V M_Hmin = 2,1 V

ML - marignes zakłóceń dla stanu nieskiego MH - dla wysokiego

5. Co oznaczają określenia „bramka z wyjściem aktywnym” (ang. „totem-pole output”),

„bramka z otwartym kolektorem” (ang. „OC-output, Open-Collector output”) bramka

z wyjściem trójstanowym (ang. Tri-state output)? Narysować schematy i podać zalety

takich wyjść.

Bramki z otwartym kolektorem OC - open colector są to bramki, w których w obwodzie wyjściowym nie ma rezystora obciążającego tranzystor wyjściowy. Obciążenie R_L jest dołączane na zewnątrz bramki i zapewnia wysoki poziom napięcia wyjściowego, gdy tranzystor T₃ jest odcięty. Stosowane są do realizacji połączeń szynowych, tzn. połączeń wielu wyjść układów cyfrowych sterujących wspólnie wejściami innych układów. Wadą tych układów jest duża rezystancja wyjściowa, zwiększająca czas propagacji przy obciążeniu pojemnościowym. Wartość rezystora obciążenia dobierana jest tak by zapewnić wartość napięcia w stanie wysokim 2.4V oraz 0.4V dla stanu niskiego.

Bramka z wyjściem trójstanowym - Są to układy przeznaczone do realizacji połączeń szynowych (magistrali danych) lecz o znacznie lepszych parametrach czasowych niż układy z OC. Charakteryzują się występowaniem trzeciego stanu, tzn stanu dużej rezystancji wyjściowej. Dodatkowe wejście OE output enable umożliwia przełączanie układu do stanu dużej rezystancji wyjściowej.

bramka z wyjściem aktywnym” (ang. „totem-pole output”),

6. Co oznaczają symbole: H, L, S, LS, F,AS, ALS występujące w oznaczeniu bramki TTL, np. UCY74S00N, i czym tak oznaczone bramki różnią się od bramki standardowej?

• L (Low power) - wersja o małym poborze mocy (10 razy mniejszy niż TTL), ale wolniejsza od standardowej (10 MHz); nigdy nie zyskała popularności, gdyż została niemal natychmiast zastąpiona układami CMOS serii 4000.

• H (High speed) - wersja szybsza od standardowej (58 MHz), ale o większym poborze mocy niż standardowa. Większą szybkość uzyskano przez zastosowanie 2x mniejszych rezystorów, co spowodowało szybsze przełączanie tranzystorów.

• S (Schottky) - odmiana szybka (125 MHz), której tranzystory zawierają dodatkową diodę Schottky'ego włączoną równolegle do złącza kolektor-baza i zabezpieczającą tranzystor przed nasyceniem co powoduje dużo szybsze przechodzenie tranzystora ze stanu przewodzenia do zatkania.

• AS (Advanced Schottky) - ulepszona seria S, charakteryzuje się jeszcze większą szybkością działania.

• LS (Low power Schottky) - wersja S o znacznie niższym poborze prądu (40 MHz), zbliżonym do standardowej bramki; główna seria układów TTL, stosowana w większości zastosowań.

• ALS (Advanced Low power Schottky) - unowocześniona seria LS, z mniejszym poborem mocy.

• F (Fast) - nowoczesna, najszybsza seria TTL (125 MHz).

Co oznaczają symbole AC, ACT, HC, HCT, C - występujące w oznaczeniach układów scalonych, np. 74ACT00.

CMOS

• C - CMOS 4-15V operation similar to 4000 series

• HC - High speed CMOS, similar performance to LS, 12nS

• HCT - High speed, compatible logic levels to bipolar parts

• AC - Advanced CMOS, performance generally between S and F

• AHC - Advanced High-Speed CMOS, three times as fast as HC

• ALVC - Low voltage - 1.65 to 3.3V, tpd 2nS^[7]

• AUC - Low voltage - 0.8 to 2.7V, tpd<1.9nS@1.8V^[7]

• FC - Fast CMOS, performance similar to F

• LCX - CMOS with 3V supply and 5V tolerant inputs

• LVC - Low voltage - 1.65 to 3.3V and 5V tolerant inputs, tpd<5.5nS@3.3V, tpd<9nS@2.5V^[7]

• LVQ - Low voltage - 3.3V

• LVX - Low voltage - 3.3V with 5V tolerant inputs

• VHC - Very High Speed CMOS - 'S' performance in CMOS technology and power

• G - Super high speeds at more than 1 GHz (Produced by Potato Semiconductor)

Czym będą różniły się bramki oznaczone: 7400, 74C00, 74AC00, 74ACT00?

TTL ma większy pobór prądu niż układy wykonane w technologii CMOS, ale układy tego typu są szybsze.

Pierwsza litera oznaczenia określa sposób wykonania według następujących reguł:
U - układ półprzewodnikowy, monolityczny, bipolarny,
H - układ hybrydowy,
M - układ półprzewodnikowy monolityczny unipolarny.

Druga litera oznaczenia określa rodzaj ogólnej funkcji układu scalonego:
C - układy cyfrowe,
L - układy analogowe,
R - inne układy scalone.

Trzecia litera określa przeznaczenie układu scalonego:
A - do zastosowań specjalnych,
Y - do zastosowań profesjonalnych,
T - do zastosowań profesjonalnych o podwyższonej niezawodności,
Q - do zastosowań specjalnych o podwyższonej niezawodności,
X - prototypowe, doświadczalne lub na zamówienia.

brak litery do zastosowań w sprzęcie powszechnego użytku.

Pierwsza cyfra określa zakres dopuszczalnej temperatury otoczenia podczas pracy w °C:
4 - od -55 do +85
5 - od -35 do +i25
6 - od -40 do +85
7 - od 0 do +70
8 - od -25 do +85

Druga, trzecia, czwarta lub piąta cyfra stanowią liczbę porządkową określającą dany typ układu.

Po drugiej cyfrze w oznaczeniach monolitycznych cyfrowych układów scalonych mogą być wprowadzone litery określające serię układu:

H - seria szybka,
S - seria bardzo szybka,
brak litery - seria standardowa

7. Zbudować 2- wejściową bramkę(narysować schemat): a) NAND-CMOS, b) NORCMOS, napisać jej tabelkę prawdy i wyjaśnić działanie przy pomocy charakterystyk przejściowych użytych tranzystorów

---