UKLADY LOGICZNE - moga miec n wejsc i przynajmniej jedno wyjscie, moze realizowac podstawowe badz tez bardziej zlozone funkcje algebry Boole'a. Niezaleznie od konstrukcji wewnetrznej zaleznosc wejsc i wyjsc można opisac za pomoca tabeli prawdy. Podstawowymi elementami realizujacymi funkcje logiczne: sumy (alternatywy), iloczynu (koniunkcji) i negacji, sa to odpowiednio bramki OR, AND, NOT za pomoca kombinacji tych bramek mozemy zbudowac uklad realizujacy kazda funkcje logiczna. Bramki sa wykonane w technologii polprzewodnikowej. 0 logiczne - napiecia <0,8V(LOW). 1 logiczne- napiecia >2,4V(HIGH). ZALETY TECHNIKI CYFROWEJ : 1) dokladnosc przetwarzania moze byc dowlonie duza i zalezy tylko od dokladnosci infomacji wejsciowej, 2) znacznie wieksza odpornosc na zaklucienia i ogolna niezawodnosc urzadzen, 3) informacja moze byc latwo zapamietywana i magazynowana przez dowolnie dlugi czas, 4) mozliwosc dokladnego cyfrowego przetwarzania informacji pomiedzy systemami, miedy uzytkownikami, miedzy uzytkownikiem a systemem. PODSTAWOWE PARAMETRY : Obciazalnosc- max prad, jaki moze wplywac/wyplywac z wyjscia ukladu przy jego prawidlowej pracy. Sredni czas propagacji- srednia artmetyczna czasow opoznienia przedniego i tylniego zbocza impulsu wyjsciowego do stosunkow odpowiednich zboczy impulsu wejsciowego. Czestotl max: najwieksza dopuszczalna czestotliwosc zmian sygn wej przy ktorych uklad pracuje poprawnie. Margines zaklucen: wartosc sygn zakluceniowego ktora dodana do sygn wej nie powoduje jeszzcze zmian wartosci logicznej sygn. Moc strat: roznica miedzy moca dostarczana a odbierana (wydzielana w postaci ciepla). UKLADY LOGICZNE DZIELIMY NA: Kombinacyjne skladaja sie z elementarnych ukl logicznych(bramek). Sekwencyjne stan logiczny nie zalezy tylko od doprowadzonych sygn w danej chwili do wejsc ukl lecz także od sekwecji (kolejnosci) doprowadzonych syg w chwilach poprzednich.(zawieraja elementy logiczne z pamiecia). Przerzutnik: ukl sekwencyjny, jego funkcja polega na pamietaniu 1 butu informacji. Posiada dwa stany wewnetrzne 0,1. posiada wyjscia Q i zanegowane Q. KLASYFIKACJA ZE WZGLEDU NA SKALE: Miara skali integracji jest ilosc elementow (tranzystorow) w jednej strukturze. SSI- bramki logiczne, przerzutniki(do 100elementow w 1 strukturze), MSI-ukl komutacyjne, rejestry, liczniki, bloki artmetyczne, pamieci oraz programowane struktury logiczne(do 100elementow w 1 strukturze), LSI- pamieci, programowane struktury logiczne(do 10000elementow...), VLSI-procesory,pamieci(do 100000elem....), ULSI-procesory, pamieci(powyzej 100000elem...). TECHNIKI REALIZACJI ELEM LOGICZNYCH: DRL-czasem uzywana w ukl sterowania, trudno dopasowac rezystancjie, w wiekszosci zarzucona. DTL-stosowana w ukl sterowania mocy, stosunkowo duza obciazalnosc, odpornosc na zaklucenia. RTL-bardzo wolne ze wzgledu na duze nasycenie tranzystorow(do 4MHz), niska odpornosci na zaklucenia, duzy pobor mocy, trudna do scalania. RCTL-rownolegle podlacznie do rezystorow wejsciowych nieco przyspiesza przebiegi, trudna do scalania. TTL-ukl z tranzystorami wieloemiterowymi, ukl zapoczatkowaly zwiekszanie integracji. ECL-wykorzystanie ukl roznicowych, ukl szybkie do ok 300MHz, mala odpornosc na zaklucenia zewnetrzne, duzy pobor mocy. MOS-mala zajmowana powierzchnia,prosty proces technologiczny, duza impedancjia wej, mozliwosc integracji, dwa zrodla zasilania(dren i bramka). CMOS- mniejsze straty, duza rezystancja wej, sterowanie nap, duza odpornosc na zaklucenia, Bardzo Maly Pobor Pradu.! Stosuje sie glownie tranzystory z kanalem wzbogacanym typu n oraz p by zatkac tranzystor MOS przy zerowym nap bramka-zrodlo. Aby utrzymac tempo rozwoju, technologia krzemowa („uruchamia”) swoje rezerwy: technologia SOI oraz krzemogerman (SiGe).
PRZETWORNIKI A/C : Ukl elektroniczny o 1 wej na które jest podany sygn analogowy oraz o n wyj na ktorych znajduje sie przetworzona informacja cyfrowa o syg wej. Nap odniesienia jest rowne max sygn gdy (n→∞). PRZETWORNIK C/A: ukl elektroniczny o n wej do ktorych jest doprowadzone n-bitowe slowo cyfrowe(inf przetwarzana) oraz o 1 wyj na ktorym jest otrzymywana przetworzona inf analogowa. Slowo cyfrowe (z reguly)- liczba naturalna w kodzie dwojkowym. Inf analogowa -sygnal w postaci pradu lub nap./ Nosniekiem inf moze byc dowolna wielkosc elektryczna której wartosc zmienia sie pod wplywem badanego zjawiska fizycznego. INTERFEJS We/Wy- - wszelkie srodki interackcjiprzyzadu zarowno z uzytkownikiem (np. Pola odczytowe, ekrany, pokretla, przyciski)jak i innym elementem sprzetowym (np. Magistrale komunikacyjne). KONWERSJA SYGN- Przetwarzanie analogowo/cyfrowe →analogowe przetwarzanie sygn →probkowanie→kwantowanie→cyfrowe przetwarzanie sygn→wynik pomiaru. Przetwarzanie A/C proces skadajacy sie z dwoch etapow: dyskretyzacji w dziedzinie czasu, czyli probkowanie i dyskretyzacji w dziedzinie amplitudy czyli kwantowanie. PROBKOWANIE; matematycznie można przyjac jak mnozenie sygn ciaglego x(t)przez funkcje probkujaca s(t) w postaci impulsow Diraca. Probkowanie polega na rejestracji wartosci sygnalu z odstepem czasu okreslonym jako okres probkowania. KWANTOWANIE: polega na przyporzadkowaniu ciaglym przdzialom wartosci sygn analogowego pewnych wartosci dyskretnych w postaci cyfrowej. Nastepuje przy tym utrata inf poniewaz nieskonczonej liczbie wartosci sygn w kazdym przedziale jest przypisana tylko jedna wartosc cyfrowa. ZALETY CYFROWEGO PRZETWARZANIA SYG: UNIWERSALNOSC: ten sam ukl cyfrowy moze realizowac rozne zadania w zaleznosci od programu (algorytmu). STABILNOSC: ukl cyf sa mniej wrazliwe na zmiany temp i procesy starzeniowe, POWTARZALNOSC: odp ukl cyfr na dana kombinacje stanow wej zawsze powinna byc taka sama. REALIZOWALNOSC: w technice analogowej trudno jest zrealizowac pewne funkcje. PODSTAWOWE BLOKI PRZETWORNIKOW: 1)Zrodla nap odniesienia- zrodla zawierajace diody zenera, lub tranzystory o temp kompensacji nap baza-emiter. 2)klucze analogowe 3)wzm operacyjne- stosowane jako stopnie separujace, wzmacniajace, czlony dodajace i odejmujace,integratory,konwertery prad-nap. 4)Komparatory-decyduja o sybkosci i dokladnosci przetwarzania 5) ukl cyfrowe-bramki,przerzutniki,liczniki, rejestry pamieci. 6)ukl probkujaco-pamietajace glownie w przetwornikach A/C.
PARAMETRY PRZETWORNIKOW C/A: 1)Rozdzielczosc[V]-najmniejsza zmiana nap wyj. 2)Blad bezwzgledny[V]- najwieksza roznica miedzy nap wej zmierzonym a idealnym.3)Blad wzgledny[V]- blad odniesienia do calej skali przetwornika, czyli do nap odniesienia Uodn często odnosi sie do rozdzielczosci 4) Stalosc charakterystyki przetwornika przy zmianach temp i zasialania. 5) Czas ustalania sie odpowiedzi-bedacy opoznieniem uzyskania syg anal na wyj wzgledem zmiany na wej cyfr. 6)Przepiecia-bedace wyskokami wartosci nap wyj w czasie ustalania sie odpowiedzi,wynikajace z opoznien bitow. Wyeliminowac je można stosujac na wyj ukl probkujaco-pamietajacy.
BLEDY: Blad rozniczkowy-okresla najwieksze odchylenie poszczegolnych zmian nap od wielkosci ∆U(zmiana nachylenia krzywej). Blad calkowy-najwieksze wzgledne ochylenie wartosci UWY od charakterystyki idealnej. Nastepujace bledy powstaja we wzm operacyjnych: Blad skalowania- wynikajacy z bledu (wartosci nap odniesienia). Blad przesuniecia- wynikajacy ze znierownowazenia wzmacniacza(przesuniecie zera). BUDOWA PRZETWORNIKOW C/A: o przetwarzaniu pradowym najprostrzy zbudowany ze wzm operacyjnego, o przetwarzaniu nap wystepuje koniecznosc roznicy znacznej rezystorow. PARAMETRY PRZETWORNIKOW A/C: 1)Blad kwantyzacji-max odchylenie charakterystyki wyj od charakterystyki wej na osi nap wynosi: + - 1/2∆U na osi bitow wynosi 1/2LSB. 2)Zakres dynamiki-stosunek max nap analogowego do ∆U. 3)stosunek wartosci skutecznej syg do wartosci skutecznej szumu kwantylizacji okresla wspolczynnik SNR. 4)rozdzielczosc-dlugosc slowa kodowego 5)krok kwantowania blad roznicowy, blad calkowy, bladprzesuniecia, blad skalowania. METODY KONWERSJI A/C: 1)calkujace przetworniki A/C.-syg anal zamieniany jest na impuls o czasie trwania Tproporcionalny do nap analogowego. Impuls ten otwiera na czas T wejscie licznika cyfrowego zliczajacego impulsy zegara. Stan licznika jest proporcionalny do wejsciowego nap analogowego. 2)Przetworniki A/C ze sprzezeniem zwrotnym-stosuje sie uklad sledzacy stan licznika i porownujacy go z analogowym sygn wej.w tym celu stosuej sie przetwornik C/A. Jesli na wyjsciu komparatora jest stan wysoki (UA >UC/A )to kontroler przelacza licznik w ukl licznia do gory, w przeciwnym wypadku liczy w dol. Zliczanie trwa do chwili zmiany statusu na wyj komparatora co oznacza zrownanie sie nap UA i UC/A 3)Przetworniki A/C z sukcesywna aproksymacja-uklad kontrolera za pomoca rejestru sukcesywnego ustawia kolejne bity rejestru w zaleznosci od informacji uzyskanej z komparatora przez prztwornik C/A. 4)Rownolegle przetworniki A/C-zbudowane z komparatorow które porownuja nap. WLASCIWOSCI PRZETWARZANIA ROWNOLEGLEGO: 1) mala rozdzielczosc (8-12bitow). 2)Krotki czas przetwarzania. 3)Rozbudowa ukladu- ze wzrostem rozdzielczosci (np. 1024 komparatory dla prztwornika 10bitowego) 4) relatywnie duzy pobor mocy 5)problem z rownoczesnościa zadzialania komparatorow-nawet niewielkie opoznienie w czasie moze wprowadzic kilku % blad dynamiczny.