- •Исходные данные 8
- •При комбинации на входе: 1111 11
- •При комбинации на входе: 0111 12
- •Расчёт структурной схемы:
- •Исходные данные:
- •1.2. Минимизация функций:
- •Общая функциональная схема:
- •Выбор серии микросхем для устройства.
- •Принципиальная схема на основе выбранных элементов
- •Расчёт параметров цифрового устройства:
- •Электрический расчёт цимс.
- •Исходные данные:
- •Расчёт токов и напряжений в схеме:
- •Расчёт потребляемых мощностей:
- •Результаты расчёта:
- •Разработка топологии имс.
- •3.1. Выбор активных элементов.
- •Выбор типа подложки и её нанесение:
- •3.3.1.Выбор метода заданной конфигурации плёночных элементов:
- •3.3.2. Выбор метода нанесения тонких плёнок.
- •3.3.3. Выбор подложки
- •Составление топологического чертежа:
-
Общая функциональная схема:
-
Выбор серии микросхем для устройства.
Выбор микросхем для устройства, достаточно ограничить логикой ТТЛ, ТТЛШ и КМДП широкого применения. По заданию ограничение по мощности равное 5 мВт. Значит можно сразу исключить микросхемы логики ТТЛ и ТТЛШ, так как у этих ЦИМС потребляемая мощность минимум 10-20 мВт на один логический элемент. Значит, остаются микросхемы КМДП логики.
При выборе конкретны микросхем на устройство необходимо использовать минимальное количество микросхем. Поэтому с учётом конкретных уже микросхем схема может немного изменится.
Необходимо:
-
Два логических элемента «3И»;
-
10 логических элементов «ИЛИ-НЕ»;
-
1 логический элемент «исключающее ИЛИ»;
-
2 логических элемента «2И»
-
1 логический элемент «2И-НЕ»
Три логических элемента «3И»:
КР1564ЛИ3
Шесть логических элементов «НЕ»:
КР1564ЛН2
Четыре логических элемента «2И»:
КР1554ЛИ1
Четыре логических элемента «исключающее ИЛИ»:
КР1554ЛП5
Из выбранных микросхем составим обую функциональную схему устройства с учётом микросхем.
-
Принципиальная схема на основе выбранных элементов
-
Расчёт параметров цифрового устройства:
Расчёт максимального времени задержки сигнала:
Максимальная задержка сигнала будет при прохождении сигналом пути с наибольшим количеством логических элементов.
Суммарная мощность равна:
Наша ИМС выдерживает выходной ток до 20мА, так как:
в данном случае этот выбор микросхем является оптимальным для более точного приближения к заданным параметрам:
-
выбор другого типа логики, например ТТЛ или ТТЛШ увеличил бы в несколько порядков потребляемую мощность, в нашем случае это не приемлемо, так как потребляемая мощность должна быть менее 5мВт. Поэтому весь выбор проходит на КМДП логике, у которой маленькая потребляемая мощность.
-
В данном случае базисным напряжением является 5В так как выбор другого напряжения привёл бы к выбору других микросхем, например десяти вольтовых у которых очень большое время задержки, а в нашем случае оно должно быть менее 200нс, поэтому выбор микросхем проходит на микросхемах имеющих напряжение питания 5В. А как известно, что использовать микросхемы с разным напряжением питания нельзя, то есть должен быть единый источник питания, например 5В, как в нашем случае.
-
В ходе подбора были выбраны две дорогие микросхемы КМДП логики, это КР1554ЛИ1 и КР1554ЛП5, так как только они обеспечивают выходной ток более 20мА, это значит, что ИМС должна выдерживать выходной ток порядка 20-24мА. Поэтому данный выбор я считаю самым оптимальным к более точному приближению к заданным параметрам.
-
Электрический расчёт цимс.
-
Исходные данные:
Принципиальная схема:
Наборы: x1 x2 x3 x4
0 0 0 0
1 1 1 1
0 1 1 1
2.2. Анализы работы логического элемента:
Анализ принципиальной схемы логического элемента сводится к определению таблиц истинности устройства. Составление таблицы истинности производится исходя из особенностей работы транзисторов при подаче соответствующих уровней на входе устройства, а также проведении анализа протекающих токов в схеме, при заданных входных сигналах.
Входные сигналы |
VD1 |
VD2 |
VD3 |
VD4 |
VD5 |
VD6 |
VD7 |
VD8 |
VT1 |
VT2 |
Y |
0000 |
Открыт |
Открыт |
Закрыт |
Закрыт |
Закрыт |
Открыт |
Открыт |
Закрыт |
Отсеч. |
Отсеч. |
Логич 1 |
1111 |
Закрыт |
Закрыт |
Открыт |
Открыт |
Открыт |
Закрыт |
Закрыт |
Открыт |
Насыщ. |
Насыщ. |
Логич 0 |
0111 |
Открыт |
Закрыт |
Закрыт |
Закрыт |
Открыт |
Закрыт |
Закрыт |
Открыт |
Отсеч. |
Насыщ. |
Логич 0 |
Обозначение режимов работы транзисторов и диодов:
-
Отсеч.- (режим отсечки)
-
Насыщ.- (режим насыщения)
-
Открыт- (диод открыт)
-
Закрыт- (диод закрыт)
По результатам анализа определим основные направления токов через элементы в схеме, составим таблицу истинности базового элемента.
Таблица истинности:
x1 |
x2 |
x3 |
x4 |
y |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
Данное устройство выполняет функцию И-ИЛИ-НЕ:,
Данная функция может быть реализована в виде логического элемента: