Лабораторная работа: Изучение характеристик ключевых схем на дополняющих МОП-транзисторах (КМОП)

задержки сигнала X и позволяет получить необходимую длительность выходных импульсов.

В качестве времязадающей цепи в формирователях импульсов используется также RC-цепь дифференцирующего типа. Пример такой схемы приведен на рис.7.

5. ПРОЯВЛЕНИЕ ЭФФЕКТА ГОНОК В ЦИФРОВЫХ СХЕМАХ

Приведенная на рис.5 схема может рассматриваться как простейший пример, показывающий возникновение гонок (состязаний) в цифровых устройствах. Гонки возникают из-за неравенства задержек физических сигналов X и , поступающих на входы ЛЭ А2, вследствие чего перекрываются во времени их единичные значения. Выходной физический сигнал Y изменяется дважды: когда возникает перекрытие и когда оно заканчивается – формируется импульс. В идеальной схеме, когда задержка сигналов в ЛЭ отсутствует (), на выходе ЛЭ А2 – не изменяющийся высокий уровень напряжения, так как .

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);