digitális rendszerek ii.bevezető • bool algebra – egy állítás vagy igaz vagy hamis – egy...
TRANSCRIPT
![Page 2: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/2.jpg)
Bevezető
• Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS
– Egy esemény bekövetkezik vagy nem
– Logikai változóként kezelhetjük, amely két értéket vehet fel
– A logikai változók bináris számrendszerben jól szimbolizálhatók
IGAZ HAMIS
TRUE FALSE
HIGH (H) LOW (L)
magas alacsony
1 0
• Logikai szintek – A 0 és 1 logikai értékeket hordozó fizikai jellemző a feszültség.
– A logikai szintekhez rendelt feszültség értékeket logikai szinteknek nevezzük.
2
![Page 3: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/3.jpg)
Bevezető
• Logikai szintek – Pozitív logika:
• Az IGAZ „1” szintet pozitívabb feszültséghez rendeljük, mint a HAMIS „0” szintet.
– Negatív logika:
• Az IGAZ „1” szintet negatívabb feszültség reprezentálja, mint a HAMIS „0” szintet.
– Előnyös ha egy tápfeszültségről tápláljuk az eszközöket
• Kompatibilitás
• Hagyományosan pozitív tápfeszültség
– A/D, D/A lehet segédfeszültség
• 5V 3.3V 2.5V 1.2V stb…
3
![Page 4: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/4.jpg)
Bevezető
• Logikai szintek – A logikai értékekhez feszültségtartományokat rendelünk
• Névleges értéke
• Felső határa
• Alsó határa
– A bemeneten és kimeneten különböző tartományok (áramkörcsalád függő)
• Bemenet
– Logikai „0” szint-tartomány, amit az áramkör magas bemeneti szintnek érzékel
– Logikai „1” szint-tartomány, amit az áramkör alacsony bemeneti szintnek érzékel
• Kimenet
– Logikai „0” szint-tartomány, amit az áramkör magas szintként ad a kimenetén
– Logikai „1” szint-tartomány, amit az áramkör alacsony szintként ad a kimenetén
4
Elfogadható feszültségszintek a
kapu bemenetén
Elfogadható feszültségszintek a
kapu kimenetén
Bizonytalan Bizonytalan
Magas Magas
Alacsony Alacsony
![Page 5: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/5.jpg)
Bevezető
• Logikai szintek
– Az elfogadható bemeneti szint tartomány szélesebb mint a kimeneti
• A kimeneti jelre szuperponálódó zaj miatt a következő kapu bemeneti jele bizonytalan szintű lehet
• A bemeneti és a kimeneti tartományok közötti különbség adja a kapu áramkör zajtartalékát
• Ez megadja azt a maximális zajfeszültséget, ami „gyenge” kimenő jel esetén sem okoz logikai szint tévesztést
• Minél nagyobb a zajtartalék, annál jobb a kapu zajtűrése
5
Elfogadható feszültségszintek a
kapu bemenetén
Elfogadható feszültségszintek a
kapu kimenetén
Alacsony szint zajtartaléka
Magas Magas
Alacsony Alacsony
Magas szint zajtartaléka
![Page 6: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/6.jpg)
Bevezető
• Logikai szintek – Transzfer karakterisztika: Transzfer karakterisztikának nevezzük a vizsgált eszköz
kimeneti feszültségének függését a bemeneti feszültségtől. Ha több bemenete is van az eszköznek, minden bemenetére meg lehet adni ezt a jellemzőt a többi feszültség valamilyen szinten történő rögzítése mellett.
6
![Page 7: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/7.jpg)
Bevezető
• Dinamikus viselkedés – Egy kapuáramkör viselkedését igazságtáblázatával adjuk meg
– Ebből könnyen tudunk idődiagramokat szerkeszteni
– A valódi kapuáramkörök félvezetőkből épülnek
• Nem ideális kapcsoló eszközök
• Csak véges sebességgel képesek a kimenetükön követni a bemeneti jelváltozásokat
7
Y
A
B
Y
Y Y
![Page 8: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/8.jpg)
Bevezető
• Dinamikus viselkedés – Felfutási idő: amíg egy áramkör kimenetén jelváltáskor a kimeneti feszültség a felfutó jel
amplitúdójának 10%-áról 90%-ra növekszik.
– Lefutási idő: amíg egy áramkör kimenetén jelváltáskor a kimeneti feszültség a lefutó jel amplitúdójának 90%-áról 10%-ára csökken.
– Általában különböző fel- és lefutási idők
8
![Page 9: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/9.jpg)
Bevezető
• Dinamikus viselkedés – Késleltetési idő: a bemenő jel megváltozása és a kimenő jel megváltozása között eltelt
idő. A késleltetési időt a között a két pont között mérjük, ahol a bemenő jel és a kimenő jel eléri a referencia feszültséget
– Gyakran a névleges „1” szint 50%-a
9
tpHL: A H→L átmenethez tartozó késleltetés
tpLH: Az L → H átmenethez tartozó késleltetés
![Page 10: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/10.jpg)
Bevezető
• Dinamikus viselkedés – Általában a H(1)→L(0) és L(0) → H(1) átmenetekhez más késleltetési idő tartozik
• tpHL, tpLH
– Mivel a felfutó és lefutó élek számát nem tudjuk előre megmondani, átlagos késleltetési idővel (Propagation Delay Time) szoktunk számolni:
tpd = (tpHL + tpLH)/2
– Szinkron sorrendi hálózatoknál
• Előkészítési idő (Setup time): az az idő, amennyivel a mintavételezést jelentő órajel-változás előtt már stabilnak kell lennie a flip-flop bemeneti jelének.
• Tartási idő (Hold time): az az idő, amennyivel a mintavételezést jelentő órajel-változás után még stabilnak kell lennie a flip-flop bemeneti jelének.
• Jelterjedési idő (Propagation delay): ennyi idő szükséges ahhoz, hogy az órajel-váltás után
megjelenjen a kimeneten a flip-flop új értéke.
10
![Page 11: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/11.jpg)
Bevezető
• Dinamikus viselkedés – Általában a H(1)→L(0) és L(0) → H(1) átmenetekhez más késleltetési idő tartozik
• tpHL, tpLH
– Mivel a felfutó és lefutó élek számát nem tudjuk előre megmondani, átlagos késleltetési idővel (Propagation Delay Time) szoktunk számolni:
tpd = (tpHL + tpLH)/2
– Szinkron sorrendi hálózatoknál
• Előkészítési idő (Setup time): az az idő, amennyivel a mintavételezést jelentő órajel-változás előtt már stabilnak kell lennie a flip-flop bemeneti jelének.
• Tartási idő (Hold time): az az idő, amennyivel a mintavételezést jelentő órajel-változás után még stabilnak kell lennie a flip-flop bemeneti jelének.
• Jelterjedési idő (Propagation delay): ennyi idő szükséges ahhoz, hogy az órajel-váltás után
megjelenjen a kimeneten a flip-flop új értéke.
11
![Page 12: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/12.jpg)
Bevezető
• 3 alapművelet – „VAGY” művelet, logikai összeadás
– „ÉS” művelet, logikai szorzás
– „NEM” (tagadás) művelet, negálás, inverz
– Az alapműveletekkel bármely más logikai függvény megvalósítható
12
![Page 13: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/13.jpg)
Bevezető
• 3 alapművelet – Logikai VAGY kapcsolat
13
Algebrai alak:
Y = A+B = A || B
Szimbolikus jelképek:
Igazságtáblázat: Idődiagram:
Y
Y
Y
A
B
A
B
Utasításlista:
(VHDL)
Y <= A or B
Elektromechanikus kapcsolás:
![Page 14: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/14.jpg)
Bevezető
• 3 alapművelet – Logikai ÉS kapcsolat
14
Algebrai alak:
Y = A·B = AB = A && B
Szimbolikus jelképek:
Igazságtáblázat: Idődiagram:
Y
Y
Y
A
B
A
B
Utasításlista:
(VHDL)
Y <= A and B
Elektromechanikus kapcsolás:
![Page 15: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/15.jpg)
Bevezető
• 3 alapművelet – Tagadás, Negálás, NEM, Inverzió
15
Algebrai alak:
Y = A = !A
Szimbolikus jelképek:
Igazságtáblázat: Idődiagram:
Y
Y
A
A
–
Y Utasításlista:
(VHDL)
Y <= not A
Elektromechanikus kapcsolás:
![Page 16: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/16.jpg)
Logikai műveletek megvalósítása
• Elektromechanikus eszközök – Kapcsoló
– Relé, jelfogó
• ÉS kapcsolat
16
![Page 17: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/17.jpg)
Logikai műveletek megvalósítása
• Elektromechanikus eszközök – Kapcsoló
– Relé, jelfogó
• ÉS kapcsolat
17
• VAGY kapcsolat
![Page 18: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/18.jpg)
Logikai műveletek megvalósítása
• Elektromechanikus eszközök – Kapcsoló
– Relé, jelfogó
– Hátrány:
• Nagy méret
• Nagy fogyasztás
• Lassú működés
• Megbízhatatlan (pl. kontaktus elöregedése)
– Bonyolult logikai műveletek megvalósítása körülményes
• Ideális kapcsoló eszköz • Zárva R = 0
• Nyitva R = ∞
• Teljesítmény felvétele nincs
• Végtelenül gyors ki/be kapcsolás
• Kényelmesen vezérelhető -> elektronikusan
18
![Page 19: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/19.jpg)
Logikai műveletek megvalósítása
• Elektronikus kapcsolók – Dióda
– Tranzisztor (Bipoláris, térvezérlésű)
• A dióda mint kapcsoló – Kikapcsolt állapot
• Záró irányú előfeszítés
– Elhanyagolható maradékáram
– Jó közelítéssel feszültség független
– R → ∞
– Bekapcsolt állapot
• Nyitóirányú előfeszítés
– Nyitóirányú maradékfeszültség (Si: 0,6V; Ge: 0,2V; GaAs: 1,2V; Schottky: 0,4V)
» Teljesítményfelvétel ≠ 0
– Nyitott dióda árama gyakorlatilag független a feszültségtől
19
Ud
![Page 20: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/20.jpg)
Logikai műveletek megvalósítása
• A dióda mint kapcsoló – Diódás logika (DDL)
ÉS kapu VAGY kapu
• A sebességet a p-n átmenet kapacitása határozza meg
– Diódás logika hátránya: • A kimeneti szint eltolódik, téves logikai szintek keletkezhetnek
• Nincs inverter
20
Y
Y
0V
0V
0,7V 0 0 0
5V
![Page 21: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/21.jpg)
Logikai műveletek megvalósítása
• A dióda mint kapcsoló – Diódás logika (DDL)
ÉS kapu VAGY kapu
• A sebességet a p-n átmenet kapacitása határozza meg
– Diódás logika hátránya: • A kimeneti szint eltolódik, téves logikai szintek keletkezhetnek
• Nincs inverter
21
Y
Y
0V
5V
0,7V 0 0 0
5V
0 1 0
1 0 0
![Page 22: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/22.jpg)
Logikai műveletek megvalósítása
• A dióda mint kapcsoló – Diódás logika (DDL)
ÉS kapu VAGY kapu
• A sebességet a p-n átmenet kapacitása határozza meg
• Kevés alkatrész
– Diódás logika hátránya: • A kimeneti szint eltolódik
• Több kaput egymás után kapcsolva téves logikai szintek keletkezhetnek
• Nincs inverter
22
Y
Y
5V
5V
5V 0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1
5V
MC példa
![Page 23: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/23.jpg)
Logikai műveletek megvalósítása
• A tranzisztor mint kapcsoló – Normál aktív
• BE nyitott
• BC zárt
• Erősítőként használjuk
– Lezárt • BE zárt
• BC zárt
• Mint egy nyitott kapcsoló
– Inverz • BE zárt
• BC nyitott
• Nem használjuk
– Telítéses • BE nyitott
• BC nyitott
• Mint egy zárt kapcsoló
23
UCE(sat)
|
![Page 24: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/24.jpg)
Logikai műveletek megvalósítása
• A tranzisztor mint kapcsoló – Ellenállás-Tranzisztor logika (RTL)
– Inverter
• Zárt állapot
– Ube = 0V
– BE lezárva: IB ≈ 0 IC ≈ 0
– CE → ∞ W
– Uki ≈ 5V
24
0V
~5V
UCE(sat)
|
![Page 25: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/25.jpg)
Logikai műveletek megvalósítása
• A tranzisztor mint kapcsoló – Ellenállás-Tranzisztor logika (RTL)
– Inverter
• Zárt állapot
– Ube = 0V
– BE lezárva: IB ≈ 0 IC ≈ 0
– CE → ∞ W
– Uki ≈ 5V
• Nyitott állapot
– BE nyitóirányban: Ube = 5V
– BE és CE kinyit, a tranzisztor vezet
– UCE ≈ n∙100mV → nem ideális kapcsoló
– CE kis ellenállást képvisel: Uki ≈ 0V
25
5V
~n∙100mV
![Page 26: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/26.jpg)
Logikai műveletek megvalósítása
• A tranzisztor mint kapcsoló – Ellenállás-Tranzisztor logika (RTL)
– Inverter
• Vezérlés
– Logikai „0” ≈ 0V
– Logikai „1” ≈ 5V
– Közvetlenül összekapcsolható kapuk
• Nyitott állapotban a tranzisztor telítésben van
– UB > UC ezért BC is nyitott, nagy IB áram lehet
– A bázisban nagy a töltéshordozó koncentráció
– Kikapcsoláskor a töltéseknek távozni kell
» A telítés miatt a kikapcsolási idő megnő
» A dinamikus viselkedés szempontjából a telítés hátrányos
» A statikus viselkedés szempontjából viszont hasznos
• Jól megkülönböztethető logikai szint tartományok
26
UCE(sat)
|
![Page 27: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/27.jpg)
Logikai műveletek megvalósítása
• A tranzisztor mint kapcsoló – Ellenállás-Tranzisztor logika (RTL)
• Hátrányok – A telítés miatt a bázisban nagy a töltéshordozó koncentráció
» A nyitáshoz a bázisban töltéshordozóknak kell felhalmozódnia
» A lezáráshoz a bázisból a töltéshordozókat ki kell üríteni
– A tranzisztor kapacitásának feltöltése-kisütése (ki/be kapcsolás) lassú
» Korlátozott működési frekvencia
» Szabadon hagyott bemenet érzékeny a zavarokra
27
MC példa
![Page 28: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/28.jpg)
Logikai műveletek megvalósítása
• A tranzisztor mint kapcsoló
– Dioda-Tranzisztor logika (DTL)
• A nyitóirányban előfeszített dióda kis ellenállást képvisel
– Gyorsabb ki/be kapcsolás
• A dióda sokkal kevesebb helyet foglal el az IC-ben mint az ellenállás
– A bemeneti bázisellenállás helyett diódákat használunk
– Ube < 1,2V esetén a tranzisztor zárva van
28
0V 0,6V
~5V
![Page 29: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/29.jpg)
Logikai műveletek megvalósítása
• A tranzisztor mint kapcsoló
– Dioda-Tranzisztor logika (DTL)
• A nyitóirányban előfeszített dióda kis ellenállást képvisel
– Gyorsabb ki/be kapcsolás
• A dióda sokkal kevesebb helyet foglal el az IC-ben mint az ellenállás
– A bemeneti bázisellenállás helyett diódákat használunk
– Ube < 1,2V esetén a tranzisztor zárva van: Uki ≈ 5V
– Ha a bemeneti dióda lezár a tranzisztor nyitott: Uki ≈ 0V
– A szabadon hagyott bemenet logikai „1” bemenő jelnek érzékeli
» Érzéketlenebb a zajokra
– Könnyen lehet NAND kaput készíteni belőle
29
5V 1,2V
~0V
![Page 30: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/30.jpg)
Logikai műveletek megvalósítása
• A tranzisztor mint kapcsoló
– Dioda-Tranzisztor logika (DTL)
• NAND és NOR kapu
• A DDL és DTL logika kombinációja
• A DTL inverter kiküszöböli a DDL-nél tapasztalt szinteltolódást
30
![Page 31: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/31.jpg)
Digitális elektronika
• A tranzisztor mint kapcsoló
– Tranzisztor-Tranzisztor logika (TTL)
• Inverter
– A két összekapcsolt anódú dióda helyettesíthető-e egy NPN tranzisztorral?
– Kisebb helyet foglal az IC-ben
31
=?
MC példa
![Page 32: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/32.jpg)
Digitális elektronika
• A tranzisztor mint kapcsoló
– Tranzisztor-Tranzisztor logika (TTL)
• NAND kapu
– A párhuzamosan kapcsolt diódák egy speciális tranzisztorral helyettesíthetők
– Több emitteres tranzisztor
32
![Page 33: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/33.jpg)
Digitális elektronika
• A tranzisztor mint kapcsoló
– Tranzisztor-Tranzisztor logika (TTL)
• NOR kapu
– A DTL kapcsolásból kiindulva, a diódák helyettesítésével
33
![Page 34: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/34.jpg)
Digitális elektronika
• A tranzisztor mint kapcsoló
– Nyitott állapotban a tranzisztor telítésben van
• UB > UC ezért BC is nyitott, nagy IB áram
• A bázisban nagy a töltéshordozó koncentráció
• Kikapcsoláskor a töltéseknek távozni kell – A telítés miatt a kikapcsolási idő megnő
– A dinamikus viselkedés szempontjából a telítés hátrányos
– A statikus viselkedés szempontjából viszont hasznos
– Meg kellene akadályozni a telítést
• BC közé kapcsolt kis nyitófeszültségű dióda
– Schottky dióda nyitó fesz.: ≈ 0,4V
– A BC nyitófeszültséget korlátozza
– A nyitott BE fesz.: UBE ≈ 0,7
– A nyitott BC fesz.: UBE ≈ 0,4
– A CE fesz.: UCE = UBE - UBC
• Gyors kikapcsolású tranzisztor
– Speciális jelölés
34
~0,7V
~0,4V
5V
~0,3V
MC példa
![Page 35: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/35.jpg)
Digitális elektronika
• A tranzisztor mint kapcsoló
– TTL logikai áramkörcsalád
• SN74xx sorozat
– Védődióda, negatív bemeneti feszültség ellen véd
– Kimeneti fokozat: A kimenetre kapcsolódó terhelés áramát biztosítja vagy nyeli el
• SN74LSxx, SN74Sxx
• 7404
• 7400
35
![Page 36: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/36.jpg)
Digitális elektronika
• TTL áramkörök
– Statikus viselkedés
• Jól szétválasztható logikai szintek, viszonylag jó zajtűrő képesség
36
![Page 37: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/37.jpg)
Digitális elektronika
• TTL áramkörök
– Statikus viselkedés
• Jól szétválasztható logikai szintek, viszonylag jó zajtűrő képesség
– Dinamikus viselkedés
• Schottky tranzisztoros kapcsolással elég gyors kapcsolási idő (tpd ≈ 2..10ns)
– Teljesítményviszonyok
• Statikus
– Bekapcsolt állapotban a kollektor ellenálláson teljesítmény disszipálódik
– Kikapcsolt állapotban kisebb a veszteség
» A következő fokozat meghajtására áramot kell biztosítani (áramvezérelt eszköz)
• Dinamikus
– A tranzisztor ki/bekapcsolásához töltéseket kell mozgatni
– A működési frekvencia növekedésével egységnyi idő alatt egyre több ki/bekapcsolás
» Növekszik a dinamikus teljesítményfelvétel
• Bonyolult logikai áramkörökben sok kapu
– TTL-ből felépítve nagy teljesítményfelvétel
– Hűteni kell
– Vagy egyéb megoldás (más kapcsolóelem)
37
![Page 38: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/38.jpg)
Digitális elektronika
• Térvezérlésű tranzisztor (Field Effect Transistor)
– Feszültségvezérelt
• Elhanyagolható a vezérléshez szükséges teljesítmény
– JFET (Junction FET)
• A diódához hasonlóan kiürített réteg alakul ki a p-n átmenet között
• A záróirányú feszültséggel változtatható a kiürített réteg vastagsága
– Ezzel változik a csatorna ellenállása
– Záróirányban csak az elhanyagolható visszáram folyik
– Gyakorlatilag nincs szükség vezérlőteljesítményre
38
p
p
n n
kiürített réteg
kiürített réteg
Animáció
![Page 39: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/39.jpg)
Digitális elektronika
• Térvezérlésű tranzisztor (Field Effect Transistor)
– JFET (Junction FET)
• Feszültségvezérelt kapcsolóként használható
• De negatív vezérlőfeszültség kell
• Ez ellentmond az egy tápfeszültség kritériumnak
• Főleg analóg kapcsolóként és precíziós ME bemeneti fokozataként használják
– 100..1000 MW bemeneti ell.áll.
39
p
p
n n
kiürített réteg
kiürített réteg
![Page 40: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/40.jpg)
Digitális elektronika
• Térvezérlésű tranzisztor (Field Effect Transistor)
– MOSFET (Metall Oxid Semiconductor FET)
• Gyengén szennyezett p-típusú alaplemez (substrate)
• Erősen szennyezett n-típusú Source és Drain
• Gate fémréteg
– Régebben Al : könnyebben felvihető; Si: Rossz vezető de könnyen gyártható
– Ma Cu: Az átkapcsoláskor folyó áram miatt jó vezető kell
• A Gate alatt vékony (1..100nm vastag) szigetelő oxidréteg
– Nem vezet
40
Animáció
n+ n+
p-
Fémezés
Oxid
réteg
![Page 41: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/41.jpg)
Digitális elektronika
• Térvezérlésű tranzisztor (Field Effect Transistor)
– MOSFET (Metall Oxid Semiconductor FET)
• Előfeszítés nélkül UGS = 0V esetén lezárt p-n átmenetek
• Elektromos tér hatására (UGS > 0) töltéshordozók halmozódnak fel a Gate alatt
– Vezető csatorna alakul ki → n-csatornás növekményes MOSFET
– Elég nagy UGS > Uk esetén kis (~10W nagyságrendű) csatorna ellenállás
– Előny
» Nincs p-n átmenet a csatornában
» Nincs a bipoláris tranzisztornál tapasztalható nagyságrendű maradékfeszültség
41
Uk
| UGS
IDS
n+ n+
p-
Fémezés
UGS
e-
![Page 42: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/42.jpg)
Digitális elektronika
• Térvezérlésű tranzisztor (Field Effect Transistor)
– MOSFET (Metall Oxid Semiconductor FET)
• Előfeszítés nélkül UGS = 0V esetén lezárt p-n átmenetek
• Elektromos tér hatására (UGS > 0) töltéshordozók halmozódnak fel a Gate alatt
– Vezető csatorna alakul ki → n-csatornás növekményes MOSFET
– Elég nagy UGS > Uk esetén kis (~10W nagyságrendű) csatorna ellenállás
– Előny
» Nincs p-n átmenet a csatornában
» Nincs a bipoláris tranzisztornál tapasztalható nagyságrendű maradékfeszültség
• Kapcsolóként
– Nyitott kapcsoló
» UGS ≈ 0V
» Nem vezet
– Zárt kapcsoló
» UGS > Uk
» Kis ellenállással vezet
– Uk = n∙100mV küszöbfeszültség tápfesz. függő
– A vezérlő fesz. a táppal azonos polaritású
» Közvetlenül egymás után kapcsolható fokozatok
42
Uk
| UGS
IDS
![Page 43: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/43.jpg)
Digitális elektronika
• Térvezérlésű tranzisztor (Field Effect Transistor)
– MOSFET (Metall Oxid Semiconductor FET)
• Hátrány
– Az elszigetelt Gate miatt kapacitásként viselkedik
– A vékony szigetelő rétegen nagyobb vezérlő fesz. (50-60V) átüthet
» A tranzisztor tönkremegy
» Ennél alacsonyabb fesz. szintekkel dolgozunk
» De statikus feltöltődéssel akár 1000V is érheti a bemenetet
» ESD: Electrostatic Sensitive Device
– Védőelektronika kell a bemeneteken
– Statikus feltöltődés elleni csomagolás
– Földelő csuklópánt
• A mai modern dig. elektronikai eszközök alapeleme
• Unipoláris
– Soure Drain felcserélhető
– Azonos méret, szennyezés
– Az IC lapkán nem is lehet megkülönböztetni
43
![Page 44: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/44.jpg)
Digitális elektronika
• Térvezérlésű tranzisztor (Field Effect Transistor)
– MOSFET (Metall Oxid Semiconductor FET)
• NMOS logika
– Az alap inverterben cseréljük le a bipoláris tranzisztort
– Az alaplemezt (substrate-ot) a földre kell kötni
– Nem kell soros bemeneti ellenállás
– A következő fokozat statikus meghajtásához nem kell áram
» Ha a tranzisztor le van zárva (nyitott kapcsoló) ID = 0
44
ID = 0
0V 5V
![Page 45: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/45.jpg)
Digitális elektronika
• Térvezérlésű tranzisztor (Field Effect Transistor)
– MOSFET (Metall Oxid Semiconductor FET)
• NMOS logika
– Az alap inverterben cseréljük le a bipoláris tranzisztort
– Az alaplemezt (substrate-ot) a földre kell kötni
– Nem kell soros bemeneti ellenállás
– A következő fokozat statikus meghajtásához nem kell áram
» Ha a tranzisztor le van zárva (nyitott kapcsoló) ID = 0
» Ha a tranzisztor nyitva van (zárt kapcsoló) ID ≠ 0
» Rd növelésével csökken az áram → de csökken a kapcsolási sebesség is
» A probléma ugyan az mint a bipoláris tranzisztoros megoldással
45
ID ≠ 0
5V 0V
![Page 46: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/46.jpg)
Digitális elektronika
• Térvezérlésű tranzisztor (Field Effect Transistor)
– MOSFET (Metall Oxid Semiconductor FET)
• PMOS logika
– Az alap inverterben cseréljük le a bipoláris tranzisztort
– Az alaplemezt (substrate-ot) a tápra kell kötni
– A bemenetre tápfeszültséget adva a pMOSFET zárva van
46
ID = 0
5V
0V
![Page 47: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/47.jpg)
Digitális elektronika
• Térvezérlésű tranzisztor (Field Effect Transistor)
– MOSFET (Metall Oxid Semiconductor FET)
• PMOS logika
– Az alap inverterben cseréljük le a bipoláris tranzisztort
– Az alaplemezt (substrate-ot) a tápra kell kötni
– A bemenetre tápfeszültséget adva a pMOSFET zárva van
– A bemenetet földre kötve a pMOSFET kinyit
– A problémák még mindig fennállnak
» Ha a tranzisztor nyitva van (zárt kapcsoló) ID ≠ 0
» Rd növelésével csökken az áram → de csökken a kapcsolási sebesség is
47
ID ≠ 0
0V
5V
![Page 48: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/48.jpg)
Digitális elektronika
• Térvezérlésű tranzisztor (Field Effect Transistor)
– CMOS logika
• Az előzőekhez képest teljesen új megközelítés kell
• Ellenütemű vezérlés (Complementary MOS)
– Nyitó és záró kapcsoló azonos vezérléssel
– Megfelel egy közös vezérlésű n- és egy p-csatornás növekményes MOSFET-nek
48
![Page 49: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/49.jpg)
Digitális elektronika
• Térvezérlésű tranzisztor (Field Effect Transistor)
– CMOS logika
• Az előzőekhez képest teljesen új megközelítés kell
• Ellenütemű vezérlés (Complementary MOS)
– Nyitó és záró kapcsoló azonos vezérléssel
– Megfelel egy közös vezérlésű n- és egy p-csatornás növekményes MOSFET-nek
49
0V 5V 0V 5V
![Page 50: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/50.jpg)
Digitális elektronika
• Térvezérlésű tranzisztor (Field Effect Transistor)
– CMOS logika
• Az előzőekhez képest teljesen új megközelítés kell
• Ellenütemű vezérlés (Complementary MOS)
– Nyitó és záró kapcsoló azonos vezérléssel
– Megfelel egy közös vezérlésű n- és egy p-csatornás növekményes MOSFET-nek
– Statikus áramfelvétel zérus
» A kimenet vagy a tápra vagy a földre van kapcsolva
» A kis értékű (~10W nagyságrendű) csatorna ellenálláson keresztül
– Probléma: n- és p-csatornás MOSFET-et egy lapkán kell megvalósítani
50
5V 0V 5V 0V
![Page 51: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/51.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Hagyományos CMOS gyártástechnológia
• P-típusú zseb
– N-típusú alaplemez (substrate)
– N-csatornás MOSFET-hez p-típusú „zsebet” alakítanak ki az alaplemezben
– P-csatornás MOSFET közvetlenül az alaplemezben
• N-típusú zseb
– P-típusú alaplemez (substrate)
– P-csatornás MOSFET-hez n-típusú „zsebet” alakítanak ki az alaplemezben
– N-csatornás MOSFET közvetlenül az alaplemezben
– Silicon-on-Insulator (SOI) CMOS technológia • Teljesen izolált nMOS és pMOS tranzisztorok egymás mellet
• Nincsenek zsebek
• Drágább, de jobb tulajdonságú tranzisztorok
– 3D tranzisztor (Intel)
51
![Page 52: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/52.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Hagyományos CMOS gyártástechnológia
52
![Page 53: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/53.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Kapuáramkörök
53
![Page 54: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/54.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Kapuáramkörök
54
![Page 55: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/55.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Kapuáramkörök
• NAND
55
0 0 1
0V
5V
0V
5V
Q1 Q2
Q3
Q4
![Page 56: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/56.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Kapuáramkörök
• NAND
56
0V
5V
5V
5V
0 0 1
0 1 1
Q1 Q2
Q3
Q4
![Page 57: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/57.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Kapuáramkörök
• NAND
57
0 0 1
0 1 1
1 0 1
5V
5V
0V
5V
Q1 Q2
Q3
Q4
![Page 58: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/58.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Kapuáramkörök
• NAND
58
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0
5V
5V
5V
0V
Q1 Q2
Q3
Q4
![Page 59: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/59.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Kapuáramkörök
• Logikai függvények
• Azon a V1..Vn bemeneti kombinációk esetén, melyek a kimeneten logikai 1 értéket adnak, Vdd és Vout össze vannak kapcsolva
– Ellenkező esetben Vdd és Vout között szakadás
• Azon a V1..Vn bemeneti kombinációk esetén,
melyek a kimeneten logikai 0 értéket adnak, GND és Vout össze vannak kapcsolva
– Ellenkező esetben GND és Vout között szakadás
59
pMOS felhúzó hálózat
nMOS lehúzó hálózat
Vdd
Vout
V1
V2
V3
Vn
V1
V2
V3
Vn
GND
![Page 60: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/60.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Kapuáramkörök
• Logikai függvények
60
Z = C∙(A+B)
Z = C+A∙B
Z = C+(A∙B)
Z = C∙(A+B)
![Page 61: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/61.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Statikus feltöltődésre való érzékenység • A szabadon hagyott (lebegő) CMOS bemenet bizonytalan kimenetet eredményez
– A TTL kapu a szabadon hagyott bemenetet logikai „1” vezérlésnek veszi
– A MOS tranzisztor tönkre is mehet
– Nem szabad lebegő bemenetet hagyni, nem használt kapuknál sem
– Felhúzó vagy lehúzó ellenállás a legegyszerűbb megoldás
• Pozitív és negatív túlfeszültség ellen is védeni kell
• Tipikus diódás védelem limitálja a bementi túlfeszültséget
– A normál működést nem zavarja
– D1 dióda Vdd + 0,6V-nál nagyobb bemenő jelnél kinyit
– D2 dióda 0 - 0,6V-nál kisebb bemenő jelnél kinyit
– Nagyobb, rövid ideig tartó áramlökéseket is elviselnek
61
![Page 62: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/62.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Statikus tulajdonságok
• Széles tápfeszültség tartomány ~ 30V-ig
• Zajtartalék (5V-os táp esetén) ~ 1,5V
– TTL-nél 0,3V és 0,7V
• Nagyobb terhelésnél a véges csatornaellenállás miatt a kimeneti jelszintek eltérnek az optimálistól
• Statikus teljesítményfelvétel közel zérus
– Lezárt PN-átmenetek, minimális visszáramok
62
![Page 63: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/63.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Statikus tulajdonságok
• Transzfer karakterisztika
– Az inverter bemeneti feszültségének függvényében ábrázolja a kimeneti jelét
– 1. régió: 0 < Ube < UN: nMOS lezárt, pMOS vezet
» Uki ≈ UDD ID ≈ 0
– 2. régió: UN < Ube < UP: mindkét tranzisztor vezet
» Uki = határozatlan ID ≠ 0 → teljesítményfelvétel
– 3. régió: UDD > Ube > UP: nMOS vezet, pMOS lezárt
» Uki ≈ 0 ID ≈ 0
63
5V 5V 5V
1,5 3,5 5
5
Uki [V]
Ube [V]
Ube [V]
ID [mA]
UDD UDD UDD
UN UP
UDD
„0” (~0V) „0” „1” „0” „1” (~5V) UN<Ube<UP
![Page 64: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/64.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Statikus tulajdonságok
64
![Page 65: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/65.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Statikus tulajdonságok
• Lassan változó jelek
– Viszonylag sokáig a 2. régióban üzemel a kapu: ID ≠ 0 → teljesítményfelvétel nő
– A bemeneti jelre szuperponálódó zaj a kimeneten többszörös átmenetet eredményezhet
– Az analóg komparátornál tapasztalt problémához hasonló, így a megoldás is hasonló lehet
65
küszöbszint
t
küszöbszint
t
![Page 66: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/66.jpg)
Digitális elektronika
• ME nemlineáris alkalmazása – invertáló komparátor
66
Uki MAX
Uki min
uki
Uref
ube
Uref
Uki min
Uki MAX
uki
t
ube
![Page 67: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/67.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Statikus tulajdonságok
• Lassan változó jelek
– Viszonylag sokáig a 2. régióban üzemel a kapu: ID ≠ 0 → teljesítményfelvétel nő
– A bemeneti jelre szuperponálódó zaj a kimeneten többszörös átmenetet eredményezhet
– Az analóg komparátornál tapasztalt problémához hasonló, így a megoldás is hasonló lehet
– Hiszterézises transzfer karakterisztikát kell kialakítani
» A kapuáramkör módosításával
» Két küszöbszint
» Schmitt trigger
67
Küszöbszint UH
Küszöbszint UL
t
UL UH
Uki
Ube
![Page 68: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/68.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Dinamikus tulajdonságok
• Az egymás után kapcsolódó CMOS kapuk
– Egymásra nézve kapacitív terhelést jelentenek
– Ki-be kapcsolásnál fel kell tölteni ill. ki kell sütni
» A töltések mozgatásához energiára van szükség
– Minél több a ki-bekapcsolás annál nagyobb
P = Ct∙Utáp2 ∙f
– A felvett teljesítmény arányos
» A tápfeszültség négyzetével
» A kapcsolási frekvenciával
» A tranzisztorok kapacitásával
– Teljesítmény csökkentés
» A kapcsolási frekvencia egyre nő
» A tápfeszültség csökkentésével
» A geometriai méretek csökkentésével
CD4000
SN74HC14
68
It
![Page 69: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/69.jpg)
Digitális elektronika
• Logikai áramkörcsaládok
– TTL
69
Név
Jelterjedési késési idő
Teljesítmény-felvétel
Teljesítmény-sebesség szorzat
TTL-N
10 ns
10 mW
100 pJ
TTL-H
6 ns
20 mW
120 pJ
TTL-L
33 ns
1 mW
33 pJ
TTL-S
3 ns
20 mW
60 pJ
TTL-LS
10 ns
2 mW
20 pJ
TTL-AS
1.5 ns
10 mW
15 pJ
TTL-ALS
5 ns
1 mW
5 pJ
![Page 70: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/70.jpg)
Digitális elektronika
• Logikai áramkörcsaládok
– CMOS
– BiCMOS
• LVT 0.5ns (+64/-32mA)
70
Név
Jelterjedési késési idő
Teljesítmény-felvétel
Max. kimeneti áram
CD 4000
25 ns…35 ns
< 10 nW
74C
50 ns
0.36 mA
74HC
10 ns
4 mA
74HCT
10 ns
4 mA
74AC
4 ns…5 ns
![Page 71: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/71.jpg)
Digitális elektronika
• Logikai áramkörcsaládok közötti átjárás
– Open collector (Open Drain)
• A hagyományos kimeneti fokozat helyett nyitott kollektoros tranzisztor
• A kimeneti tranzisztor (lehet FET is) nagyobb feszültséget és áramot is elvisel
– Közvetlenül terhelést lehet kapcsolni a kimenetre (relé, izzó stb…)
– A kimenet a meghajtó fokozattól eltérő tápfeszültségre is köthető
– Különböző tápfeszültségű logikai családok is összekapcsolhatók
71
![Page 72: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/72.jpg)
Digitális elektronika
• Logikai áramkörcsaládok közötti átjárás
– Open collector (Open Drain)
• A hagyományos kimeneti fokozat helyett nyitott kollektoros tranzisztor
• A kimeneti tranzisztor (lehet FET is) nagyobb feszültséget és áramot is elvisel
– Közvetlenül terhelést lehet kapcsolni a kimenetre (relé, izzó stb…)
– A kimenet a meghajtó fokozattól eltérő tápfeszültségre is köthető
– Különböző tápfeszültségű logikai családok is összekapcsolhatók
– Huzalozott ÉS kapcsolat valósítható meg: HADES(jnlp) Web
– Busz-vezetékek
72
A
B
C
D
E
F
Y = A+B+C+D+E+F
![Page 73: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/73.jpg)
Digitális elektronika
• Buszvezetékek
– Ugyan azt a vezetékrendszert használva több logikai egység is összekapcsolható
• Több-bites buszvezetékek
– Azonos funkciójú vagy összetartozó jeleket buszba szervezzük
73
![Page 74: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/74.jpg)
Digitális elektronika
• Buszvezetékek
– Azonos funkciójú vagy összetartozó jeleket buszba szervezzük
• Egyirányú vagy kétirányú jelek
• Ugyan azt a buszt többen is meghajthatják
– Probléma merülhet fel
» Pl. ha az egyik „0”-ába a másik „1”-be akarja állítani jelvezetéket
74
„1” „0” „1”
?
![Page 75: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/75.jpg)
Digitális elektronika
• Buszvezetékek
– Háromállapotú kimenet (Tri-state)
• Logikai (0)
• Logikai (1)
• Nagyimpedanciás (High-Z)
– Lebegő kimenet
– Engedélyező bemenet
75
Aktív magas „1”
Aktív alacsony „0”
![Page 76: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/76.jpg)
Digitális elektronika
• Buszvezetékek
– Háromállapotú kimenet
• Tri-state inverter
– Aktív alacsony engedélyező bemenet
76
EN
Y A
![Page 77: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/77.jpg)
Digitális elektronika
• Buszvezetékek
– Bus-hold
• Ha 3-állapotú kimenetek mindegyike nagyimpedanciás („Z”)
• Lebegő bemenet az inverteren
– A szabadon hagyott (lebegő) CMOS bemenet bizonytalan kimenetet eredményez
• Megoldás
– Megfelelő buszvezérlés
– Felhúzó ellenállás
» Ha nagy értékű kis statikus áramfelvétel, de lassabb működés
» Ha kis értékű, nagy statikus áramfelvétel
77
„Z” „Z” „Z”
„Z” „1”
![Page 78: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/78.jpg)
Digitális elektronika
• Buszvezetékek
– Bus-hold
• Ha 3-állapotú kimenetek mindegyike nagyimpedanciás („Z”)
• Lebegő bemenet az inverteren
– A szabadon hagyott (lebegő) CMOS bemenet bizonytalan kimenetet eredményez
• Megoldás
– Megfelelő buszvezérlés
– Felhúzó ellenállás
– Bus-hold áramkör: Az utolsó érvényes logikai szintet tartja
78
„Z” „Z” „Z”
„Z”
![Page 79: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/79.jpg)
Digitális elektronika
• Buszvezetékek
– Bus-hold
• Ha 3-állapotú kimenetek mindegyike nagyimpedanciás („Z”)
• Lebegő bemenet az inverteren
– A szabadon hagyott (lebegő) CMOS bemenet bizonytalan kimenetet eredményez
• Megoldás
– Megfelelő buszvezérlés
– Felhúzó ellenállás
– Bus-hold áramkör: Az utolsó érvényes logikai szintet tartja
79
„1” „Z” „Z”
„1” „1”
„Z”
![Page 80: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/80.jpg)
Digitális elektronika
• Buszvezetékek
– Egyirányú jelvezetékek
– Kétirányú busz
• Speciális kétirányú buszmeghajtó áramkörre van szükség
80
![Page 81: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/81.jpg)
Digitális elektronika
• Buszvezetékek
– Egyirányú jelvezetékek
– Kétirányú busz
• Speciális kétirányú buszmeghajtó áramkörre van szükség
– Normál buffer +
– Tri-state buffer
81
![Page 82: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/82.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– MOSFET mint kapcsoló
• A lezárt növekményes MOSFET közel ideális kikapcsolt kapcsolónak felel meg
– Nem alakul ki vezető csatorna
82
Ube Uki
0V
Bemenet Kimenet
Vezérlés
![Page 83: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/83.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– MOSFET mint kapcsoló
• A lezárt növekményes MOSFET közel ideális kikapcsolt kapcsolónak felel meg
– Nem alakul ki vezető csatorna
• A vezető tranzisztor csatorna-ellenállása viszont függ
– UGS-től
– USD-től
83
Ube Uki
5V
Bemenet Kimenet
Vezérlés
![Page 84: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/84.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– MOSFET mint kapcsoló
84
Ube
5V
1V
2V
1V 2V 3V 4V 5V 0V
Ube
Uki
1V 2V 3V 4V 5V 0V
Ube
2MW
1MW
Ron
Uki
Um
![Page 85: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/85.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– MOSFET mint kapcsoló
85
Ube
5V
1V
2V
1V 2V 3V 4V 5V 0V
Ube
Uki
Uki
0,4V 0,8V 1,2V 1,6V 0V
Ube
2kW
1kW
Ron
3kW
4kW
5kW
Um
![Page 86: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/86.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– MOSFET mint kapcsoló
• nMOS
– „Erős” 0
– „Gyenge” 1 a nem elhanyagolható Um feszültségesés miatt
• pMOS
– „Erős” 1
– „Gyenge” 0 a nem elhanyagolható Um feszültségesés miatt
• Egymás után kapcsolva a kapcsolókat
– A vezérlő feszültség torzul
86
5V-Um
5V
5V
5V
5V - 2Um
![Page 87: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/87.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Transzmissziós kapu (TG)
• Párhuzamosan kapcsolt nMOS és pMOS tranzisztor (CMOS)
• Az A-B pontok közötti ellenállás az N és P csatorna párhuzamos eredője
• A bemenet-kimenet felcserélhető: kétirányú kapcsoló
• Analóg jelek kapcsolására is alkalmas
– Ideálishoz közeli elektronikusan vezérelhető kapcsoló
87
0,4V 0,8V 1,2V 1,6V 0V
Ube
2kW
1kW
Ron = RP x RN
3kW
4kW
5kW
RN
RP 5V
A B
G
![Page 88: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/88.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Transzmissziós kapu (TG) • 3-állapotú kimenet
88
EN
Y A
VDD
![Page 89: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/89.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Sorrendi hálózatok
• A gyakorlatban véges állapotú szinkron hálózatok (FSM: Finite State Machine)
• Tároló elemek – Nem átlátszó tároló elemekre van szükség
– Master-Slave elrendezés, Él-vezérlés
89
Kombinációs hálózat
Tárolóegység
Bemenet Kimenet
Órajel
![Page 90: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/90.jpg)
Szinkron sorrendi hálózatok
• Tároló elemek – Szinkron RS tároló (Filp-flop) megvalósítása
• Kétfokozatú tároló (Master-Slave flip-flop)
• Az élvezérlésnél bonyolultabb megoldás
– Az órajel „1” értékénél a beíró kapuk engedélyezik a Master-t, ezalatt a Slave letiltva
– Az órajel „0” értékénél az átíró kapuk engedélyezik a Slave-et, ezalatt a Master letiltva
– A bemeneten lévő esetleges zavaró tranziensek nem jutnak át a letiltott Slave-en
– Bár aszinkron működésű, de nem átlátszó
90
Beíró kapuk Átíró kapuk Master Slave
C
![Page 91: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/91.jpg)
Szinkron sorrendi hálózatok
• Tároló elemek – Szinkron RS tároló (Filp-flop) megvalósítása
• Kétfokozatú tároló (Master-Slave flip-flop)
– A Master-be írás alatt lehet tranziens
– De az átírás előtt már lecseng
– Átírás alatt Master kimenete állandó
– 8*4 = 32 tranzisztor
91
Beíró kapuk nyitnak Átíró kapuk zárnak
Átíró kapuk nyitnak Beíró kapuk zárnak
Beírás Master-ba
Átírás Slave-be Master kimenete már nem változhat
„1”
„0”
![Page 92: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/92.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• D tároló (szintvezérelt)
• Összesen 8 db tranzisztor kell
92
CLK
CLK
D Q
CLK
CLK
D
Q
CLK
![Page 93: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/93.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• D tároló (Master-Slave)
– Két szintvezérelt tároló összekapcsolása
– Master: az órajel „0” szintje alatt változik a QM kimenet, Slave ezalatt letiltva
– Slave: az órajel „1” szintje alatt QM átíródik a Slave-be
93
![Page 94: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/94.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• D tároló (Master-Slave)
– Két szintvezérelt tároló összekapcsolása
– Master: az órajel „0” szintje alatt változik a QM kimenet, Slave ezalatt letiltva
– Slave: az órajel „1” szintje alatt QM átíródik a Slave-be
– 16 db tranzisztor kell (CD4027BC)
94
![Page 95: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/95.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• D tároló (Master-Slave)
– Az órajelek elcsúszása, átlapolódása problémát okoz, átlátszóvá válik a MS kapcsolás
– Lassú fel-le futású órajel is hasonló problémákat okozhat
95
CLK
CLK
Mind a négy TG vezet
CLK
CLK
![Page 96: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/96.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• D tároló (élvezérelt)
– C2MOS (Clocked CMOS)
– CLK = „0”
96
●
_
D
![Page 97: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/97.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• D tároló (élvezérelt)
– C2MOS (Clocked CMOS)
– CLK = „1”
97
●
_
D
![Page 98: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/98.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• D tároló (élvezérelt)
– C2MOS (Clocked CMOS)
– Érzéketlenebb az órajelek átlapolódására
– Csak 8 db tranzisztor kell
98
●
![Page 99: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/99.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• D tároló (élvezérelt)
– C2MOS (Clocked CMOS)
– Érzéketlenebb az órajelek átlapolódására
– Csak 8 db tranzisztor kell
99
![Page 100: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/100.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• Memória elemek
– Nagyobb mennyiségű adat tárolására
– Minél kevesebb tranzisztorral, annál kisebb lapkán annál több tároló elem
100
MEMÓRIÁK
ROM
ROM PROM UVEPROM EEPROM
RAM
Statikus RAM
Dinamikus RAM
Egyéb
• Írás a gyárban
• Törlés nem
lehetséges
• 1x felhasználó
által is írható
(beégethető)
• Törlés nem
lehetséges
• Felhasználó által
is írható
• Törlés 10”-es
UV-s
levilágítással
• Felhasználó által
is írható
• Elektromosan
törölhető
• Tápfesz nélkül
elveszti a
tartalmát
• Gyors
• Nem kell frissíteni
• Tápfeszültség
alatt is néha
frissíteni kell
• Lassú
Nem illékony Illékony
![Page 101: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/101.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• SRAM (Static Random-Access Memory)
– Egy bit tárolására bistabil cella
– Két stabil állapot
101
0 1
1 0
![Page 102: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/102.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• SRAM (Static Random-Access Memory)
– Egy bit tárolására bistabil cella
– Két stabil állapot
– 6 tranzisztor (6T SRAM cell)
102
WL (Word Line)
BL (Bit Line) BL _
Cella
Kiválasztó tranzisztorok
![Page 103: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/103.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• SRAM (Static Random-Access Memory)
103
![Page 104: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/104.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• SRAM (Static Random-Access Memory)
• Olvasás
– Az sor és oszlopválasztó vezetékekre VDD kerül, a kiválasztó tranzisztorok a BL bitvezetékekre kötik a cella kimeneteit
– Az olvasó erősítő a kimenetre kapcsolja a tárolt logikai értéket
104
WL
Olvasó erősítő (Komparátor)
D
Oszlopválasztó
Sorválasztó
![Page 105: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/105.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• SRAM (Static Random-Access Memory)
• Írás
– Az sor és oszlopválasztó vezetékekre VDD kerül, a kiválasztó tranzisztorok a bitvezetékekre (BL) kötik a cella kimeneteit
– Az író erősítő meghajtó áramkör a cellára kényszeríti a bemenetre kapcsolt logikai értéket (az író áramkör „erősebb” a cella tranzisztorainál)
• Az írás/olvasás végeztével a kiválasztó tranzisztorok lezárnak, a cella tartja a beírt tartalmat
105
WL
D
Író erősítő
Oszlopválasztó
Sorválasztó
![Page 106: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/106.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• SRAM (Static Random-Access Memory)
– 512 x 512 méretű vagy nagyobb cellatömbök
– 4 x 4 tömb
106
![Page 107: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/107.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• SRAM (Static Random-Access Memory)
107
![Page 108: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/108.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• DRAM (Dynamic Random-Access Memory)
– A legegyszerűbb tárolóelem a kondenzátor (kapacitás)
– Jól illeszthető a CMOS technológiához
108
WL
BL
![Page 109: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/109.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• DRAM cella írás
– WL aktiválva
– Ha BL-en „1” van a CS kapacitás feltöltődik
– Ha BL-en „0” van a CS kapacitás kisül
109
WL
„1”
„1”
Ic
„0”
BL
![Page 110: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/110.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• DRAM cella írás
– WL aktiválva
– Ha BL-en „1” van a CS kapacitás feltöltődik
– Ha BL-en „0” van a CS kapacitás kisül
• DRAM cella olvasás
– BL vezeték CBL kapacitását előtöltik VP fesz.-re (VDD/2)
– WL aktiválásával a CS kapacitás rákapcsolódik BL-re
– CS és CBL között töltésmegoszlás jön létre
– Ha CS fel volt töltve („1”-et tárolt) BL-en VP+DV lesz
– Ha CS ki volt sütve („0”-át tárolt) BL-en VP-DV lesz
– A kiolvasó körnek ezt a változást kell figyelnie
110
WL
gyenge „1”
BL
CBL
gyenge „1”
DV + VP -
gyenge „0”
gyenge „0”
![Page 111: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/111.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• DRAM cella írás
– WL aktiválva
– Ha BL-en „1” van a CS kapacitás feltöltődik
– Ha BL-en „0” van a CS kapacitás kisül
• DRAM cella olvasás
– BL vezeték CBL kapacitását előtöltik VP fesz.-re (VDD/2)
– WL aktiválásával a CS kapacitás rákapcsolódik BL-re
– CS és CBL között töltésmegoszlás jön létre
– Ha CS fel volt töltve („1”-et tárolt) BL-en VP+DV lesz
– Ha CS ki volt sütve („0”-át tárolt) BL-en VP-DV lesz
– A kiolvasó körnek ezt a változást kell figyelnie
• DRAM cella tartás
– Az olvasás a tárolt logikai értéket „tönkreteszi”
– Olvasás után vissza kell írni a kiolvasott adatot
– CS –ből a töltések a lezárt tranzisztoron keresztül a szivárgási áram miatt idővel eltűnnek
– Adott időközönként a DRAM cellákat frissíteni kell
111
WL
BL
![Page 112: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/112.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• DRAM
112
r o w d e c o d e r
row address
Column Selector & I/O Circuits
Column Address
data
RAM Cella tömb
WL (kiválasztó vezetékek)
BL (adat vezetékek)
A sor és oszlop címek együtt választják ki az olvasandó bitet
1-T DRAM cella
A négyzetes elrendezés miatt rövidebb vezetékek: Kis impedancia, gyorsabb feltöltés-kisütés Kisebb fogyasztás és nagyobb működési sebesség
![Page 113: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/113.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• EPROM (Erasable Programmable ROM)
– Tápellátás nélkül is megtartja a beírt tartalmat
– Az EPROM cella lebegő Gate elektródás MOSFET
– Írás (programozás)
» Megfelelő nagyságú (~10V) feszültséget kapcsolva a vezérlő elektródára (control gate) töltések juttathatók a lebegő elektródába (floating gate)
113
Alagút effektus: A nagy térerő hatására a Gate alá gyűlt elektronok a lebegő Gate-be jutnak
A töltések csapdába esnek (akár évtizedekig)
A vezérlő elektróda ezután már nincs hatással a csatornára
![Page 114: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/114.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• EPROM (Erasable Programmable ROM)
– Tápellátás nélkül is megtartja a beírt tartalmat
– Az EPROM cella lebegő Gate elektródás MOSFET
– Olvasás
» A tárolt logikai értéket az határozza meg, hogy vannak-e a vezérlő elektróda hatását blokkoló töltések a lebegő elektródában
114
Hiába kapcsolunk vezérlő jelet a Gate-re a lebegő elektródában felhalmozódó töltések negatív elektromos tere megakadályozza a csatorna kialakulását
![Page 115: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/115.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• EPROM (Erasable Programmable ROM)
– Tápellátás nélkül is megtartja a beírt tartalmat
– Az EPROM cella lebegő Gate elektródás MOSFET
– Törlés
» A lebegő elektródából el kell távolítani a csapdába esett elektronokat
» UV fénnyel energiát közlünk az elektronokkal → „kilökődnek” (UV-EPROM)
• Más nagy energiájú sugárzás is törli a cellát (Gamma-, röntgen sugárzás)
» Az IC-n ablakot kell nyitni a chip-hez
115
Előny:
• 1T 1bit
• Tápellátás nélkül is megtartja a beírt tartalmat
Hátrány:
• Külső programozó kell (Nem „In-Circuit”)
• A törlés problematikus
• Törlés/írás ciklusok miatt elhasználódik
![Page 116: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/116.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• EEPROM (Electronically Erasable Programmable ROM)
– Elektromosan törölhető
– Az UV-EPROM kis módosításával az „alagút effektus” visszafelé is működik
» Az elvékonyított szigetelő rétegen (~10nm) az elektronok eltávolíthatók a lebegő elektródából
– A magasabb programozó- és törlő-feszültséget saját maga előállítja
– Soros hozzáférés (I2C, SPI)
» Kis lábszám, kis fizikai méret, lassabb hozzáférés
– Párhuzamos hozzáférés
» Nagyobb tárolókapacitás, gyorsabb hozzáférés
116
![Page 117: Digitális rendszerek II.Bevezető • Bool algebra – Egy állítás vagy IGAZ vagy HAMIS – Egy esemény bekövetkezik vagy nem – Logikai változóként kezelhetjük, amely két](https://reader033.vdocuments.net/reader033/viewer/2022060800/6083bff486aa441d3959ef5f/html5/thumbnails/117.jpg)
Digitális elektronika
• CMOS áramkörök
– Tároló elemek
• FLASH EEPROM
– A normál EEPROM-hoz hasonló cellákból épül fel
– A törlés és a programozás azonban csak nagyobb blokkokban lehetséges
– Nagyobb tárolókapacitású memóriák kis chip mérettel
117