58931

Дослідження цифрової інтегральної мікросхеми

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Цифрові ІМС складають з логічних елементів І, АБО, НЕ, яких з’єднують відповідним чином для утворення пристроїв різного функціонального призначення. Електричні властивості ЦІМС визначають за статичними характеристиками передавання і параметрами логічних елементів (ЛЕ).

Украинкский

2014-11-30

368.5 KB

2 чел.

2. Лабораторна робота № 2

Дослідження цифрової інтегральної мікросхеми

Мета роботи:

  1.  Опанувати методику експериментального визначення параметрів цифрових інтегральних мікросхем (ЦІМС).

  1.  Зняти статичну характеристику передавання і знайти основні електричні параметри ЦІМС К155ЛАЗ.

  1.  Дослідити залежність електричних параметрів ЦІМС К155ЛАЗ від навантаження і напруги живлення.

І. Підготовка до лабораторної роботи

  1.  Повторити теоретичний матеріал з теми “Цифрові ІМС” , викладений в лекції і теоретичній частині цього посібника (розділ ІІ ).

Література

  •  Конспект лекцій.
  •  О.М. Лебедєв, О.І. Ладик. “Цифрова техніка”. Навчальний посібник. К., “Політехніка”, 2004.
  •  Лавриненко В.Ю. “Справочник по полупроводниковым приборам” К.,1984.

  1.  Ознайомитись з методикою дослідження ЦІМС (розділ ІІІ цього посібника).

  1.  Підготувати бланки звіту (титульний лист, схему дослідження, таблиці, виписати з довідника параметри ЦІМС К155ЛАЗ).

  1.  Підготуватися до відповідей з таких запитань:
  •  Дати визначення ІМС.
  •  Як класифікують ІМС?
  •  Які ІМС називають цифровими?
  •  Які функції виконують логічні елементи ІМС?
  •  Які параметри мають ЦІМС?
  •  Що називають характеристикою передавання логічного елемента?
  •  Які параметри знаходять за характеристикою передавання?
  •  Як знаходять середню потужність споживання ЦІМС?
  •  Як визначають середній час затримки розповсюдження?

ІІ. Короткі теоретичні відомості про ЦІМС

Цифрові ІМС складають з логічних елементів І, АБО, НЕ, яких з’єднують відповідним чином для утворення пристроїв різного функціонального призначення. Електричні властивості ЦІМС визначають за статичними характеристиками передавання і параметрами логічних елементів (ЛЕ).

Статичною характеристикою передавання логічного елемента є залежність вихідної напруги від вхідної

На рис. 2.1 показано схемне позначення ЛЕ і його статистичну характеристику. Логічний елемент 2І-НЕ (рис. 2.1, а) має два входи і один інверсний вихід з резистором навантаження .

Для знаття характеристики передавання (рис. 2.1, б) необхідно на один із входів ЛЕ подавати напругу  і вимірювати вихідну напругу  .

         б

                     а                                                                   б

Рис. 2.1. Логічний елемент 2І - НЕ:

а-схемне позначення; б-характеристика передавання


До параметрів ЛЕ  відносять:

  •  рівні напруг логічного нуля та логічної одиниці на вході та виході

                     Uвх0, Uвх1, Uвих1, Uвих0.  Часто Uвх0= Uвих0, а  Uвх1= Uвих1;

  •  значення логічного перепаду на виході

Um = Uвих1- Uвих0;

  •  порогові рівні Uпор1 і Uпор0, які знаходять в тих точках характеристики, де дотична до неї проходить під кутом 45 градусів до горизонталі;

  •  ширину активної області

D U= Uпор0- Uпор1;

  •  коефіцієнт об’єднання за входом Коб, тобто максимальну кількість входів

                                                          

Коб=2-8;

  •  коефіцієнт розгалуження за виходом Кроз, визначають максимальною  кількістю елементів того ж типу, що можна підключити паралельно до виходу без порушення нормального функціонування даного елемента. Цей параметр визначає навантажувальну спроможність ЛЕ і може бути в межах 3-100.

  •  напруги допустимої завади, Uд.з, при яких не відбувається помилкового спрацьовування ЛЕ (перехода з лог. 1 у лог. 0 або навпаки) . Цей параметр визначає завадостійкість ЛЕ;

  •  середню затримку розповсюдження tс.з.р , яку розраховують за формулою

             ,        

                                         

де  tз01-затримка розповсюдження перепаду напруги від лог. 0  до   лог. 1 , яку вимірюють на рівні 0,5 Um (рис. 2.2) ;

tз10-затримка розповсюдження перепаду напруги від лог. 1 до лог. 0 , яку вимірюють на рівні 0,5 Um.

Значення середньої затримки розповсюдження знаходять для різних типів ЛЕ в межах від долей до сотень наносекунд. Цим параметром визначають швидкодію ЛЕ;

Рис. 2.2   Графіки вхідної і вихідної напруг ЛЕ

  •  споживану потужність Рс. При великій кількості ЛЕ у схемі приблизно одна половина з них знаходиться в стані лог. 0, інша – у стані лог. 1. Тому доцільно знаходити середню потужність за формулою

,

де Рс0-потужність споживання ЛЕ в стані лог. 0; Рс1 – в стані лог. 1.

Розглянемо методику знаходження основних  параметрів напівпровідникової цифрової ІМС  К155ЛАЗ, яка вміщує чотири елементи 2І-НЕ (рис. 2.3). Виводи кожного ЛЕ з’єднані з зовнішніми виводами корпуса ІМС.

Рис. 2.3.  Схема  ІМС  К155ЛАЗ

Для зняття характеристики передавання ЛЕ застосовують схему,  показану на  рис. 2.4.

 

Рис. 2.4. Схема зняття характеристики передавання логічного елемента DD 1.1

Логічний елемент DD1 може бути навантажений одним елементом DD2 або десятком ЛЕ . Підключення до виходу ЛЕ DD1 одного ЛЕ або десяти здійснюється тумблером “Навантаження”.

Для зняття характеристики Uвих=f(Uвх) установлюють потенціометром Uвх за вольтметром V1 вхідну напругу і вимірюють вихідну напругу вольтметром V2.  

За  характеристикою передавання  (рис. 2.1 , б) знаходять рівні   

лог. 1 і лог. 0 на вході і виході, а також напруги допустимої завади Uд.з  за формулами (2.1, а   та 2.1, б) .

Припустимо, що точка  А на характеристиці передавання (рис. 2.1. б) відповідає стану лог. 1 на  виході Uвих1 при лог. 0  на обох входах ЛЕ Uвх0. З появою на вході завади з позитивним знаком Uд.з+,  вона підсумовується з вхідним сигналом Uвх0 і якщо сума досягає порігового рівня Uпор1, то помилково спрацьовує  ЛЕ і він переходе із стану лог. 1 до стану лог. 0.

Отже, можно записати

Uд.з+= Uпор1- Uвх0                                             (2.1, а)

Аналогічно , якщо на вході ЛЕ діє лог. 1 (Uвх1), то на виході буде лог.0 (точка В). З появою завади з негативним знаком Uд.з-, вона віднімається від вхідного сигналу Uвх1 і якщо різниця досягне порігового рівня Uпор0, то помилково спрацьовує  ЛЕ  і він перейде зі стану лог. 0 в стан лог. 1.

Отже,      

U -д.з = Uвх1- Uпор0                               (2.1, б)

Завадостійкість ЛЕ визначають меншим за значенням Uд.з+ і                                                  та позначають  Uд.з.

Для знаходження середньої споживної потужності ЛЕ використовують ІМС DD2, яка підключена до джерела живлення Едж через міліамперметр мA і забезпечує стан лог.0 двох з чотирьох ЛЕ , а інших двох - лог. 1. Тоді

  ,

                                                                                        

де Едж і Іс – напруга джерела живлення і струм споживання , які вимірюють відповідними приладами.

Для знаходження  середнього часу затримки  розповсюдження tс.з.р застосовують схему (рис. 2.5), в яку входить чотири ЛЕ -  ІМС  DD2 і два ЛЕ –  ІМС  DD1.

Рис. 2.5. Схема підключення ЛЕ для визначення швидкодії і струму споживання

Для визначення параметра tс.з.р, необхідно у такій спосіб підключити логічні елементи, щоб виник періодичний процес – генерація коливань. Це можливо при непарної кількості ЛЕ, які підключені послідовно (вихід попереднього з’єднаний зі входом наступного). В схемі рис. 2.5 застосовують п’ять логічних елементів. Під час генерації на виході кожного з них буде періодичне чергування лог. 1 і лог. 0. З’єднання ЛЕ здійснюють при вмиканні тумблера “Кільце”. Логічні елементи будуть послідовно перемикати один одного. Коливний процес можна спостерігати осцилографом, який підключають до виходу одного з логічних елементів ІМС DD2.

Для розрахунку швидкодії використовують формулу

        ,

де Т – період коливань, який вимірють осцилографом, як час між двома

імпульсами періодичного процесу;

N – кількість ЛЕ в кільці.

ІІІ. Порядок виконання лабораторної роботи

3.1. Склад робочого місця:

  •  лабораторний макет;
  •  осцилограф;
  •  вольтметри постійного струму;
  •  міліамперметр;
  •  джерело живлення.

3.2. Схему лабораторного макета наведено на рис.2.6. Він містить дві ІМС К155ЛАЗ DD1 та DD2 ,  гнізда для підключення вимірювальних приладів і елементи управління і комутації. Потенціометр  Uвх призначений для  зміни напруги на вході; тумблер “Навантаження для підключення до виходу ЛЕ різних навантажень: в положенні 1 - підключається один ЛЕ, в положенні 10 - підключаються десять ЛЕ ; тумблер “Кільце для замикання ЛЕ в кільце з метою утворення коливань. Напругу живлення на ІМС  DD2 подають через міліамперметр мA.

Довідникові параметри ІМС  К155ЛАЗ наведені в табл. 2.1.

Таблиця 2.1

Назва параметра

Значення параметра

Напруга живлення    Едж

5 В5%

Рівні напруг лог. 1    U1

2,4 В

Рівні напруг лог. 0    U0

0,4 В

Час затримки  tс.з.р

18,5 нС

Напруга допустимої завади    Uд.з

0,4 В

Споживна потужність     Рс

78 мВ

Коефіцієнт розгалуження     Кроз

10

Температурний діапазон    С

-60…+70



  1.  . Програма і методика дослідження

Програма дослідження

Послідовність робіт

1

2

1.Зняти характеристику передавання ЛЕ при різних напругах живлення і коефіцієнту розгалуження

Кроз = 1.

  1.  Познайомитися з макетом та правилами роботи з вимірювальними приладами.
  2.  Підключити до макету прилади і джерело живлення. Тумблер “Кільце” вимкнути, а тумблер “Навантаження” поставити в положення “1”.
  3.  Для зняття характеристики передавання:
  •  встановити за вольтметром V2 напругу живлення            Едж = 4,5 В;
  •  змінювати вхідну напругу ручкою “Uвх” і вимірювати вихідну напругу логічного елемента вольтметром V2. Результати вимірювання занести в табл.2.2.

Примітка. Напругу Uвх змінювати через 0,5 В, а на ділянці переключення – через 0,1 В;

-   повторити вимірювання за п.3 для Едж = 5 В і 5,5 В.  

Таблиця 2.2

Uвх, В

Uвих

Едж=4,5 В

Едж=5 В

Едж=5,5 В

2.Зняти     характеристику передавання ЛЕ  для Едж=5 В і Кроз= 10

 

 

1. Встановити  напругу Едж=5В і тумблер “Навантаження” в положення 10.

2. Зняти характеристику передавання за методикою пункту 3, результати вимірювань занести в табл. 2.3.

                                                                     Таблиця 2.3

Uвх, В

Uвих

1

2

3. Визначити середню потужність споживання ІМС

-    Встановити на джерелі живлення напругу Едж=5В;

-    вимкнути тумблер “Кільце”;

-    замірити за міліамперметром мА струм    споживання і  записати його; розрахувати PC;

-    повторити ці операції для Едж = 4,5В  та Едж = 5,5В.

4.Знайти середній час затримки розповсюдження ЛЕ та дослідити вплив Едж  на нього.

-  Встановити на джерелі живлення напругу Едж=5В;                -   увімкнути тумблер “Кільце”;  

-   увімкнути осцилограф і виміряти період повторення        імпульсів Т та записати його в табл. 2.4;

-   повторити вимірювання для Едж = 4,5В  та  Едж = 5,5В;

-    вимкнути осцилограф і джерело живлення

Таблиця 2.4.

Параметр

Едж , В

4,5

5

5,5

Т

tс.з.р

PC, мВт

ІV. Обробка результатів дослідження

1. За результатами вимірювань (табл. 2.2) побудувати передавальні характеристики  при Кроз = 1 і  різних Едж.

Знайти графічно напруги U0 і U1 на вході і виході, порогові напруги Uпор1  і  Uпор0 , а також Um, U+д.з,  та Uд.з.  Результати вимірювань занести в табл. 2.5. Проаналізувати вплив Едж на параметри ІМС.

2. За результатами вимірювань ( табл. 2.3) побудувати передавальні                   характеристики, графічно знайти  параметри і записати їх в табл. 2.5 ;

3. Розрахувати середній час затримки розповсюдження tс.з.р логічного елемента для різних Едж і результати записати в табл. 2.4.

4. Розрахувати середню потужність споживання .

Таблиця 2.5

Параметр

Едж, В

4,5

5

5,5

Кроз=1

Кроз=1

Кроз=10

Кроз=1

U1ВХ, В

U1ВИХ, В

U0 ВХ, В

U0 ВИХ, В

Uпор0, В

Uпор1, В

U+д.з, В

, В

Uд.з, В

Um, В

U, В

Зміст звіту

Звіт оформлюють в зошиті  або на бланку. До нього входять:

  •  титульна сторінка з назвою лабораторної роботи  з прізвищем студента та номером групи;
  •  мета роботи;
  •  схема дослідження;
  •  перелік вимірювальних  приладів;
  •  основні параметри досліджуваної  ІМС;
  •  таблиці з результатами   вимірювання і розрахунку;
  •  графіки;
  •  висновки.

Примітка. Графіки передавальної характеристики креслити ручкою або олівцем під лінійку.

В  висновках пояснити:

причини впливу напруги Едж  при  коефіцієнті Кроз =1 на параметри  ІМС -   

U0 ВХ, U0 ВИХ,  U1ВХ , U1ВИХ, Uд.з,  tс.з.р, Uпор.1 , Uпор.2, Um,  ∆ U;

  •  причини впливу Кроз   при Едж=5В на параметри ІМС;
  •  причини впливу Едж на  tс.з.р;
  •  порівняти значення отриманих параметрів ІМС і довідникових. Пояснити причини їх розходження.


НТУУ „КПІ”

Інститут телекомунікаційних систем

Навчальна група________                 Навчальна дисципліна:

Робоче місце___________                 “Основи мікросхемотехніки”

Звіт

з лабораторної роботи №2

“Дослідження цифрової ІМС”

студента________________________

Дата виконання     Дата прийому

Підпис студента     Підпис викладача

                           

Київ – 2006

Мета роботи:

Прилади, які застосовуються:

Електричні параметри  схеми ІМС:

Таблиця 1

Назва параметра

Значення параметра

Довідникові

Розрахугкові

Напруга живлення

Рівень  напруги  лог. 1, U 1ВХ

Рівень  напруги  лог. 1, U 1ВИХ

Рівень  напруги  лог. 0, U 0ВХ

Рівень  напруги  лог. 0, U 0ВИХ

Час затримки tс. з. р

Напруга допустимої завади Uд.з

Споживана потужність Pс

Коефіцієнт розгалуження Кроз

Схема дослідження:

І. Зняття характеристики передавання логічного елемента при Едж = 4,5 В ; 5В ; 5,5В  та Кроз = 1

Таблиця 2

Uвх

0

Uвих

Едж=4,5 В

Едж=5 В

Едж=5,5 В

              UВИХ, В

                   UВХ, B

ІІ. Зняття характеристики передавання логічного елемента при   Едж =5B  і Кроз=10.

Таблиця 3

Uвх,B

Uвих,B

Графіки характеристики передавання  при  Кроз = 1  та Кроз = 10

              UВИХ, В

                UВХ, B

Uпор1 =   U1 =    Uд.з+ =  Uпор1  Uвх0 =

Uпор0 =   U0 =    Uд.з-  =  Uвх1 - Uпор0  =

     Uд.з  =  

III. Дослідження впливу Едж на tс.з.р  та  РС

Таблиця 4.

Параметр

Едж , В

4,5

5

       5,5

Т, нс

tс.з.р, нс

РС, мВт

=

    

 T =   N =    =

IV. Дослідження впливу Едж та  Кроз на параметри ЛЕ.

Таблиця 5

Параметр

Едж, В

4,5

5

5,5

Кроз=1

Кроз=1

Кроз=10

Кроз=1

U0 ВХ, В

U0 ВИХ, В

U1ВХ, В

U1ВИХ, В

Uпор0, В

Uпор1, В

U+д.з, В

U-д.з, В

Uд.з, В

Um, В

U, В

Висновки:

В  висновках пояснити:

  •  причини впливу напруги Едж  при  коефіцієнті Кроз =1 на параметри  ІМС - U0, U1, Uд.з,  tс.з.р, Uпор.1    Uпор.2,;
  •  причини впливу Кроз   при Едж=5В на параметри ІМС;
  •  причини впливу Едж на  tс.з.р;
  •  порівняти значення отриманих параметрів ІМС і довідникових. Пояснити причини їх розходження. Зробити висновок про працездатність ІМС.

PAGE  12


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24354. Герменевтика как методология 349.5 KB
  Дильтей правда был не первым мыслителем обратившим внимание на особый статус понимания в гуманитарных науках. Таким образом заслуга Дильтея заключается не в том что он выдвинул тезис об особом статусе понимания в историкогуманитарных науках науках о духе а в том что он предпринял попытку систематического развития этоготезиса. Это положение послужило позднее поводом к противопоставлению объяснения и понимания как двух несовместимых методов познания. Термин герменевтика употребляется также и в теоретическом смысле:...
24355. Три аспекта бытия науки: как познавательная деятельность, как социальный институт, как особая сфера культуры 83 KB
  Такая переформулировка имеет логическое оправдание: вопервых значение науки как элемента культуры в современных условиях выросло настолько что требует специального рассмотрения см вопрос 7 вовторых научные знания являются наиважнейшей компонентой культуры и одновременно присутствуют в двух других составляющих науки поэтому без обсуждения вопроса о сущности и роли научных знаний в жизни общества не обойтись. Знакомство с деятельной стороной науки позволяет понять не только что происходило и почему происходило но и как происходило то...
24356. Позитивисткая традиция в философии науки. О.Конт как основоположник позитивизма 41.5 KB
  Это значит что: философское знание должно быть абсолютно точным и достоверным; для его достижения философия должна использовать научный метод при познании и опираться на достижения других наук; основной путь для получения научного знания в философии эмпирическое наблюдение; философия должна исследовать лишь факты а не их причины внутреннюю сущность окружающего мира и другие далекие от науки проблемы; философия должна освободиться от ценностного подхода и от оценочного характера при исследовании; философия не должна стремиться...
24357. Неопозитивизм (логический позитивизм – Карнап, Шлик, Рейхенбах и др.). Принципы верификации, физикализма и конвенционализма 56 KB
  22 Предмет философии науки в неопозитивизме Р.Рассел Наиболее последовательную системную роль философия науки впервые приобрела в работах неопозитивистов Р. Неопозитивисты стремились создать философию науки как строгую науку которая позволила бы найти в конгломерате человеческих убеждений мнений те безусловно истинные элементы которые могли бы служить надежным базисом познания и деятельности. Философия науки по их мнению должна базироваться на строгих методологических установках основу которых составляет методология современного...
24358. Постпозитивизм. Характеристика взглядов К.Поппера (принцип фальсификации); И.Лакатоса (роль научной программы); Т.Кун (парадигма и революции в науке); Г.Фейерабенд (принцип пролиферации); М.Полани (2 типа знаний, личное знание) 130 KB
  Понимание предмета философии науки в критическом рационализме К. С точки зрения критического рационализма предметом философии науки является изучение не высказываний а наука как целостная динамичная развивающая система. А это значит что философия не только оказывает стимулирующее негативное или позитивное воздействие на науку но философские положения органически входят в тело науки.Поппер исходил из предпосылки что законы науки не выражаются аналитическими суждениями и в то же время не сводимы к наблюдениям.
24359. Проблема интернализма и экстернализма в понимании механизмов научной деятельности 54.5 KB
  60 Движущие силы развития научного познания: интернализм и экстернализм а Интернализм Что является движущими силами развития научного знания При ответе на этот вопрос исследователь сталкивается с двойственным характером существования и движения научного знания. Они развиваются по внутренней логике: вытекают одна из другой обосновывают друг друга и образуют единую систему знания. С другой стороны исследователь не может не учитывать того обстоятельства что производит эти знания конкретный субъект ученый научное сообщество и что их...
24360. Предмет философии науки: общие закономерности научного познания в его историческом развитии и изменяющемся социокультурном контексте 54.5 KB
  Функции науки культурная технологическая наука как фактор соц регуляции проективно конструктивная экологическая Научное познание процесс получения объективного истинного знания направленного на отражение закономерности действительности. 9 Предмет и структура философии науки Специфика предмета науки определяется в ходе исследовательской деятельности. Поэтому представление о предмете философии науки в истории развития этой отрасли знания существенно меняется.
24361. Наука и культура. Традиционалистический и техногенный тип цивилизации. Ценность научной рациональности 53.5 KB
  Тема соотношения науки и культуры обширна здесь много деталей но общий механизм их взаимодействия таков: наука выявляя законы изменения природных и социальных процессов становится необходимым условием их управления воздействует на потребности общества помогает человечеству в выборе жизненных стратегий поиске путей культурного развития. Надежность влияния культуры на науку подчеркивает хотя бы тот факт что не всякая культура способна продуцировать науку: многие культуры в истории человечества в частности культура майя обходились без...
24362. Соотношение науки и философии 100.5 KB
  Первые пять вопросов получили впоследствии в философии название онтологических или метафизических первый смысл этого понятия проблем. Шестой вопрос гносеологические вопросы философии: философия вырабатывает положения являющиеся базисными для познающего мир о глобальности и абсолютности материи о постоянном развитии мира в целом и отдельных его частей о сотканности мира из противоречий о маятникообразности всех процессов относительно положения равновесия о несводимости закона целого к законам его частей и др. И если на какомто...