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

8337. Учет в зарубежных странах 211.5 KB
  Учет в зарубежных странах Введение Курс Учет в зарубежных странах является специальной дисциплиной, раскрывающей теоретические основы и практические вопросы организации бухгалтерского учета на зарубежных предприятиях. Предметом курса являются хозяйс...
8338. Деньги и кредит как экономические категории 210.48 KB
  Деньги и кредит - экономические категории. Деньги являются универсальным эквивалентом стоимости всех товаров и услуг и средством сохранения стоимости. Деньги являются важнейшим компонентом любой цивилизованно функционирующей экономической системы, е...
8339. Определение количества транспортных средств и технико-экономическое сравнение вариантов комплекта машин 161.5 KB
  Определение количества транспортных средств и технико-экономическое сравнение вариантов комплекта машин В работе излагается методика выполнения контрольной работы по определению количества транспортных средств и технико-экономическому сравнению вари...
8340. Китайское языкознание 45 KB
  Китайское языкознание Исследование звукового строя Грамматическое искусство античности отождествляло графический знак и его звуковой референт, т.е. буква отождествлялась со звуком. В грамматическом искусстве не было фонологии. Фонология рассма...
8341. Чайный куст и производство чая 91 KB
  Чайный куст и производство чая Чайный куст Прежде всего необходимо себе твердо усвоить, что чайный куст является живым организмом, а не машиной. Он представляет из себя такое же живое существо, как и мы с вами, у нас общий прародитель - первичн...
8342. Что нам надо знать о числах в Китае, или магия китайских цифр 50.5 KB
  Что нам надо знать о числах в Китае, или магия китайских цифр Отношения между Китаем и Россией переходят на новый уровень, все чаще напоминая полноценный деловой диалог. Однако большая культурная разница (иные традиции, ритуалы, верования) нередко п...
8343. Салат по - шекински. Бульон с колдунами. Рожки мясные 226.5 KB
  Введение. Основные направления развития общественного питания Особенности национальной кухни Основная часть: Технология приготовления блюд и расчет стоимости Товарная характеристика продуктов, входящих в состав блюда, условия, сроки...
8344. Древний Китай. Специфика социальной структуры 41.03 KB
  Древний Китай. Специфика социальной структуры Введение Д ревнекитайская цивилизация сложившихся в V—III тысячелетиях до н. э. в среднем течении реки Хуанхэ. Бассейн Хуанхэ был главной территорией формирования этнической общности древних китайце...
8345. Пенсионное страхование в Китае 25.05 KB
  История развития пенсионного страхования. Пенсионное страхование в Китае возникло и развивалось вместе с промышленной революцией и крупным общественным производством после распада традиционного сельскохозяйственного общества. После провозглашения Ки...