Разработка цифрового комбинационного устройства - демультиплексора
Дипломная работа - Компьютеры, программирование
Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование
?ля данной логической функции показана на рисунке 3.1. Для разработки и создания устройства нам необходимо и достаточно использовать только два типа логических элементов - инвертор и 3ИЛИ-НЕ. Необходимости преобразовывать данную логическую схему нет.
Рисунок 3.1. Исходная логическая схема устройства
Результаты логического моделирования спроектированного устройства
На рисунках 3.2 и 3.3 представлены соответственно созданная логическая схема устройства и результаты логического моделирования спроектированного устройства, удовлетворяющего заданию на курсовой проект.
Рис. 3.2. Логическая схема устройства
Рис. 3.3. Результаты логического моделирования устройства
IV. Этап схемотехнического проектирования
Электрические схемы используемых логических элементов в КМДП-базисе
цифровое устройство демультиплексор
На рисунках 4.1 и 4.2 показаны электрические схемы инвертора и элемента 3ИЛИ-НЕ, на рисунках 4.3 и 4.4 - их схемы при расчете в программе Schematics.
Рис. 4.1. Электрическая схема инвертора
Рис. 4.2. Электрическая схема элемента 3ИЛИ-НЕ
Рис. 4.3. Инвертор
Рис. 4.4. 3ИЛИ-НЕ
Предварительный расчет параметров транзисторов
1.
. Находим период тактового сигнала при рабочей частоте fT, максимально допустимое время задержки на схеме в целом tСХ и допустимое время задержки на каждый логический элемент tЗД ЭЛ:
, ,
. Выбираем размеры транзисторов в эквивалентном инверторе, обеспечивающем время задержки не хуже tЗД ЭЛ:
Полагая, что , получим
Учитывая вышеприведенные расчеты, мы получили для логических элементов следующие параметры:
Инвертор
, ,
ИЛИ-НЕ
, ,
Результаты расчета переходных процессов в логических элементах в программе Schematics
На рисунках 4.5 и 4.6 представлены результаты расчетов переходных процессов в логических элементах, используемых при создании демультиплексора, в программе Schematics. Все расчеты удовлетворяют условиям, поставленным в задании на курсовой проект.
Рис. 4.5. Результаты расчетов переходных процессов в инверторе , , ,
Рис. 4.6. Результаты расчета переходных процессов в элементе 3ИЛИ-НЕ , , ,
Расчет переходного процесса устройства в целом в программе Schematics
На рисунке 4.7 представлен результат расчета переходных процессов для всего устройства в целом программе Schematics.
Рис. 4.7. Результат расчета переходных процессов всего устройства
Для данного демультиплексора получены следующие характеристики: , , ,
V. Этап топологического проектирования
Топология логических элементов
Топология логических элементов Инвертор и 3ИЛИ-НЕ представлены соответственно на рисунках 5.1 и 5.2.
Рис. 5.1. Топология инвертора
Рис. 5.2. Топология элемента 3ИЛИ-НЕ
Расчет максимальной длины межсоединений
Будем считать, что влиянием межсоединений можно пренебречь, если при учете паразитных емкостей и сопротивлений, связанных с разводкой, изменение постоянной времени в цепи составляет не более 5%. В этом случае для однозвенной RC-цепочки можно получить аналитическую оценку максимальной допустимой длины межсоединений, не вносящих существенных искажений в переходной процесс.
Ограничение на длину межсоединений должно быть получено из условия: tМ/t0=1.05
Отсюда
(RВЫХ1+ RМ)(СМ +СВХ2)/ (RВЫХ1СВХ2) = 1.05;
(RВЫХ1+ rМ lM/(wMhM)) (?0 ?OKlMwM / TOK +СВХ2)/(RВЫХ1СВХ2) = 1.05;
и максимальное значение lM может быть найдено как решение квадратного уравнения
(rМ ?0 ?OK / (hMTOK))lM2 + (RВЫХ1?0 ?OKwM / TOK + СВХ2rМ /(wMhM))lM - - 0.05RВЫХ1 СВХ2 = 0;
Эскиз топологии устройства
Эскиз топологии всего устройства показан ниже на рисунке 5.3.
Рис. 5.3. Эскиз топологии устройства
Расчет паразитных сопротивлений и емкостей разводки
Значение емкости оценим по формуле
,
где
толщина межслойной изоляции, ,
площадь обкладок паразитного конденсатора. Площадь обкладок для емкости металл - подложка рассчитывается как площадь участка металлической шины, соединяющего два или несколько электрических узлов с учетом разветвлений.
-абсолютная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, =,
- относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика, .
что составляет меньше от значения . Следовательно, в дальнейшем мы влияние паразитной емкости учитывать не будем
VI. Выводы по работе
При разработке демультиплексора, удовлетворяющего заданию на курсовой проект, мы получили следующие характеристики используемых логических элементов и всего устройства в целом:
) Элемент Инвертор имеет топологическую площадь равную
) Элемент 3ИЛИ-НЕ имеет топологическую площадь равную
) Общая площадь устройства равна
) Величина паразитной емкости равна . Из-за малости данного значения в сравнении с , при создании устройства мы ей пренебрегаем.
) На частоте 10МГц устройство работает нормально.