Разработка интегрального цифрового устройства

Разработка электрической схемы цифрового устройства на основе базовых интегральных микросхем: упрощение и преобразование; выбор типа логики и конкретных серий. Электрический расчет цифровой схемы, расчет мощностей. Создание топологии в гибридном варианте.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 29.09.2014
Размер файла 610,3 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по связи и информатике

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики

Курсовая работа

Разработка интегрального цифрового устройства

Выполнил: Симон А.С.

студент гр. В-67

Проверил: Савиных В.Л.

г. Новосибирск - 2008 г.

Содержание

1. Разработка электрической схемы цифрового устройства

1.1 Задание к первой части

1.2 Упрощение и преобразование

1.3 Выбор типа логики и конкретных серий

1.4 Электрическая схема цифрового устройства

1.5 Проверка условий

Вывод

2. Электрический расчет цифровой схемы

2.1 Задание ко второй части

2.2 Электрический расчет схемы

2.3 Таблицы

2.4 Расчет мощностей

2.5 Таблица истинности

Вывод

3. Разработка топологии в гибридном варианте

3.1 Пленочные проводники

3.2 Навесные элементы

3.3 Топологический чертеж ИМС

Вывод

Заключение

Список используемой литературы

1. Разработка электрической схемы цифрового устройства.

1.1 Задание к первой части

Даны четыре уравнения:

Дополнительные требования:

· Выходной ток Iвых?30мА

· Общая потребляемая мощность устройства Pпотр?100мВт

· Время задержки распространения сигнала tзд.р.ср?70нсек

1.2 Упрощение и преобразование

Y2 оставим без изменения

1.3 Выбор типа логики и конкретных серий

При реализации данного цифрового устройства будем использовать 6 ЦИМС с логикой КМДП (DD1, DD2, DD3, DD4, DD5 и DD7) 1 ЦИМС с логикой ТТЛ (DD6), чтобы была необходимая мощность. Чтобы обеспечить большой выходной ток, будем использовать параллельное включение Eпит=5В.

Iпотр.ср

I0вых

I1вых

tзд.р.ср

DD1

1564ЛИ1

4 лог. эл.

5мкА

5,2мА

-0,5мА

19,5нс

DD2

1564ЛЛ1

4 лог. эл.

2ИЛИ

5мкА

5,2мА

-0,5мА

17нс

DD3

1564ЛЕ1

2 лог. эл.

2ИЛИ-НЕ

4мкА

5,2мА

-0,5мА

17нс

DD4

КР1554ЛЛ1

4 лог. эл.

2ИЛИ

4мкА

24мА

-24мА

7,25нс

DD5

КР1554ЛП5

4 лог. эл.

ИСКЛ. ИЛИ

8мкА

24мА

-24мА

13,5нс

DD6

КР1531ЛИ1

1 лог. эл.

10,65мА

60мА

1мА

6,3нс

DD7

КР1554ЛЛ1

3 лог. эл.

2ИЛИ

4мкА

24мА

-24мА

7,25нс

1.4 Электрическая схема цифрового устройства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

1.5 Проверка условий

Время задержки распространения

Для Y1 tзд.р.ср=t1+t4+t5=19.5+7.25+13.5=40.25нс<70нс

Для Y2 tзд.р.ср= t1++t3+t4=19.5+17+7.25=43.75нс<70нс

Для Y3 tзд.р.ср= t2+t5+t7=17+13.5+7.25=37.75нс<70нс

Для Y4 tзд.р.ср= t1+t5+t6=19.5+13.5+6.3=39.3нс<70нс

Потребляемая мощность.

Pпотр = Eпит * ?Iпотр = 5*(4*5*10-3+4*5*10-3+2*4*10-3+4*4*10-

3+4*8*10-3 + 1*10,65 + 3*4*10-3) = 53,79мВт < 100мВт

Выходной ток

Для Y1 Iвых=2*24мА=48мА>30мА

Для Y2 Iвых=2*24мА=48мА>30мА

Для Y3 Iвых=2*24мА=48мА>30мА

Для Y4 Iвых=60мА>30мА

Вывод

Получили электрическую схему цифрового устройства, которая реализует данные 4 уравнения и соответствует дополнительным условиям

2.Электрический расчет цифровой схемы

2.1 Задание ко второй части

Рассчитать данную схему

2.2 Электрический расчет схемы

а) х1=0 х2=0 х3=0 х4=0

UА=U0вх +Uэб=0,1+0,7=0,8В

UВ=U0вх +Uэб=0,1+0,7=0,8В

0,8В не хватит, чтобы открыть три p-n перехода.

VD1, VD2, VT3, VT4 - закрыты.

UC=UE=0

IКVT1 = IКVT2=IR3=IR4 = IБVT3=IБVT4=0

IR1 = (Eп- UА)/R1 = (6-0,8)/12=0,433мА

I0вх1 = I0вх2=I0вх3= IR1/3=0,144мА

IR2 = (Eп- UВ)/R2 = (6-0,8)/15 = 0,347мА

I0вх4 = IR2=0,347мА

UD = Uэб=0,7В

IБVT5 = IR5 = (Eп- UD)/R5 = (6-0,7) / 9,1 = 0,582мА

I0вых= I0вх=0,433мА (берем самый худший случай)

Предположим. Что VT5 находится в режиме насыщения.

IБVT5>IБ.НАС > VT5

действительно находится в режиме насыщение

IR6 = (Eп- UКЭ.НАС)/R6=(6-0,1)/0,82=7,2мА

UF= UКЭ.НАС =0.1В

IКVT5= I0вых+ IR6=0.433+7.2=7.633мА

Y=0

б) х1=1 х2=1 х3=1 х4=1

UА= 0,6+0,7+0,7=2В

UB=0,6+0,7+0,7=2В

VT1 и VT2 - в инверсном режиме.

IR1=(Eп- UА)/R1=(6-2)/12=0,333мА

I1вх1=I1вх2=I1вх3= IR1ВИ=0,333*0,05=0,0166мА

IКVT1= IR1+ I1вх1+ I1вх2+ I1вх3=0,383мА

UC = Uэб = 0,7В

IR3 = UC/R3 = 0,7/10 = 0,07мА

IБVT3 = IКVT1- IR3 = 0,383-0,07 = 0,313мА

IR2 = (Eп- UВ)/R2 = (6-2)/15 = 0,266мА

I1вх4 = IR2ВИ = 0,266*0,05 = 0,0133мА

IКVT2 = IR2+ I1вх4 = 0,28мА

UЕ = Uэб = 0,7В

IR4 = UЕ/R4 = 0,7/10 = 0,07мА

IБVT4 = IКVT2- IR4 = 0,28-0,07 = 0,21мА

Предположим, что VT3 и VT4 находятся в режиме насыщения.

IБVT3>IБ.НАС.VT3, IБVT4>IБ.НАС.VT4 > VT3 и VT4 действительно находятся в режиме насыщения.

UD= UКЭ.НАС =0.1В > VT5 - закрыт.

IБVT5=0, IКVT5=0

IR5= (Eп- UD)/R5=(6-0,1)/9,1=0,648мА

I1вых = I1вх=0,0166мА (берем самый худший случай)

IR6= I1вых =0,0166мА

UF=Eп- IR6*R6=6-0,0166*0,82=5.986В

Y=1

в) х1=0 х2=0 х3=0 х4=1 (аналогично а) и б)

UА=U0вх +Uэб=0,1+0,7=0,8В

0,8В не хватит, чтобы открыть три p-n перехода.

VD1, VT3 - закрыты.

UC=0

IКVT1=IR3= IБVT3=0

IR1=(Eп- UА)/R1=(6-0,8)/12=0,433мА

I0вх1=I0вх2=I0вх3= IR1/3=0,144мА

UB=0,6+0,7+0,7=2В

цифровой интегральный микросхема топология

VT2 - в инверсном режиме.

IR2=(Eп- UВ)/R2=(6-2)/15=0,266мА

I1вх4= IR2ВИ=0,266*0,05=0,0133мА

IКVT2= IR2+ I1вх4=0,28мА

UЕ=Uэб=0,7В

IR4= UЕ/R4=0,7/10=0,07мА

IБVT4= IКVT2- IR4=0,28-0,07=0,21мА

Предположим, что VT4 находится в режиме насыщения.

IБVT4>IБ.НАС.VT4 > VT4 действительно находятся в режиме насыщения.

UD= UКЭ.НАС =0.1В > VT5 - закрыт.

IБVT5=0, IКVT5=0

IR5= (Eп- UD)/R5=(6-0,1)/9,1=0,648мА

IR6= I1вых =0,0166мА

UF=Eп- IR6*R6=6-0,0166*0,82=5.986В

Y=1

2.3 Таблицы

UA

UB

UC

UD

UE

UF

VT1

VT2

VT3

VT4

VT5

VD1

VD2

0000

0,8

0,8

0

0,7

0

0,7

эб-откр. кб-закр.

эб-откр. кб-закр.

закр

закр

нас.

закр

закр

1111

2

2

0,7

0,1

0,7

5,986

инвер.

инвер.

нас.

нас.

закр

откр

откр

0001

0,8

2

0

0,1

0,7

5,986

эб-откр. кб-закр.

инвер.

закр

нас.

закр

закр

откр

IВХ1

IВХ2

IВХ3

IВХ4

IR1

IR2

IR3

IR4

IR5

IR6

IБVT3

IБVT4

IБVT5

0000

0,144

0,144

0,144

0,347

0,433

0,347

0

0

0,582

7,2

0

0

0,582

1111

0,016

0,016

0,016

0,013

0,333

0,266

0,07

0,07

0,648

0,016

0,313

0,21

0

0001

0,144

0,144

0,144

0,013

0,433

0,266

0

0,07

0,648

0,016

0

0,21

0

2.4 Расчет мощностей

Входная комбинация

Токи, мА

Потребляемая мощность, мВт

Вх.1

Вх.2

Вх.3

Вх.4

IR1

IR2

IR5

IR6

0

0

0

0

0,433

0,347

0,582

7,2

51,37

1

1

1

1

0,333

0,266

0,648

0,016

7,58

0

0

0

0

0,433

0,266

0,648

0,016

8,18

P=Eп*( IR1+ IR2+ IR5+ IR6)

Для первой комбинации P=6*(0,433+0,347+0,582+7,2)=51,37мВт

Для второй комбинации P=6*(0,333+0,266+0,648+0,016)=7,58мВт

Для третьей комбинации P=6*(0,433+0,266+0,648+0,016)=8,18мВт

Максимальные мощности резисторов

Максимальный ток, мА

Мощность резисторов, мВт

IR1

IR2

IR3

IR4

IR5

IR6

PR1

PR2

PR3

PR4

PR5

PR6

0.433

0.347

0,07

0,07

0.648

7.2

2,25

1,8

0,049

0,049

3,82

42,45

PRi=Ii2*Ri

PR1=(0.433)2*12=2.25мВт

PR2=(0.347)2*15=1,8мВт

PR3=(0.07)2*10=0,049мВт

PR4=(0.07)2*10=0,049мВт

PR5=(0,648)2*9,1=3,82мВт

PR6=(7,2)2*0,82=42,45мВт

2.5 Таблица истинности

Если х4 равен 0 и х1 или х2, х3 равен 0, то VT3 и VT4 будут закрыты, а VT5 будет открыт > Y=0, в остальных случаях Y=1…

х1

х2

х3

х4

Y

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

0

0

0

1

1

1

0

1

0

0

0

0

1

0

1

1

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

0

0

0

0

1

0

0

1

1

1

0

1

0

0

1

0

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

Данная схема реализует функцию Y=x1*x2*x3+x4…

Вывод

Рассчитали электрическую схему, определили таблицу истинности и по ней определили какую функцию реализует заданная схема

3. Разработка топологии в гибридном варианте

3.1 Пленочные проводники

R1

R2

R3

R4

R5

R6

12 кОм

15 кОм

10 кОм

10 кОм

9,1 кОм

820 Ом

P, мВт

2,25

1,8

0,049

0,049

3,82

42,45

КФ

12

15

10

10

9,1

0,82

lрасчетн.

1,16

1,16

0,16

0,16

1,32

1,32

bрасчетн.

0,0966

0,0773

0,016

0,016

0,145

1,61

l

2,4

3

2

2

1,8

1,6

b

0,2

0,2

0,2

0,2

0,2

1,3

Возьмем сплав PC-3001

RS=1000 Ом/кв. P0=20мВт/мм2

Найдем КФ = RI/ RS

КФ1 = R1/ RS=12

КФ2 = R2/ RS=15

КФ3 = R3/ RS=10

КФ4 = R4/ RS=10

КФ5 = R5/ RS=9,1

КФ6 = R6/ RS=0,82

Найдем

Найдем bI=lI/KФI

b1=l1/KФ1=1,16/12=0,0966

b2=l2/KФ2=1,16/15=0,0773

b3=l3/KФ3=0,16/10=0,016

b4=l4/KФ4=0,16/10=0,016

b5=l5/KФ5=1,32/9,1=0,145

b6=l6/KФ6=1,32/0,82=1,61

Так как у пленочных резисторов есть ограничения, то l и b примут следующие значения, приведенные в таблице

3.2 Навесные элементы

Выбираем активные элементы - диоды и транзисторы, руководствуясь следующими принципами:

· Диоды и транзисторы должны быть бескорпусными;

· Должны быть предназначены для работы в импульсном режиме;

· Структура транзистора n-p-n;

· Коэффициент передачи тока БТ >50;

· Для диодов:

, ;

· Для транзисторов:

, ,

1. В качестве диодов VD1, VD2 возьмем КД904А

Uобр.max=10В

Iпр.max=5мА, габариты 1Ч1Ч1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

2. В качестве транзисторов VT2, VT3, VT4, VT5 используем КТ331А

Iк.max = 20мА

Uкэmax = 10В

Pкmax = 15мВт

габариты 1Ч1Ч0,8

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

3. В качестве транзистора VT1 берем многоэмитерный транзистор

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

3.3 Топологический чертеж ИМС

Площадь, занимаемая резисторами:

SR=SR1+SR2+SR3+SR4+SR5+SR6=2.4*0.2+3*0.2+2*0.2+2*0.2+1.8*0.2+1.6*1.

3=4.32мм2

Площадь, занимаемая навесными элементами схемы:

S=SVD1+SVD2+SVT1+SVT2+SVT3+SVT4+SVT5+SVT6=1+1+4+1+1+1+1+1=11мм2

Площадь подложки должна быть не менее 5*(4,32+11)=76,6мм2

В качестве подложки выбираем ситалл размерами 12Ч10…

Масштаб 10:1

Вывод

В третье части я разработал топологический чертеж в гибридном варианте, учитывая основные ограничения, накладываемые тонкопленочной технологией.

Заключение

В данной курсовой работе мы составили электрическую схему на основе базовых цифровых интегральных микросхем (ЦИМС), для этой электрической схемы и учитывая дополнительные требования к этой схеме мы выбрали для 6 ЦИМС логику КМДП и для 1 ЦИМС логику ТТЛ; произвели электрический расчет цифрового устройства и построил топологию этого устройства.

В результате проделанной работы мы освоили основные положения Т.Э. и их практическое применение, а именно:

- Закрепили основные положения алгебры логики, при помощи чего, можно минимизировать функции и реализовывать их в различных логических базисах и на практических элементах;

- Освоили принципы выбора логики ИМС и расчета их параметров; -Научились рассчитывать простейшие цифровые интегральные микросхемы;

- Так же освоили принцип подбора материалов и активных элементов для микросхемы, и последующей разработки топологии этой схемы.

Список используемой литературы

1. Электронные, квантовые приборы и микроэлектроника: Учеб. пособие для вузов / Ю.Л. Бобровский, С.А. Корнилов, И.А. Кратиров и др.; Под ред. проф. Н.Д. Федорова.- М.: Радио и связь, 1998. - 580 с.

2. Ефимов, Козырь. Основы микроэлектроники.- М.: Сов. Радио,1980г.

3. В.Л. Савиных. Микроэлектроника. 1999

4. А.Н. Удальцов. Разработка интегрального цифрового устройства. 2008

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Проектирование устройства преобразования цифровой информации в аналоговую и наоборот для цифрового магнитофона. Описание используемых интегральных микросхем. Разработка структурной и принципиальной схемы цифрового канала звукозаписи без кодера и декодера.

    курсовая работа [1,8 M], добавлен 18.10.2010

  • Описание функциональной схемы цифрового устройства для реализации микроопераций. Выбор элементной базы для построения принципиальной электрической схемы цифрового устройства. Разработка и описание алгоритма умножения, сложения, логической операции.

    курсовая работа [684,0 K], добавлен 28.05.2013

  • Разработка структурной схемы устройства. Изучение принципиальной электрической схемы устройства с описанием назначения каждого элемента. Характеристика программного обеспечения: секции деклараций, инициализации микропроцессора и основного цикла.

    курсовая работа [260,3 K], добавлен 14.11.2017

  • Разработка алгоритма функционирования устройства. Разработка и отладка рабочей программы на языке команд микропроцессора. Составление и описание электрической принципиальной схемы. Расчет АЧХ устройства для заданных и реальных значений коэффициентов.

    курсовая работа [313,9 K], добавлен 28.11.2010

  • Основные структуры, характеристики и методы контроля интегральных микросхем АЦП. Разработка структурной схемы аналого-цифрового преобразователя. Описание схемы электрической принципиальной. Расчет надежности, быстродействия и потребляемой мощности.

    курсовая работа [261,8 K], добавлен 09.02.2012

  • История разработки и использования интегральных микросхем. Выбор элементной базы устройства. Синтез электрической принципиальной схемы: расчет усилительных каскадов на транзисторах, параметры сумматора, инвертора, усилителя, дифференциатора и интегратора.

    курсовая работа [1,9 M], добавлен 25.11.2010

  • Выполнение синтеза логической схемы цифрового устройства по заданным условиям его работы в виде таблицы истинности. Получение минимизированных функций СДНФ, СКНФ с использованием карт Карно. Выбор микросхем для технической реализации полученных функций.

    контрольная работа [735,9 K], добавлен 10.06.2011

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.