- •Е.Л. Собакин цифровая схемотехника
- •Часть I
- •Введение
- •В1.1. Системы автоматического управления
- •В1.2. Системы передачи информации (спи)
- •В1.3. Системы обработки информации
- •В2. Сравнительная оценка цифровых и аналоговых устройств микроэлектронной техники
- •Недостатки технических средств аналоговой техники
- •Достоинства технических средств аналоговой техники
- •Достоинства технических средств цифровой техники
- •Недостатки технических средств цифровой техники
- •1. Основы микроэлектронной техники
- •1.2. Классификация микроэлектронных устройств
- •1.3. Логические элементы
- •1.3.1. Система условных цифробуквенных обозначений имс логических элементов
- •Условное обозначение функций логических элементов
- •1.3.2. Применение булевой алгебры для описания логических элементов и устройств
- •1.3.3. Способы и формы задания логических функций
- •1.3.4. Логические элементы не
- •1.3.5. Логические элементы и
- •1.3.6. Логические элементы или
- •1.3.7. Логические элементы и-не
- •1.3.8. Элементы или-не
- •1.3.9. Элементы «запрет»
- •1.3.10. Логические элементы «сумматоры по mod2» и схемы контроля чётности /нечётности
- •1.3.11. Мажоритарные логические элементы
- •1.3.12. Элементы «логического порога» и элементы «исключающее или»
- •1.3.13. Логические элементы «импликаторы»
- •1.3.14. Многофункциональные логические элементы
- •Логические элементы и-или-не
- •Логические элементы или-и
- •Логические элементы или-не / или
- •1.3.15. Функционально полные наборы логических элементов
В2. Сравнительная оценка цифровых и аналоговых устройств микроэлектронной техники
Решая вопрос о построении или проектировании, какого либо устройства, следует предварительно принять решение о направлении проектирования, каким будет устройство? Аналоговым либо дискретным (цифровым)? В свою очередь, это решение можно принять, зная достоинства и недостатки тех и других устройств. Предварительно дадим определения понятиям «аналоговые» и «цифровые» устройства.
Аналоговым называется такое устройство, у которого все сигналы входные, выходные и промежуточные (внутренние) являются непрерывными, описываются непрерывными математическими функциями. Эти сигналы характеризуются бесконечным множеством значений по уровню (состояниям) и непрерывны во времени, хотя диапазон изменения значений непрерывного сигнала ограничен. Поэтому иногда такие устройства называют устройствами непрерывного действия.
Дискретными устройствами или устройствами дискретного действия называют такие, у которых входные, выходные и промежуточные сигналы характеризуются счётным множеством значений по уровню и существованием в определённые интервалы времени. Такие сигналы можно отобразить в той или иной позиционной системе счисления (соответствующими цифрами). Например, в десятичной системе счисления либо двоичной системе счисления. Двоичное представление сигналов нашло наибольшее применение в технике и в формальной логике при исчислении высказываний и при выводе умозаключений из нескольких посылок. Поэтому дискретные устройства называют логическими (по аналогии с формальной двоичной логикой) или цифровыми, принимая во внимание возможность описания их с помощью чисел позиционной системы счисления.
Недостатки технических средств аналоговой техники
Наличие «дрейфа» и «шумов». Дрейф это медленное изменение сигнала, обусловленное дискретной природой явлений, по отношению к заданному его значению. Например, для электрических сигналов дискретную природу протекания электрического тока обуславливают электроны и «дырки», являющиеся носителями электрических зарядов. Шумы это случайные изменения сигнала, вызванные внешними или внутренними факторами, например, температурой, давлением, напряжённостью магнитного поля Земли и т.д.
Методологические трудности в определении понятий «равенство нулю» и «равенства аналоговых сигналов». И как следствие существование проблемы «обеспечения заданной точности (погрешности)» преобразований и передачи сигналов.
Возможность появления неустойчивых режимов работы и существование проблемы «обеспечения устойчивости» работы систем и устройств. Неустойчивый режим характеризуется возникновением в устройстве или системе незатухающих колебаний в изменении некоторых сигналов. В электронике это явление широко используется при построении генераторов импульсов и генераторов гармонических колебаний.
Технические трудности в реализации запоминающих устройств и устройств временной задержки аналоговых сигналов.
Недостаточный уровень интеграции аналоговых элементов и их универсальности.
Сравнительно малая дальность передачи аналоговых сигналов, обусловленная рассеянием энергии в линиях связи.
Сравнительно большое потребление энергии, так как аналоговые элементы работают на линейных участках их переходных характеристик и «потребляют» энергию в начальных (исходных) состояниях.