контрольные задания / тема3

Тема 3.

Контрольные вопросы.

1. В чём отличие КМОП от элементов других типов?

КМОП-транзисторы в статическом режиме практически не потребляют мощности, так как у КМОП-транзистора индуцирован канал p-типа и имеется общий вход управления.

Входные цепи МОП─транзистора практически не потребляют постоянного тока, в то время как величина входного тока ТТЛ-транзистора в состоянии логического нуля I⁰_ВХ ≤ 1,6 мА

2. По каким причинам КМОП логические элементы задерживают распространение сигнала?

Задержка при передаче сигнала по цепочке логических вентилей характеризуется зависимостью от напряжения питания, которая связана с изменением сопротивлений открытых транзисторов: с ростом U_ИП увеличиваются напряжения на затворах открытых транзисторов, сопротивления транзисторов при этом уменьшаются, и скорость заряда пли разряда емкости увеличивается, поэтому увеличивается время, в течение которого они открыты.

3. Почему мощность, потребляемая микросхемой, растет с повышением частоты?

Причина роста потребляемой мощности с повышением частоты переключения обусловлена протеканием тока заряда и разряда паразитной и нагрузочной емкостей С_ПОР и С_Н.

При заряде емкости C = C_ПОР + C_Н от нуля до напряжения U_ИП на сопротивлении R^Р_СИ рассеивается энергия

∞

W_ЗАР = ∫ R¹_ВЫХ[ (U_ИП / R¹_ВЫХ) e)²] dt = U²_ИП С/ 2

о

При разряде емкости через сопротивление R⁰ _ВЫХ

W_РАЗР.= U²_ИП С/2

При частоте переключения f _ПЕР = 1/Т _ПЕР - дополнительная мощность, потребляемая для заряда и разряда емкости:

ΔР= (W_ЗАР + W_РАЗР} / Т_ПЕР = U²_ИП С f_ПЕР

4. Как зависит мощность, потребляемая микросхемой при данных емкости нагрузки и напряжении питания, от длительности фронтов входного сигнала?

Длительный фронт входного сигнала влияет на переходные процессы КМОП-транзистора, в течение которого транзисторы ─ как p, так и n─канальные ─ находятся одновременно в состоянии проводимости, и через них протекает сквозной ток. Это ведет к повышению мощности, потребляемой микросхемой в динамическом режиме.

5. От каких параметров зависит время задержки сигнала КМОП логическим элементом?

От нагрузочной ёмкости и напряжения питания, которая связана с изменением сопротивлений открытых транзисторов.

Контрольные задания:

1. Пусть U^П_{ЗИ ПОР} = [U^Р_{ЗИ ПОР}]=3B. Будет ли работоспособна схема при U_ИП=5B?

Так как напряжение питания меньше суммы пороговых напряжений: U_ИП > U^П_{ЗИ ПОР} + [U^Р_{ЗИ ПОР}], то в процессе перехода входного напряжения от U°_ВХ к U¹_ВХ или обратно переключение не происходит.

2. Рассчитать дополнительную мощность Р, потребляемую микросхемой при подключении нагрузочной емкости С_Н-=300 пФ, при U_ИП = 9B на частотах f_ПЕР= l, 5,10, 50,100, 200 кГц.

Ожидаемое значение дополнительной мощности, расходуемой при заряде и разряде нагрузочной емкости С_Н, находится по формуле: ΔP = U²_ИП С_Н f_ПЕР

Составим сводную таблицу для разных частот:

fПЕР , кГц	ΔP = 92 · 300 · 10-12 · fПЕР , Вт
1	ΔP = 92 · 300 · 10-12 · 1 · 103 = 92 · 3 · 10-7 · 1 = 243 · 10-7 = 24,3 · 10-6
5	121,5 · 10-6
10	243 · 10-6
50	1215 · 10-6
100	2430 · 10-6
200	4860 · 10-6