Лаб 7 / Вопросы

1. Что такое логические уровни в цифровой электронике?

Состояния ключа при низком и высоком уровнях напряжения - логические 0 и 1 соответственно

2. Для чего предназначены транзисторные ключи?

для управления мощной нагрузкой с помощью сравнительно слабого сигнала

3. Поясните, почему энергопотребление это важнейший показатель цифровых ИС.

от него зависит количество выделяющегося в ЦИС тепла и поэтому, предельное количество транзисторов и степень интеграции

4. Что такое средняя работа переключения транзисторного ключа, как она определяется?

Pt – энергия, затрачиваемая на одно изменение состояния ключа.

P - средней потребляемой мощностью

t - средним временем переключения

5. Какие проблемы с временем распространения сигнала возникают при последовательном соединении транзисторных ключей?

Среднее время переключения t определяет скорость передачи сигнала по цепочке ключей. При последовательном соединении увеличивается задержка.

6. Что такое комплементарные МДП транзисторы?

Пара МДП-транзисторов с максимально близкими параметрами, но различным типом инверсионного канала. (в одном канал n-типа, а в другом – р-типа)

7. Изобразите схему КМДП-ключа.

8. КМДП-ключ в статическом состоянии потребляет ничтожно малую мощность от источника питания. Почему?

Так как один из транзисторов комплементарной пары всегда закрыт, а соединены они последовательно, то в статическом состоянии (0 или 1 на входе) ток от источника не потребляется ⇒ Pстат ~ 0.

9. Каков характер типичной нагрузки для КМДП-ключа? Почему?

Нагрузкой КМДП ключа выступает такой же КМДП ключ с практически нулевым статическим входным током затвора, но обладающий входной емкостью С. Эта емкость есть сумма межэлектродных емкостей, барьерной емкости перехода транзистор-подложка и емкости соединительных проводников.

10. Показать на схеме КМДП-ключа с емкостной нагрузкой (рис. 2) пути токов заряда и разряда нагрузочной ёмкости.

11. Где выделяется тепло в процессе переключения КМДП ключа с емкостной нагрузкой?

На транзисторе (на кристале) - вся потребляемая электрическая энергия переходит в тепловую

12. Каков уровень энергии переключения характерен для современных ЦИС на основе КМДП-ключей?

Приближается к 10^-12 Дж

13. Почему ток и мощность, потребляемые КМДП-ключом в процессе переключений, растут пропорционально частоте переключений?

fc - количество их переключений в секунду, т.е. тактовая частота

Для оценки максимальной рассеиваемой мощности предполагается, что на каждом тактовом периоде 1/fс изменяются состояния всех ключей ⇒ выделяется тепло.

14. Почему ток и мощность, потребляемые КМДП-ключом в процессе переключений, уменьшаются с уменьшением размеров транзисторов?

Так как, при уменьшении w уменьшается площадь полевого МДП-транзистора, то это приводит к уменьшению С и, соответственно, уменьшению Pt (Pt = CU^2)

15. Почему ток и мощность, потребляемые КМДП-ключом, уменьшаются с уменьшением Eпит и порогового напряжения?

С уменьшением Eпит и порогового напряжения увеличивается эффективность работы транзисторов. Это означает, что для их включения и выключения требуется меньше энергии, что непосредственно влияет на общую потребляемую мощность

16. Что такое закон Мура?

Наблюдение, согласно которому количество элементов ИС (кол-во транзисторов) возрастает на порядок примерно каждые пять лет (по другой трактовке – удваивается примерно за полтора года)