5 Расчет временных параметров устройства
При расчете максимальной частоты устройства (минимального периода тактовых сигналов) руководствуются следующим: длина импульса тактового сигнала должна быть достаточной для срабатывания элементов схемы.
В разработанном распределителе (приложение С) можно выделить 3 критических пути, определяющих длительность тактовых сигналов ГТИ:
1. От ГТИ через синхронный вход D-триггера, потом на ПМЛ1, затем через схему ПМЛ2 и на выходной блок;
2. От ГТИ через синхронный вход D-триггера, потом на ПМЛ1 после на вход сброса JK-триггера;
Согласно проведенным расчетам длина импульса тактового сигнала CLK должна быть не менее 96,5 нс. Путь номер 1 – самый длинный (TМИН = 96,5 нс), путь 2 короче.
В итоге получили максимальную частоту работы узла: f = 1 / T = 2,5 МГц, т. к. по заданию скважность выходных импульсов равна 3.
Задержка между появлением сигнала ГТИ и выставлением сигналов распределителя на шине данных определяется задержками двух ПМЛ коньюнкторов:
Тз = 2*TПМЛ + T2И = 80 + 7,5 = 87,5 нс.
Задержка команды сброса от шины адреса до триггеров: TRES = 2*TНЕ + T2ИЛИ-НЕ + Т4И = 14 + 6,5 + 8,5 = 29 нс.
Задержка команды пуска от шины адреса до JK-триггера: TCS = 3*TНЕ + T2ИЛИ-НЕ + Т4И = 21 + 6,5 + 8,5 = 36 нс.
Максимальная задержка от подачи команды пуск до выставления первых сигналов распределения:
TMAX = TCS + TJK-ТРИГ + 2*ТПМЛ + T2И = 36 + 10 + 80 + 7,5 = 133,5 нс.
6 Расчет параметров генератора тактовых импульсов
Необходимо рассчитать параметры генератора тактовых импульсов. В качестве генератора была выбрана схема:
Для этой схемы характерна генерация с частотой: f = 1 / (1.9∙R1∙C), при этом номинал резистора R1 – 300Ом. Соответственно можем рассчитать номинал конденсатора С:
С=1 / (1.9∙R1∙f) = 70 нФ.
А номинал R2 в 2-3 раза больше R1: R2 = 750 Ом.
7 Расчет мощности
При расчете мощности устройств выделяют:
статическую мощность, потребляемую устройством в режиме покоя (без переключений).
динамическую мощность устройства в процессе его функционирования;
Статическая мощность рассчитывается по всем элементам устройства как произведение среднего тока Iср и напряжения питания UИП. Значения токов для используемых микросхем приведены в приложении А. Напряжение питания равно 5В.
|
Обозначение микросхемы |
Кол-во |
ICР, мА |
РСР, мВт |
РΣ, мВт |
|
КР1554ЛН1 |
1 |
4.0 |
20 |
20 |
|
КР1554ЛИ1 |
2 |
4.0 |
20 |
40 |
|
КР1554ЛЕ1 |
2 |
4.0 |
20 |
40 |
|
КР1554ЛИ6 |
1 |
4.0 |
20 |
20 |
|
КР1554ТВ15 |
1 |
8.0 |
40 |
40 |
|
КР1554ТМ9 |
1 |
8.0 |
40 |
40 |
|
КР1556ХЛ10 |
2 |
180 |
900 |
1800 |
|
Суммарная статическая мощность: |
2000 | |||
Динамически потребляемая мощность растет линейно с увеличением частоты переключения и емкости нагрузки. Потребляемая динамически мощность вычисляется по формуле:
,
где
Свх – входная емкость нагрузки;
См = 15пФ – емкость монтажа;
Свых = 30пФ – выходная емкость логического элемента;
f – частота переключений ;
Uип = 5В – напряжение питания;
k – количество элементов нагрузки;
Динамическая мощность:
|
Обозначение микросхемы |
k |
CВХ, пФ |
f, МГц |
РД, мВт |
|
КР1554ЛН1 |
6 |
4,5 |
1.00 |
1,8 |
|
КР1554ЛИ1 |
8 |
4,5 |
1.00 |
2,025 |
|
КР1554ЛЕ1 |
11 |
4,5 |
1.00 |
2,36 |
|
КР1554ЛИ6 |
3 |
4,5 |
1.00 |
1,46 |
|
КР1554ТВ15 |
3 |
4,5 |
2.5 |
3,65 |
|
КР1554ТМ9 |
5 |
4,5 |
2,5 |
4,22 |
|
КР1556ХЛ10 |
20 |
4.5 |
2.5 |
8,44 |
|
Суммарная статическая мощность: |
24 | |||