2. Лабораторная работа №2. Временные параметры и характеристики цифровых микросхем

Цель работы: изучить методики измерения временных параметров и характеристики цифровых микросхем в различных режимах моделирования, а также влияние номинальных значений сопротивления и емкости нагрузки на эти параметры и характеристики.

Порядок выполнения работы

1) Изучите до начала выполнения лабораторной работы временные параметры и характеристики цифровых микросхем.

2) Соберите схему исследования временных характеристик логических элементов, при этом тип микросхемы выберите по таблице 7.2 с учетом установленного варианта задания.

Таблица 7.2 — Варианты заданий

№ варианта	Тип микросхемы
	логический элемент	триггер
1	K555LA3	K555TV1
2	K555LE1	K555TV6
3	KR531LL3	K555TV15
4	K555LA4	K555TM2
5	K555LA1	K555TM5
6	KR531LA19	K555TV9
7	K555LA2	K555TV10
8	K555LL1	K555TV11
9	K500 LM109	K555TM2
10	K555LE4	K555TV6
11	K555LE1	K555TM5
12	KR531LA19	K555TV1

Рекомендуемая схема исследования временных характеристик логических элементов в режиме моделирования аналого-цифровых устройств, а также параметры примененного источника цифровых сигналов приведены соответственно на рисунке 7.5а и рисунке 7.5б.

3) Исследуйте в подрежиме Run/Transient влияние параметров нагрузки на переходную характеристику логического элемента.

На рисунке 7.6 в качестве примера приведена переходная характеристики логического элемента K555LA3 при параметрах нагрузки R_н=1МОm, С_н= (функция v(OUT1)) и R_н=, С_н=50 pF (функция v(OUT2)).

а) б)

Рисунок 7.5 — Cхема исследования временных параметров логических элементов в режиме моделирования аналого-цифровых устройств а);

параметры примененного источника цифровых сигналов (CLK) б)

Рисунок 7.6 — Переходная характеристика логического элемента K555LA3

4) Определите по полученной переходной характеристике временные параметры исследуемой цифровой микросхемы (значения времен задержек распространения при включении и выключении интегральной микросхемы, времен нарастания и спада сигнала интегральной микросхемы, среднего времени задержки распространения, rise time и fall time).

5) Синтезируйте схему для исследования максимальной частоты следования импульсов входных сигналов цифровой микросхемы и по результатам моделирования определите ее значение.

Рекомендуемая методика определения значения максимальной частоты следования импульсов входных сигналов цифровой микросхемы приведена на рисунке 7.7 и рисунке 7.8.

6) Синтезируйте схему для исследования временных параметров триггера, тип которого в соответствии с установленным вариантом задания указан в таблице 7.2, и по результатам моделирования определите значения времени установления входных сигналов, времени удержания сигнала, времен задержек распространения при включении и выключении интегральной микросхемы, среднего времени задержки распространения, setup time, hold time, а также максимальное значение частоты следования импульсов входных сигналов.

Рекомендуемая методика определения временных параметров универсального JK-триггера приведена на рисунке 7.9 и рисунке 7.10.

а) б) в)

Рисунок 7.7 — Схема для исследования максимальной частоты следования импульсов входных сигналов цифровой микросхемы K555LA3 а); программы, описывающие работу генератора цифровых сигналов

при f_T < f_T.MAX б) и f_T > f_T.MAX в)

а) б)

Рисунок 7.8 — Временные диаграммы работы цифровой микросхемы при f_T < f_T.MAX а) и f_T > f_T.MAX б)

a) б)

Рисунок 7.9 — Схема для исследования временных параметров триггера K555TV15 a); программы, описывающие работу генераторов цифровых сигналов б)

Рисунок 7.10 — Временные диаграммы работы триггера K555TV15

Контрольные вопросы

1. Дайте определение (приведите формулы, где это необходимо) следующим параметрам цифровых микросхем:

1. входное напряжение низкого и высокого уровней;

2. выходное напряжение низкого и высокого уровней;

3. помехоустойчивость при низком и высоком уровне сигнала;

4. выходной ток низкого и высокого уровней;

5. ток потребления выходного напряжения низкого и высокого уровней;

6. средняя потребляемая мощность;

7. время выбора интегральной микросхемы;

8. коэффициент разветвления по выходу интегральной микросхемы.

2. Дайте определение переходной характеристике.

3. Приведите методику определения параметров цифровых микросхем:

1. времени нарастания сигнала;

2. времени спада сигнала;

3. rise time;

4. fall time.

4. Поясните методику определения максимального значения частоты следования импульсов входных сигналов:

1. логических элементов;

2. триггеров.