ELETTRONICA II. Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino. Gruppo B: Famiglie logiche Lezione n. 9 - B - 5:
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1 ELETTRONICA II Prof. Dante Del Corso - Politecnico di Torino Gruppo B: Famiglie logiche Lezione n. 9 - B - 5: Comportamento dinamico dei circuiti logici Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n. 1-01/11/97
2 Famiglie logiche 5 Parametri temporali delle porte logiche: ritardo di propagazione, tempi di salita e di discesa Diagrammi di temporizzazione Interfacciamento dinamico Relazione tra velocita - consumo Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n. 2-01/11/97
3 Riferimenti al testo Millman-Grabel: Cap. 6: Basic logic circuits 6.6: Propagation delay of an NMOS inverter Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n. 3-01/11/97
4 Esperienza di laboratorio Forme d onda di ingresso e uscita di un invertitore logico Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n. 4-01/11/97
5 Risposta dinamica di un inverter V I V O V I t V O t Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n. 5-01/11/97
6 Comportamento dinamico Ritardo nel cambiamento di stato Variazione di pendenza dei fronti questo comportamento: dipende da parametri parassiti (capacita che si devono caricare,...) varia da un esemplare all altro dello stesso circuito Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n. 6-01/11/97
7 Ritardo di propagazione La variazione di stato in uscita non e contemporanea alla variazione di stato all ingresso Questo ritardo e detto ritardo di propagazione (propagation time, t P ), Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n. 7-01/11/97
8 Ritardo di propagazione E definito con riferimento all attraversamento di un livello intermedio tra V OH o V OL : (V OH + V OL )/2 t P dipende dal verso della transizione: t PHL : ritardo per la transizione H - L t PLH : ritardo per la transizione L - H Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n. 8-01/11/97
9 Ritardo di propagazione V I V OH V OL (V OH + V OL )/2 t V O V OH V OL t PLH t PHL t Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n. 9-01/11/97
10 Tempi di salita e di discesa La variazione di stato in uscita non è istantanea, ma richiede un tempo di salita (rise time) t r per la transizione L - H, e un tempo di discesa (fall time) t f per la transizione H - L Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
11 Tempi di salita e di discesa t r e t f sono definiti con riferimento al 10% e al 90% dell escursione totale V O V H V L 10 0 t f t r t Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
12 Tempi di salita e di discesa Confronto tra le tensioni di riferimento per HC e HCT da catalogo Valori indicativi Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
13 Da cosa dipendono i ritardi Gli elementi attivi (transistori) cambiano stato (saturazione/interdizione) con ritardo lezione 4: Comportamento dinamico dei transistori in commutazione Nei nodi del circuito sono presenti capacità parassite, che devono essere caricate e scaricate Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
14 Esempio: invertitore NMOS V DD C O comprende la capacità C DS e la capacità equivalente del carico R D D V I G S C O V O Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
15 Transitorio da V OH a V OL V O V DD V OH R D D R ON V O V OL τ 1 t S C O τ = (R D //R ON )C O Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
16 Transitorio da V OL a V OH V DD V O R D V OH D I D0 S C O V O V OL τ 2 t τ 2 = R D C O Il contributo di I D0 e trascurabile Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
17 Valore dei parametri C O e somma della capacità equivalenti di ingresso e di uscita collegate al nodo C IN : C OUT : pf pf (anche altri 3-S disabilitati e OC) Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
18 Tempi di salita e di discesa L andamento effettivo e una combinazione tra esponenziale (circuito RC) e carica lineare (a corrente costante) I circuiti NMOS e TTL hanno fronti asimmetrici (correnti e resistenza di uscita diverse per V OL e V OH ) I circuiti CMOS hanno fronti simmetrici Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
19 Tempi di propagazione V O I tempi di salita e discesa ed i tempi di commutazione degli elementi attivi provocano un ritardo nell attraversamento delle soglie. V OH V OL τ 1 V IL t PHL t Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
20 Variazioni del t P I tempi di propagazione dipendono da tensione di alimentazione, temperatura, soglia V T (lezione 5), e altri parametri Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
21 Variazioni del t P V O V OH V T1 V T2 V OL t t PHL1/2 Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
22 Variazioni del t P Altre cause di variazione del t P : Differenti livelli V OH e V OL Valore reale di R Numero di ingressi collegati (valore di C) Tolleranze nei parametri degli elementi attivi Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
23 Cos è lo skew I tempi di propagazione dipendono da tensione di alimentazione, temperatura, soglia V T (lezione 5), e altri parametri La differenza tra il valore massimo e il valore minimo del tempo di propagazione è lo skew Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
24 Valori del tempo di propagazione Il costruttore fornisce sempre il valore massimo del t P, spesso anche il valore tipico, molto raramente il valore minimo Quando occorrono ritardi noti (reti per la distribuzione del clock), si usano componenti particolari (low skew). Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
25 Altri parametri temporali Il tempo di propagazione è una relazione tra ingresso e uscita E possibile specificare relazioni temporali tra diversi ingressi E, per le porte 3-S, ritardi tra comando e uscita tempi di abilitazione e disabilitazione Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
26 Data sheet Tempo di set-up e di hold (circuiti sequenziali) t su, t h Tempi di abilitazione e disabilitazione (3-S) t PZL, t PZH, t PLZ, t PHZ Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
27 Frequenza operativa limite La presenza dei tempi di salita e discesa limita la cadenza di commutazione dell uscita E la massima frequenza operativa del circuito V O t circuito operativo non operativo Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
28 Riepilogo Tempi di salita e discesa: Tempi di propagazione: Tempi di set-up e di hold: t r, t f t PLH, t PHL t su, t h Tempi di abilitazione/disabilitazione: t PZL, t PZH, t PLZ, t PHZ Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
29 Interfacciamento dinamico Le capacità parassite rallentano le transizioni e aumentano i ritardi Gli ingressi CMOS non determinano carico statico, ma introducono carico capacitivo Le transizioni lente possono causare oscillazioni alle uscite (usare ingressi a trigger) I collegamenti lunghi aumentano i ritardi e possono causare oscillazioni (parte G) Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
30 Esperimento di laboratorio Verifica dei tempi di ritardo Verifica dei tempi di salita e discesa per TP e OC Effetto delle variazioni di carico Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
31 Riepilogo Parametri temporali delle porte logiche Ritardo di propagazione Tempi di salita e di discesa Altri parametri di temporizzazione Interfacciamento dinamico Elettronica II - Dante Del Corso - Gruppo B - 7 n /11/97
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