Page 1. SisElnF1 12/21/01 MZ 1 SISTEMI ELETTRONICI. Ingegneria dell Informazione. Modulo. Obiettivi del gruppo di lezioni F.

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1 Ingegneria dell Informazione Modulo SISTEMI ELETTONII F E SEQUENZILI F1 rcuiti combinatori» Porte logiche combinatorie elementari» Modello interruttore-resistenza» rcuiti sequenziali base» Flip-Flop, egistri, contatotori» Macchine a stati finiti» Trend tecnologico e famiglie logiche 21-Dec-01-1 Obiettivi del gruppo di lezioni F rcuiti combinatori» osa sono e come si realizzano semplici circuiti combinatori» nalisi del comportamento dei circuiti combinatori con il modello resistenza-interruttore» Derivazione di semplici funzioni logiche rcuiti sequenziali» ome si realizza un circuito digitale con memoria» Esempi di flip-flop e registri» omportamento dinamico dei flip-flop» Esempi di circuiti sequenziali: registri, contatori, shift» nalisi di macchine a stati finiti (FSM) Trend tecnologico e famiglie logiche» Evoluzione della tecnologia e famiglie logiche 21-Dec-01-2 Organizzazione 4 lezioni» caratteristiche base dei dispositivi logici combinatori» caratteristiche base dei circuiti logici sequenziali» macchine a stati finiti» trend tecnologico e famiglie logiche 1 laboratorio» Misure su circuiti combinatori e sequenziali 21-Dec-01-3 Page 1 MZ 1

2 Obiettivi di questa lezione (F1)» Derivazione di circuiti combinatori a partire dal modello semplificato resistenza-interruttore» alcolo dei tempi di ritardo e dei consumi» nalisi e progetto di circuiti logici complessi» nalisi di logiche a pass-transistor 21-Dec-01-4 Le porte logiche elementari possono essere modellate con gruppi di esistenze () e Interruttori (SW) Le possono essere delle vere e proprie esistenze Gli SW modellano (non in modo completamente preciso) dei componenti attivi (MOS, ipolari, etc) non lineari che si comportano come interruttori Vout 21-Dec-01-5 I circuiti logici pilotati sono assimilabili a gruppi EEIVE DIVE i 21-Dec-01-6 Page 2 MZ 2

3 e di ingresso i Solitamente la i e molto elevata, tanto da poterla considerare trascurabile rispetto alla capacita ingressi di tipo capacitivo 21-Dec-01-7 OMMUTZIONE 0 1 Supponiamo che il carico sia puramente capacitivo. Durante la commutazione dell uscita 0 1, la corrente I scorre dall alimentazione verso il carico. Il tempo di salita vale: Tr = 2.2 ( ) L energia impiegata vale: E = 2 tempo per passare dal 10% al 90% del valore finale I Meta dell energia viene dissipata su e meta e immagazzinata su 21-Dec-01-8 OMMUTZIONE 1 0 Durante la commutazione dell uscita 1 0, la corrente I scorre dal carico verso massa () Il tempo di discesa dipende da come si modella l interruttore: Se SW e ideale Tf = 0 (non realistico) I Se SW e reale (con in serie una resistenza SW) Tf = 2.2 SW (realistico) L energia immagazzinata su viene completamente dissipata su SW 21-Dec-01-9 Page 3 MZ 3

4 ONSUMO DI POTENZ Oltre alla potenza dissipata durante la commutazione la topologia -SW prevede un consumo STTIO di POTENZ quando l uscita e a ZEO I Ps = I ovvero Ps = / ( + SW) 2 IN = 1 sw La potenza statica e del tutto inutile per il funzionamento del dispositivo logico. Si usano i circuiti -SW solo quando tecnologicamente conviene o quando non se ne puo fare a meno (o quando il consumo di potenza non e fondamentale) 21-Dec SW complessi 1 Il circuito -SW e generalizzabile con una rete di interruttori in parallelo verso collegati agli ingressi,, In questo modo si realizza la funzione logica NO = I LOLI DELL POTENZ DISSIPT E DEL ITDO SONO GLI STESSI DEL INVETE 21-Dec SW complessi 2 Se gli interruttori collegati agli ingressi,, sono posti in SEIE verso si realizza la funzione logica NND =.. I LOLI DELL POTENZ DISSIPT E DEL ITDO SONO GLI STESSI DEL INVETE, PEO : L SI DI VVIENE SULL SEIE DELLE SW 21-Dec Page 4 MZ 4

5 ESEIZIO: -SW complessi ealizzare la funzione logica = + ( ) SUGGEIMENTO: USE LE LEGGI DI DE MOGN!! alcolare Tf e Tr nelle diverse configurazioni degli ingressi (Tutte le resistenze degli switch sono uguali a SW ) 21-Dec SW-SW complessi 1 IL POLEM DELLE LOGIHE -SW E IL ONSUMO STTIO DI POTENZ LLO ZEO LOGIO DI USIT. QUNDO E POSSIILE TENOLOGIMENTE SI UTILIZZNO LOGIHE SW-SW. DUE TIPI DI SW: IN HIUSO ON INGESSO 0 HIUSO ON INGESSO 1 21-Dec SW-SW complessi 2 NON HNNO ONSUMO STTIO DI POTENZ (NON ESISTE UN PEOSO ONDUTTIVO T E ) IN IN 21-Dec Page 5 MZ 5

6 SW-SW OMMUTZIONE 0 1 Durante la commutazione 0 1, la corrente I scorre dall alimentazione verso il carico. Il tempo di salita vale (se swu = 0 ): I Tr = 0 (non realistico) Se SW e reale (con in serie una resistenza SWd) Tr = 2.2 SWu (realistico) L energia impiegata vale: E = 2 21-Dec Se SW non e ideale comunque il tempo di salita e molto minore del caso -SW SW-SW OMMUTZIONE 1 0 Durante la commutazione dell uscita 1 0, la corrente I scorre dal carico verso massa () Il tempo di discesa dipende da come si modella l interruttore: Se SW e ideale Tf = 0 (non realistico) Se SW e reale (con in serie una resistenza SWd) Tf = 2.2 SWd (realistico) I L energia immagazzinata su viene completamente dissipata su SWd 21-Dec Il circuito SW-SW e generalizzabile con una rete di interruttori in parallelo verso ed una rete di interruttori in serie verso collegati agli ingressi,, In questo modo si realizza la funzione logica NO = SW-SW complessi 1 I LOLI DELL POTENZ DISSIPT E DEL ITDO SONO GLI STESSI DEL INVETE 21-Dec Page 6 MZ 6

7 Se la rete superiore ha gli SW in parallelo e la rete inferiore ha gli SW in serie si realizza la funzione logica NND SW-SW complessi 2 =.. I LOLI DELL POTENZ DISSIPT E DEL ITDO SONO GLI STESSI DEL INVETE 21-Dec ESEIZIO: SW-SW complessi ealizzare la funzione logica = + ( ) SUGGEIMENTO: USE LE LEGGI DI DE MOGN!! alcolare Tf e Tr nelle diverse configurazioni degli ingressi (Tutte le resistenze degli switch sono uguali a SWU e SWd ) 21-Dec ESEIZIO: HLF DDE IVE IL IUITO (HLF DDE) HE ESEGUE L SOMM INI DI DUE IT E SUM = xor Y = and 21-Dec Page 7 MZ 7

8 ESEIZIO: FULL DDE IVE IL IUITO (FULL DDE) HE ESEGUE L SOMM INI DI DUE IT E ON UN Y IN INGESSO SUM = xor xor Y_IN Y_ = ( ) + ( Y_IN) + ( Y_IN) OME SI PUO ELIZZE UN FULL DDE UTILIZZNDO SOLO DEGLI HLF DDE? 21-Dec LOGI INTEUTTOI FUNZIONI LOGIHE POSSONO ESSEE ELIZZTE NHE UTILIZZNDO GLI INTEUTTOI IN SEIE L SEGNLE MULTIPLEXE : EXO : = S + S = xor S 21-Dec SE 21-Dec Page 8 MZ 8