Ingegneria dell Informazione Modulo SISTEMI ELETTONII E E SEQUENZILI E1 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 1/7/2003-1 SisElnE1 - MZ Obiettivi del gruppo di lezioni E 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 1/7/2003-2 SisElnE1 - MZ 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 1/7/2003-3 SisElnE1 - MZ Page 1 MZ 1
Obiettivi di questa lezione (E1)» 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» iferimenti allo Jaeger: 7.1, 7.5, 7.6, 8.1, 8.2, 8.4-6, 8.8, 8.9 1/7/2003-4 SisElnE1 - MZ 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 1/7/2003-5 SisElnE1 - MZ I circuiti logici pilotati sono assimilabili a gruppi EEIVE DIVE i 1/7/2003-6 SisElnE1 - MZ Page 2 MZ 2
e di ingresso i Solitamente la i è molto elevata, tanto da poterla considerare trascurabile rispetto all impedenza della capacità!ingressi di tipo capacitivo 1/7/2003-7 SisElnE1 - MZ Supponiamo che il carico sia puramente capacitivo. Durante la commutazione dell uscita L!H, la corrente I scorre dall alimentazione verso il carico. Il tempo di salita vale: Tr = 2.2 ( ) L energia impiegata vale: E = 2 OMMUTZIONE L! H tempo per passare dal 10% al 90% del valore finale I Metà dell energia viene dissipata su e metà è immagazzinata su 1/7/2003-8 SisElnE1 - MZ OMMUTZIONE H! L Durante la commutazione dell uscita H!L, la corrente I scorre dal carico verso Il tempo di discesa dipende da come si modella l interruttore: Se SW è ideale!tf = 0 (non realistico) I Se SW è reale (con in serie una resistenza SW)!Tf = 2.2 SW (realistico) L energia immagazzinata su viene completamente dissipata su SW 1/7/2003-9 SisElnE1 - MZ Page 3 MZ 3
Oltre alla potenza dissipata durante la commutazione la topologia -SW prevede un consumo STTIO di POTENZ quando l uscita è a LIVELLO SSO Ps = I ovvero Ps = 2 / ( + SW) ONSUMO DI POTENZ IN = H sw La potenza statica è del tutto inutile per il funzionamento del dispositivo logico.! Si usano i circuiti -SW solo quando tecnologicamente conviene o quando non se ne può fare a meno (o quando il consumo di potenza non è fondamentale) 1/7/2003-10 SisElnE1 - MZ I -SW complessi 1 Il circuito -SW è 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 DELL INVETE 1/7/2003-11 SisElnE1 - MZ -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 DELL INVETE, PEÒ: L SI DI VVIENE SULL SEIE DELLE SW 1/7/2003-12 SisElnE1 - MZ Page 4 MZ 4
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 ) 1/7/2003-13 SisElnE1 - MZ SW-SW complessi 1 IL POLEM DELLE LOGIHE -SW È IL ONSUMO STTIO DI POTENZ LIVELLO SSO DI USIT. QUNDO È POSSIILE TENOLOGIMENTE SI UTILIZZNO LOGIHE SW-SW. DUE TIPI DI SW: IN!HIUSO ON INGESSO L!HIUSO ON INGESSO H 1/7/2003-14 SisElnE1 - MZ SW-SW complessi 2 NON HNNO ONSUMO STTIO DI POTENZ (NON ESISTE UN PEOSO ONDUTTIVO T E ) H IN L H IN L 1/7/2003-15 SisElnE1 - MZ Page 5 MZ 5
SW-SW OMMUTZIONE L! H Durante la commutazione L!H, la corrente I scorre dall alimentazione verso il carico. Il tempo di salita vale (se swu = 0 ): I!Tr = 0 (non realistico) Se SW è reale (con in serie una resistenza SWd)!Tr = 2.2 SWu (realistico) L energia impiegata vale: E = 2 Se SW non è ideale comunque il tempo di salita è molto minore del caso -SW 1/7/2003-16 SisElnE1 - MZ SW-SW OMMUTZIONE H! L Durante la commutazione dell uscita H!L, la corrente I scorre dal carico verso lo zero volt () Il tempo di discesa dipende da come si modella l interruttore: Se SW è ideale!tf = 0 (non realistico) Se SW è reale (con in serie una resistenza SWd)!Tf = 2.2 SWd (realistico) I L energia immagazzinata su viene completamente dissipata su SWd 1/7/2003-17 SisElnE1 - MZ Il circuito SW-SW è 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 DELL INVETE 1/7/2003-18 SisElnE1 - MZ Page 6 MZ 6
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 DELL INVETE 1/7/2003-19 SisElnE1 - MZ 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 ) 1/7/2003-20 SisElnE1 - MZ ESEIZIO: HLF DDE IVE IL IUITO (HLF DDE) HE ESEGUE L SOMM INI DI DUE IT E SUM = xor Y = and 1/7/2003-21 SisElnE1 - MZ Page 7 MZ 7
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 PUÒ ELIZZE UN FULL DDE UTILIZZNDO SOLO DEGLI HLF DDE? 1/7/2003-22 SisElnE1 - MZ LOGI INTEUTTOI FUNZIONI LOGIHE POSSONO ESSEE ELIZZTE NHE UTILIZZNDO GLI INTEUTTOI IN SEIE L SEGNLE MULTIPLEXE : EXO : = S + S = xor S 1/7/2003-23 SisElnE1 - MZ SE 1/7/2003-24 SisElnE1 - MZ Page 8 MZ 8