Badanie czasów propagacji i mocy pobieranej przez bramki CMOS

Laboratorium
Podstaw Elektroniki i Miernictwa
Ćwiczenie
Pomiar czasów propagacji i mocy
pobieranej przez bramki CMOS
Wykonując
pomiary
PRZESTRZEGAJ
przepisów BHP związanych z obsługą urządzeń
elektrycznych. Wszelkie zauważone uszkodzenia,
usterki i nieprawidłowości NATYCHMIAST
ZGŁOŚ prowadzącemu zajęcia.
Po wykonaniu ćwiczenia ROZŁĄCZ układ
pomiarowy, WYŁĄCZ zasilanie urządzeń,
ODSTAW urządzenia przestawione z innych
stanowisk na ich pierwotne miejsce.
Wrocław 2008
Badanie czasów propagacji i mocy pobieranej przez
bramki CMOS
1. Cel ćwiczenia
Określenie mocy pobieranej przez bramkę CMOS w stanie wysokim, niskim i podczas
przełączania oraz jej czasu propagacji i mocy rozpraszanej w funkcji częstotliwości.
2. Zagadnienia do przygotowania:
- budowa i zasada działania bramek TTL i CMOS,
- zasady zasilania, podstawowe parametry statyczne i dynamiczne (napięcie zasilania, stany
logiczne, czas propagacji, odporność na zakłócenia obciążalność, pobór mocy),
- rodzaje bramek TTL i CMOS.
3. Program ćwiczenia
W ramach ćwiczenia badane będą właściwości układu scalonego CMOS MCY 74011.
3.1. Sprawdzenie poprawności działania układu CMOS
W celu sprawdzenia poprawności działania wybranej bramki należy
- zasilić układ napięciem Ucc = 5 V,
- zewrzeć ze sobą oba wejścia wybranej bramki,
- mierzyć napięcie wyjściowe przy przykładaniu na wejście napięć odpowiadających
wartościom logicznym 0 i 1 (0 logiczne odpowiada zwarciu wejść do masy, 1 logiczna
odpowiada spolaryzowaniu wejść bramki napięciem 5V)
- wyniki zapisać w tabeli dla wszystkich bramek w układzie,
- dokonać oceny jakości, w przypadku uszkodzonej bramki układ wymienić na nowy.
- 0 logicznemu i 1 logicznej przypisać konkretne wartości napięć wyjściowych.
3.2. Pomiary mocy pobieranej przez bramkę CMOS metodą „punkt po punkcie”
Zmontować układ jak na poniższym rysunku. Układ zasilić napięciem 5V korzystając
ze stabilizowanego zasilacza z zestawu laboratoryjnego.
Rys.1 Układ do pomiaru mocy pobieranej przez bramkę w stanie 1, 0 i w chwili
przełączania
Napięcie wejściowe wziąć albo z regulowanego zasilacza zestawu laboratoryjnego lub z
zasilacza stabilizowanego. Zmieniając napięcie wejściowe notować wartość prądu
pobieranego przez bramkę. Pomiary prowadzić do momentu, kiedy bramka zmieni swój stan
logiczny na wyjściu. Wykreślić zależność I(Uwe).
3.3 Pomiary czasu propagacji i mocy rozpraszanej bramek CMOS
Na generatorze z zestawu laboratoryjnego ustawić prostokątny przebieg napięcia.
Układ CMOS podłączyć do wyjścia „CMOS” na generatorze. Napięcie sygnału z generatora
nie powinno przekroczyć wartości UDD=5V. Dla kolejnych częstotliwości z zakresu od 1kHz
do 10MHz mierzyć czasy opóźnienia propagacji tpHL i tpLH, a na ich podstawie obliczać
średnie czasy propagacji tp bramki. Za moment przełączenia stanu logicznego na wyjściu
bramki przyjąć chwilę, w której wartość wyjściowa przecina połowę obserwowanej amplitudy
sygnału wyjściowego. Wykreślić zależność średniego czasu propagacji od częstotliwości
przełączania.
Dla kolejnych częstotliwości odczytywać także prąd pobierany przez układ (bramkę).
Na
tej
podstawie
zależność
pobieranej
wykreślić
średniej
przez
mocy
bramkę
w
funkcji częstotliwości. Pomiary
wykonywać
wg.
schematu
pokazanego na rys 2. (stosować
kable ekranowane).
Rys. 2. Układ do pomiaru czasu propagacji i mocy
rozproszonej bramek CMOS
4. Ocena wyników i obliczenie parametrów
Odpowiedzieć na pytanie: w którym stanie bramki pobierają największą moc?
Oszacować częstotliwość graniczną pracy badanej bramki logicznej.
5. Literatura
Wykład
W. Marciniak “Przyrządy półprzewodnikowe i układy scalone” WNT 1985
J. Pieńkoś, J. Turczyński, “Układy scalone w systemach cyfrowych” WKŁ Warszawa 1980
W. Głocki „Układy Cyfrowe”, WSIP