: - יציב ונהפוך אותו ל - נמשיך מהדיון של מצב אל MonoStable (One Shot
Transcription
: - יציב ונהפוך אותו ל - נמשיך מהדיון של מצב אל MonoStable (One Shot
בהרצאה קודמת דיברנו על שלושה סוגים של ויברטורים: .1אל יציב. .2דו יציב. .3מחולל (מתנד). נמשיך מהדיון של מצב אל-יציב ונהפוך אותו ל:MonoStable (One Shot) - במעגל הבא ניתן לראות קונפיגורציה שבה מפסיקים את הטעינה-פריקה של הקבל התחתון באמצעות דיודה .הדיודה מאפשרת למתח שעל הקבל להגיע למקסימום של - VD1זאת ניתן לראות בדיאגרמת המתחים בגרף התחתון. הבדל נוסף הוא במעגל העליון .מניחיםR4 R1 : כאשר מכניסים מתח ריבועי נקבל את המתואר בדיאגרמה העליונה. נזכור כי. R1 / R1 R2 : המתח בכניסה החיובית למגבר הוא L VD 2 : כאשר - VD 2 :מפל המתח על הדיודה העליונה. כשהגל הריבועי נמצא על 0מקבלים ירידת מתח חדה על פני הקבל ואז המתח שבכניסת ה "+"-למגבר קטֵן ויורד מתחת ל "-"-ומקבלים היפוך במוצא. הקבל C1מתפרק עד לסף השני L -ומתח המוצא מתהפך ל. L - לאחר מכן הקבל C1נטען עד למתח VD1ולאחר מכן כל הזרם עובר לדיודה. לכן המתח אינו עולה מעל לערך זה וחזרנו למצב היציב. נמצא את זמן הפריקה של הקבל .ממשוואת הדפקים מקבלים: VB t L L VD1 et / ; R3C1 VD1 L ידוע כי VB T L :ולכן מקבלים: 1 L 1 עבור VD1 L :נקבל: 1 . T C1R3 ln . T C1 R3 ln נציין כי אם ברצוננו לתת טריגר נוסף עלינו לחכות לפחות עד שהקבל יתפרק ויטען עד למתח של . VD1 :Astable Multivibrator Using CMOS gates נתאר את המתחים במעגל הבא: נתחיל ממתח נמוך בכניסה למהפך הראשון (שמאלי) ,היציאה היא גם נמוכה והנקודה V01גבוהה .בשלב זה הקבל נטען והנקודה Vinתעלה עד שתגיע ל.1- בשלב זה המהפכים יתחלפו וכך הלאה. | 68 מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן נציין כי קיימים מעגלי הגנה שתפקידם הוא למנוע קפיצות של מתחים בנקודות המצויינות בסרטוט לעיל מעל ל VDD -או מתחת ל 0-אשר יכולים להזיק למעגל ולפעולתו .לא נתעמק במעגלים אלו בשלב זה ונניח כי הם קיימים. בגדול מעגלים אלו הם מבוססי דיודות אשר מונעות קפיצות מתחים לא רצויות. נתבונן בדיאגרמת הזמנים הבאה: מתחילים במצב שבו מתח הכניסה הוא ( . VDDז"א המתח בנקודה.) V02 : בשלב זה המתח בנקודה Vinיורד עד לנקודת הסף (הגרף התחתון). כעת המתח בנקודה זו יורד מ VDD -ל 0-באופן מיידי כתוצאה מרציפות של המתח על פני הקבל .התוצאה הישירה היא שהמתח יורד לגודל של . VTH VDD 0 :עקב הדיודות לא יורדים מתחת לאפס ולכן. Vin 0 : כעת הקבל נטען ומעלה את הנקודה Vinעד לסף. במעבר משם מ 0-ל 1-לוגי מקבלים שוב פעם קפיצות של לכן המתח כעת הוא. Vin VTH VDD VDD : הדיודות חוסמות מתחים מעל ל VDD -ולכן. Vin VDD : . VDD VDD VDD . T RC ln קבוע הזמן (ממשוואת הדפקים) הוא : VDD VTH VTH :CMOS Monostable Circuit נתבונן וננתח את המעגל הבא: אנו משתמשים במהפך בודד .נתייחס למצב של 00כדי שלטריגר תהיה השפעה (אחרת עבור Vin 1לא יהיה אף פעם עירעור). במצב 00יש לנו במוצא מהשער 1 NORלוגי והקבל לאחר זמן רב מהווה נתק. בנקודה Vin 2המתח הוא גם VDDעקב זרמים זניחים בענפים שלו. כאשר מערערים את המעגל ע"י פולס כניסה כמתואר בדיאגרמה ,המתח בנקודה V01 יורד בהפרש של . V1נציין הבדל משמעותי בשירשור דרגות CMOS על קבל בניהם והוא שיש להתייחס להתנגדות המוצא של הדרגה הקודמת. VDD R נקבל: ron R . V1 VDD R V01 rON | 69 מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן מוצא הוא מהפך ולכן נקבל בו VDDבשלב זה. הקבל מתחיל להיטען ורוצה להגיע למצב של נתק .נרצה להגיע למתחים. V01 0 ; Vin 2 VDD : כאשר מגיעים למתח הסף והמוצא הופך לאפס התהליך חוזר חלילה .גם כאן יש זמן התאוששות למעגל והוא במעבר מקפיצת המתח V2כלפי . VDD R VDD . T C R ron ln זמן המחזור ממשוואת הדפקים הוא : R ron VDD VTH שימוש במעגל שמיט למתנד: בחיבור קבל נקבל טעינה ופריקה בין שני הספים של המעגל. V V V קבוע הזמן הוא. T RC ln DD TL TH : VDD VTH VTL ממירים: ממירים :(DAC) D/A נפתח בהערה חשובה והיא שהמרה גרידא של ערכים ספרתיים למתחים תיתן מתח מדרגות אשר לעניינו עדיין אינו אנלוגי. לכן נפריד את הניתוח של הממיר לשני חלקים: .1בסיס ה DAC-אשר ממיר את המספר שנמצא בביטי הכניסה לרמות מתח. .2מעביר נמוכים ) (LPFאשר מחליק את המתח והופך אותו לאנלוגי. :DAC using binary weighted R ladder ראינו בעבר את צורה זו של מעגל ולמדנו כי המפסקים קובעים את הביטים של המספר שברצוננו להכניס למעגל. תזכורת :פונקצית תמסורת של מהפך קונבנציונאלי: להלן מעגל פשוט בן שתי כניסות ומציאת מתח המוצא כתלות במתחי הכניסה לפי חוק אוהם וחוקי הזהב: Vin1 Vin 2 V Rf out Vout k1Vin1 k2Vin 2 R1 R2 Rf VCC Vout R1 Vin1 R2 -VCC | 6: מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן Vin2 נחזור למעגל המקורי ונכתוב את הזרם שנכנס לתוך המגבר: 2VREF D R b VREF V V 2V b b b1 REF b2 ... NREF b N REF 1 22 ... NN 1 R 2R 2 R R 2 2 2 R 2VREF מתח המוצא הוא D VREF D : 2 R i0 . V0 R f i0 לא נרצה להשתמש במעגל זה עקב גודל הנגדים והדיוק שלהם .למשל עבור N 16 :הנגד האחרון הוא. 215 R : הדיוק שלו הוא פרומיל ) .(0.1%בנוסף יש לנו טרנזיסטורים במקום כל מתג אשר גם להם התנגדות. הפתרון הוא "סולם :"R-2R יש לנו יחס קבוע בין הנגדים אשר ניתן להשגה בצורה די מדויקת ולא מהווה בעיה. נסתכל על הצומת האחרונה ונראה כי כל צומת רואה התנגדות שקולה של Rמלפניה. השיקול של הגדלים נובע מהזרמים. הזרם הנכנס לצומת הראשונה מתפצל לשני חצאים עקב שתי התנגדויות שוות שהוא רואה. הזרם שעבר לצומת השנייה שוב רואה שתי התנגדויות שקולות ולכן מתפצל לשני חצאים פעם נוספת .כך התהליך חוזר עד לצומת האחרונה ובכל מתג מעבירים את הזרם הרצוי. בסופו של דבר הזרם i0הוא כבר משוקלל ביחס לזרמים שהעברנו. קיימת בעיה והיא שהמתגים ממומשים באמצעות טרנזיסטורים ולכן יש לוודא שהם לא בקיטעון. עלינו לדרוש תנאים על המתחים שלהם ולוודא זאת עם הזרמים שעוברים בהם. להלן פתרון בעיה: ;| 6 מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן סולם הנגדים הוא מלמטה ויש לנו מגבר שרת נוסף. כל הטרנזיסטורים מוזנים באותו המתח. בטרנזיסטור הראשון עובר הזרם I Nולכן במוצאו. I N / : נדאג לכך שבנקודה Nהזרם השקול הוא. 2 I N / : I המתח בנקודה Nהוא. VN VB VBE , N N 2 R : המתח בנקודה N 1הוא2 R : מצד שני אפשר לכתובR : נציב ונקבל2R : IN 2I N I N 1 . VN 1 VB VBE , N 1 . VN 1 VN 2R VBE , N I N 1 R VBE , N 1 נדרוש כי VBE , N 1 VBE , N :ונקבל. I N 1 2 I N : 4I N 2 R VB VBE , N I N 1 . VB VBE , N 1 היות וכל המשחק הוא סביב הזרמים נצטרך לקבוע זרם I REFולחצוץ אותו בצורה משכנעת .זה הוא תפקיד המגבר. V נדאג להתאים את Q1 , QREFכך ש I1 I REF -כאשר. I REF REF : RREF המגבר משמש להעברת המתח לנקודות Bמבלי להעביר זרם ובכך שומר על היציבות של הזרם. עד כאן הרצאה .9תאריך30.5.12 : ממירים :ADC כעת נרצה להמיר מתח אנלוגי לערך ספרתי. התיאור המדויק של ממיר ADCפותח בדוגם. את הדוגם נבצע ע"י קבל ומתג כמתואר: תקפיד הקבל הוא להחזיק את המתח עד ליציאת Nהסיביות. להלן דיאגרמת זמנים הממחישה את ערך המתח במוצא הדוגם: הגרף העליון הוא מתח אנלוגי .השני הוא סגירת המפסק. הגרף השלישי מתאר את המתח על הקבל אשר מוחזק (מזניחים את זרמי הזליגה אשר מורידים מעט את המתח). נרצה להגיע לדוגם מהצורה הבאה: | 75 מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן מימושים שונים של :ADC מימוש :Flash נוכל ליצור סיגנלים VR1 ,VR N ע"י מחלק נגדים. 2 1 הביזבוז בא לידי ביטוי במספר רב של משווים. מימוש :Single-Slope יש משווה אשר נותן הוראה האם יש להמשיך לספור כלפי מעלה/מטה בהתאם למתח שנכנס אליו כמשוב ביחס למתח האנלוגי. חיסרון מובהק הוא הזמן שיש לחכות עד לתוצאה. לכן נעדיף להשתמש בשיטות שונות כגון שיטת החצייה. נוכל להחליף את המונה למכונת מצבים כלשהי. בצורה זו נוכל לחסוך ספירות. (שיטת החצייה היא מקרה פרטי של מכונת מצבים). מימוש :Dual-Slope יש לנו שני מתגים: – s1עובר ממתח הייחוס והמתח האנלוגי. – s2שתפקידו לפרוק או לטעון את הקבל. פירוט אופן הפעולה: בהתחלה s2סגור t 0 ולכן. VC V1 0 : ברגע s2 , t 0פתוח ואז s1מגיע ל VA -למשך זמן T1ידוע. V הזרם שבו נטען הקבל הוא קבוע וערכו. A : R לכן יש פרופורציה בין הזמן לטעינת הקבל. את זה ניתן לראות בדיאגרמת הזמנים הבאה: VT כדי לדעת את ערך ה"-פיק". Vpeak V1 T1 A 1 : RC ברגע t T1 :סגורים את s1כלפי , VREFהקבל מתפרק V עד ל V1 0 -בקצב קבוע. REF : RC V V peak . REF מדמיון משולשים נוכל לקבל מהגרף: RC T2 T V לכן. 2 A : T1 VREF | 71 מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן תפקידי המשווים :הראשון הוא חוצץ ) (Bufferוהשני שולט בבקרת המתגים. ה Counter-סופר את הזמן T2בלבד ,כי את T1אנו יודעים ושולטים בו .לכן תפקיד מעגל הבקרה הוא לתת הוראה שלא לספור את הזמן T1אלא רק את . T2נציין כי מעגל זה אינו יודע להתמודד עם מתחים שליליים .זאת נראה בהמשך. מימוש:Charge-redistribution : פירוט שלבי הפעולה: .1מבצעים דגימה ) .(Sampleהמתג sA VA :ו sB -סגור .כל המתגים במקביל מכוונים לצד ימין (טוענים את כל הקבלים). נשים לב כי ערך הקבל השקול הוא 2C :ולכן יש לנו מעגל טעינה פשוט. המטען שנקבל על הקבל השקול הוא. Q 2CVA : .2החזקה ) :(Holdכעת sA VA :ו sB -פתוח .מרגע זה והלאה הקבלים לא יתפרקו. כל המתגים s1 s5 , sT עוברים לצד שמאל. .3חלוקה מחדש ( :)Redistributionהמתג sBפתוח ו. sA VREF - נזיז רק את s1ל . VREF -בשלב זה הקבל הראשון שערכו Cמחובר לVREF - בעוד שהקבל השקול כעת (שערכו הוא גם ) Cמחובר לאדמה. יתרחש מעבר מטענים ואז. Vout VA 0.5VREF : המתח VA :הוא תנאי התחלה (ת.ה ).והמתח 0.5VREF :הוא תגובה לכניסה. אם - Vout 0 :נפתח את ( s1להעביר אותו ימינה). אם - Vout 0 :נסגור את ( s1נשאיר אותו במצב הנוכחי) ונסגור את ( s2ל) VREF - כעת . Vout VA 0.25VREF :חזרנו שוב למצב הקודם עם קיבול שונה. Vout C C VREF VREF 1.5C Vout .4חוזרים חלילה על התהליך עד ש Vout -מתקרב כמה שניתן ל.0- מחלקים את המטען כדי לקבל Voutמינימלי. אין לנו בעיה של קיבולים פרזיטיים מכיוון שאין משוב ואז אין להם לאן להתפרק. לכן מעגל זה טוב כי המטענים בו לא מתפרקים אלא רק מתחלקים בצורה אופטימלית. | 75 מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן 0.5C מעגלים מגבילים :Clipping Circuits אנו יודעים כי עבודה בתחום שמעל ל VDD -יכול להזיק למעגל. במקרה הטוב המעגל קוצץ את המתח. בדוגמא להלן מופיע תיאור גרפי של מגבר שרת פשוט. מעגל זה נקרא.Double limiter : הוא קוטם את הפיק החיובי והשלילי. למעגל זה מקובל לקרוא גם.Hard limiter : מעגל זה מאופיין ע"י מעבר חד בין תחום ליניארי לרוויה ובתחום הרוויה השיפוע אפס. מעגל :Half Wave limiter שימוש נפוץ הוא ע"י דיודות: השיפוע הוא 1עד שהמתח עד פני הדיודה מגיע ל. VD - לאחר מכן המתח עליה קבוע. אם נחבר הפוך נקבל אופיין הפוך. כדי להמיר את מתח הקטימה לערכים גדולים יותר נוכל הוסיף מספר דיודות בטור או לחילופין להוסיף מקור מתח בטור: בצד מתוארים המעגל והגרף הממחישים זאת: המעגל הבא מתאר קטימה כפולה במתח חיובי ושלילי לפי המקורות: VBIAS VD Vout Vin VBIAS DC דיודת זנר: דיודה זו ,בשונה מדיודה רגילה ,מכילה מתח פריצה מובנה .בדיודת זנר ניתן להשתמש במתח הפריצה ובתחום שלו לצרכים שונים. להלן פירוט סמל הגרפי והאופיין של הדיודה: בד"כ משווים דיודות זנר כפולות כמתואר: VZ 2 VD1 VD 2 VZ 1 | 75 מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן מעגל:Soft-Clipping : המעגל מנחית את הפיק אבל עדיין מעביר צורה כלשהי. זה נגרם עקב הנגדים בטור לדיודות. דוגמא נוספת לכך ראינו במעבדה במימוש של מגברים באמצעות טרנזיסטור. במעבר מאזורי העבודה ניכרת קטימה רכה. מעגלי הגנה: נרצה להוסיף מעגלי הגנה אשר מונעים עבודה בתחומים שמעל ל VDD -או מתחת ל.0- באיור הסמוך ניתן לראות כי כאשר הקו האמצעי בתחום 0,VDD :שתי הדיודות מנותקות .אחרת אחת מהן מוליכה ומאזנת חזרה את המתח ע"י מעבר זרם. מעגלים עוקבים :Clamping Circuits באיפנונים ,למשל ,AMכאשר מאפשרים לאות המידע לרדת למתחים שמתחת ל0- הדבר מתורגם להיפוך פאזה באות הנושא .כדי למנוע זאת נוסיף דרגת .DC אפנון זה נקרא אפנון עם נשא ).)Carrier אחד מדרכי המימוש מבוסס על קבל ודיודה. יש לנו מקור מתח בתחום החיובי (גל משולש במקרה זה). הדיודה לא משפיעה בתחום החיובי אלא רק בתחום השלילי. כאשר מקור המתח הוא שלילי הדיודה שומרת על מתח קבוע. Vout VD : הקבל ממשיך לעקוב אחרי המתח לפי VDD VD VC :אבל הדיודה אחראית לשמירת נקודת מתח המוצא קבועה .במעבר למתח חיובי הקבל נטען פעם נוספת ואנו מקבלים סטיית מתח במצב המתמיד אשר מעלה את מתח המוצא בגודל קבוע. 2VP 0.7 להלן דוגמא נוספת עם דיודה הפוכה: | 76 מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן מכפל מתח: המוטיבציה במעגלים אלו היא ליצור נקודת מתח זמנית הגדולה פי 2בתוך מעגל משולב. שלב ראשון 1 -ו . 0 -מתקבל המעגל הימני. לאחר המעבר 0 :ו 1-מקבלים את המעגל השמאלי. הקבל שומר על מתח VDDכאשר. Vout 2VDD : VD VDD 2VDD + VDD - + VDD - הבעיה במעגל היא שאם נחבר לו רשת עם עומס אז בסופו של דבר הוא לא יספק "לעד" מתח כפול אלא יתרוקן (ואפילו מהר יחסית). מכפל נוסף: נראה מעגל נוסף שיכול להכיל עומס ולשמור על נקודת המתח שיצר. שלב ראשון :סוגרים את s1 , s3 :ואז Cנטען והמתח עליו הוא . VDD שלב שני :פותחים את s1 , s3וסוגרים את . s2 , s4נקבל את המעגל הבא: Vout Cout C VDD VDD VDD עבור C Cout :נקבל VDD : 2 2 Vout לפי. Vout ZIR ZSR : VDD בפעם הבאה נשלים את המטען על Cושוב נסגור את . s2 , s4התוצאה היא תוספת של 2 V V בהמשך נקבל תוספת של .... DD , DDעד שנגיע למתח סופי של . 2VDD :למעשה בכל מחזור הקבל Cנטען ומעביר 8 4 לקבל Coutאת המטען שעליו ובכל מגדיל את המתח עליו במחצית מערכו הקודם .היתרון הוא שהמתח כעת שואף ל2VDD - ומוחזק למרות קיום של עומס במעגל. . עד כאן הרצאה .10תאריך3.6.12 : | 77 מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן מעגל נוסף: במחצית הראשונה של המחזור הקבלים C1 , C2נטעים בטור. במחצית השנייה של המחזור ,הקבל C1מנותק מ C2 -ויוצר סטייה לקראת המחזור הבא .במחזור הבא הוא מטעין שנית את C2וכך הלאה. דוגמא מספרית של המעגל: שירשור של מעגלים – :Cockroft Ladder להלן מתואר מעגל עם שירשור של 3דרגות ולכן מתח המוצא היה פי 6ממתח המקור: 3VDD 6VDD 4VDD VDD 2VDD המתחים הרשומים בצמתים הם המתחים המירביים שכל צומת יכול להגיע אליהם. מעגלים עם קבלים ממותגים :Switched Capacitor Circuits במעגל הבא קצב השינוי של המקור הוא קטן מאוד יחסית לקצב השינוי של המתג. עלינו להראות שהתרומה של הקבל למעגל תהיה כמו של התנגדות .ז"א יש להראות כי הקבל מתנהג כמו נגד. | 78 מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן מההנחה שהכניסה משתנה לאט ביחס למתג ,נתייחס לכניסה כקבועה במשך מחזור מיתוג. בתחילה נקבל q C1 V1 V2 :כאשר V1 :הוא מתח הכניסה ו V2 -הוא מתח המוצא. V V q הזרם בקבל הוא fC1 V1 V2 1 2 : t 1/ fC1 . I avg 1 קיבלנו ביטוי הדומה לחוק אוהם עם התנגדות התלויה בתדר: fC1 ."R" נתבונן במגבר שרת המשתמש בטכניקה זו: נדרוש - 1 2 :פאזות שעון לא חופפות .המצב הבעייתי שראינו בעבר הוא כאשר שניהם סגורים יחדיו (.)nonoverlapping המעגל יפעל כפי שראינו קודם .בתחילה הקבל C1מחובר למקור ולכן נטען: לאחר מכן הקבל מתפרק לתוך לולאת המשוב. היתרון בשימוש בטכניקה זו: C 1 המעגל הוא אינטגרטור עם קבוע טעינהC2 TC 2 : fC1 C1 . ' R ' C2 C2 יותר קל להשיג דיוק ביחס בין הרכיבים מאשר ברכיב בודד .כאן ניתן להשיג דיוק של פרומיל ) (0.1%בין C1 . הקדמה – :FPGA ראינו לוגיקה סטנדרטית בטכנולוגית ,CMOSהבעיתיות היא שלא ניתן להרכיב הרבה יחידות במעט זמן ולהשיג מקסימום ביצועים. לאחר מכן ראינו את ה( PLD-וכל השאר )PLA , PAL , PROM :ולמדנו על אפשרות התכנות באמצעות חיווט. בשלב הבא נכיר את ה Field Programmable Gate Array-או ה.FPGA- השלב האחרון בשרשרת הוא ה – Customizing-תכנון של מעגל בהתאם לצרכים מההתחלה. ל FPGA-יש יחידות לוגיות בסיסיות המאפשרות לחבר אותן וגם ניתן לתכנת אותן בעצמן. | 79 מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן חיווט – :Wiring :Fuse based FPGA = write once ב FPGA-סביר להניח שמעט צמתים יהיו מחוברים. בכל נקודות החפיפה המתארות נשים :Antifuse בהתחלה ההתנגדות של ה Fuse-גדולה מאוד . R 1M :לאחר שנשרוף את ה Fuse-נקבל כי. R 5 : בתהליך השריפה אנו למעשה מחברים את שני החוטים של הצומת המסוימת. היתרון הוא שהמקום שתופס ה Fuse-בין החוטים בכל צומת קטן יחסית .החיסרון הוא שניתן לעשות זאת רק פעם אחת. – Nonvolatile FGPAיציב: הכוונה כאן היא שלאחר שאנו מנתקים את הרכיב מהאספקה עדיין הוא נשאר מתוכנת (ה)EEPROM- החיסרון הוא העלות ביצירת הטרנזיסטורים הללו כפי שראינו בעבר. :Volitale RAM based FGPA גם ראינו בעבר( .יצירה באמצעות RAMשל החיווט). יחידות לוגיות: להלן פירוט האפשרויות לבנייה של יחידות לוגיות: PLD + FF .1ו/או רגיסטרים. .Multiplexer .2ניתן ליצור 10פונקציות לוגיות )… (AND , OR , XORשונות( .פירוט בעמ' אחרון). .LookUpTable (LUT) .3לוקחים זיכרון שזוכר את הפונקציות שלנו ) (RAMוע"י גישה אליו מוציאים את הרצויה. הצורה הכללית של יחידה לוגית: I/O נרצה לחבר כל חיווט באמצעות טרנזיסטור כדי שיהיה רב-פעמי. אפשרויות החיווט הנוכחיות יוצרות בעיות אשר מגבילות את המצבים האפשריים .ברגע שמשתמשים בנתיב לכיוון אחד לא ניתן להשתמש בו לכיוון אחר .ז"א לא ניתן להעביר מידע מ LC-למספר יחידות לוגיות אחרות ).(LC=Logic Circuit LC LC Switch Box LC נרצה להזיז את ה Switch Box-למקום אחר כדי שלא יווצרו ההתנגשויות הנ"ל בין המידע שעובר בין המעגלים. LC in להלן תצורה יותר כללית המאפשרת העברת מידע בצורה יעילה יותר. out עד כאן הרצאה .12תאריך10.6.12 : | 7: מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן טכנולוגית :FPGA להלן תיאור השלבים לקבלת מוצר מוגמר: בטכלונוגיית FPGAתהליך התיכנון פשוט יותר כי הוא חוסך שלבים ארוכים ומהותיים הכלולים בתיכנון האורגינלי. -FPGAמבנה כללי: בשבוע שעבר התחלנו לראות את המבנה הבא: יש לנו בלוקים של כניסה ויציאה ובלוקים המהווים יחידות זכרון. בפועל החיבורים "קצת" יותר מורכבים כמתואר האיור הבא: הבלוקים המרכזיים הם פונקציות שונות ולכל אחת יש קווי הולכה שונים המחוברים ע"י מטריצות שמכוונות את כיוון המידע. ;| 7 מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן יחידת זכרון – :Logic Cell נפתח בדיון על ה LUT-משבוע שעבר. ה LUT-שומר את הערכים שיש להוציא עבור כל צירוף כניסה אשרי. בשלב התכנות אנו "מדברים" עם ה LUT-ואומרים לו מה להוציא מהרגיסטרים אליהם הם מחוברים. באיור המסוים הנ"ל ה LUT-משורשרות כדי ליצור טבלה גדולה יותר. עקרונית ,לתא הבסיסי שתי כניסות ולכן נרצה לממש רכיבים גדולים יותר. (לפחות מ 5-כניסות ויותר). להלן תיאור מורכב יותר של תא זיכרון: רכיב הזיכרון הוא של – Xcylicsנפוץ יחסית. לכל LUTיש 2כניסות (המניבות את 4הערכים לכניסתן) יש כניסה נוספת ל-MUX-ים שלמעלה .סה"כ 5כניסות. יש לנו הרבה -MUXים לאחר הטבלאות. תפקידם הוא להחליט מה נכנס לכל שלב הבא. אותם אנו מתכנתים בפועל. למשל ,יש לנו MUXבכניסת ה Enable-ל FF-ולכן תיכנות שלו יקבע האם להשתמש ברכיב זה או שלא. באופן דומה ה-MUX-ים שולטים בכל הרכיבים שיש ליחידת הזכרון להציע. דוגמא לחיבור של קווי הולכה באמצעות טרנזיסטור: להלן מתואר מסלול לפי הפעלת הטרנזיסטורים הרצויים. החיסרון הוא בהוצאת 2מוצאים שצריכים להגיע לאותו התא. במידה ויש שימוש רב בצורה זו נצטרך להעביר את הבלוק למיקום אחר בתוך הזיכרון על מנת לאפשר זאת. משתנים גבוליים (כדוגמת שעון) ימוקמו בצורה כזאת שתאפשר גישה לכל הרכיבים הזקוקים לו. | 85 מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן מבחינה אסטרטגית נרצה ששעון יהיה במרכז הבלוק על מנת לחסוך קווי הולכה. פורטים של הכניסה והיציאה: יש לנו הרבה אפשרויות בכניסה לרכיב בנבררות ע"י ה-MUX-ים כפי שניתן לראות. ניתן לשלוט על השהייה ,שעון וכו'... יש לנו 3סוגים של קווי הולכה: .1קווים שהולכים לאורך כל הרכיב. .2קווים באורך של מרחק בודד בין בלוק לחברו אשר יכולים לחבר בין המוצא לכניסה. .3קווים באורך כפול על מנת לאפשר קפיצה בין 2יחידות. כל קו יכול להכיל מספר ביטים. | 81 מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן במימוש של פונקציה מורכבת יהיה לנו נוח לחלק את התיכנון למספר Macro-Cellsהמחוברים באמצעות שערי AND אשר אותם מתכנתים .ניתן לפרק פונקציה מורכבת בצורה מקבילית .לתאים הבסיסים קוראים ).LAB (Logic Array Block היות ורכיב ה LAB-מורכב יש מעט יחידות כאלו על השבב. דוגמא לשילוב בין כמה טכנולוגיות: יש לנו שבב שנקרא.Virtex II : במרכז הקובייה יש מיקרו-מעבד. היום יש שבבים מורכבים יותר שמכניסים בתוכם מערכות שמטפלות בבעיות מסוימות. גם בטכנולוגית Virtexמכניסים מספר -LABים. פירוט מימוש 10פונקציות לוגיות באמצעות :MUX יש לנו 2כניסות X :ו Y-וביט ברירה כמתואר בסמוך: Multiplexer D S F 0 0 1 X 1 Y X XY Y XY X XY X X Y X X Y Y 1 1 | 85 B 0 X Y Y 0 0 1 0 0 1 A 0 0 0 0 X Y Y 1 1 1 ENB S1 X S2 Y C S מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן Multiplexer המטרה שלנו היא לממש פונקציה עם 5כניסות ומוצא אחד. נבצע זאת לפי התיאור הבא: D Multiplexer S1 D ENB S2 ENB נוכל לממש: S1 A S2 B C SA C S Multiplexer D -פונקציה לוגית של 3כניסות. ENB -פונקציה בוליאנית של 4כניסות. S1 C S2 D C SB .Latch.MUX 4 - s0 s1 (ב"-לוגי" ההתייחסות היא לאמת ושקר .ב"-בוליאני" יש צורך ב.)Carry- דוגמא למימוש של ANDעם 3כניסות: דוגמא למימוש של XORעם 2כניסות: AND Multiplexer D Multiplexer D Multiplexer S1 D ENB S2 ENB S1 0 S2 in1 Multiplexer S1 D C ENB S2 in2 ENB S1 1 S2 0 C in1 C C Multiplexer S Multiplexer D ENB S1 0 S2 0 D ENB C 0 S1 0 S2 1 C in1 in2 in3 עד כאן הרצאה .13תאריך17.6.12 : | 85 מעגלים אלקטרונים ספרתיים -סיכום ועריכה מאת שי ידרמן