Laboration 6. A/D- och D/A-omvandling. Lunds universitet / Fakultet / Institution / Enhet / Dokument / Datum

Transkript

1 Laboration 6 A/D- och D/A-omvandling

2 A/D-omvandlare

3 Digitala Utgång V fs 3R/2 Analog Sample R R D E C O D E R P/S Skiftregister R/2 2 N-1 Komparatorer

4 Digital elektronik Halvledare, Logiska grindar

5 Digital elektronik

6 Logiska nät Trappströmbrytare A och lika => lampan lyser A 230 V AC

7 Logiska nät Trappströmbrytare A och lika => lampan lyser A 230 V AC

8 Logiska nät Trappströmbrytare A och lika => lampan lyser A 230 V AC

9 Logiska nät Trappströmbrytare A och lika => lampan lyser A 230 V AC

10 ipolär-transistor ipolär transistor (i-polar Junction Transistor, JT) estår av två N-kristaller (P-kristaller) och en P-kristall (Nkristall) NPN eller (PNP) typ. Kollektor as v CE > 0:7 V v E 0:7 V Emitter

11 ipolär-transistor Två typer: NPN och PNP C C Strömmen som flyter mellan bas och emitter (NPN): I ¼ I S e e v E kt E E

12 ipolära-transistorer TTL-kretsar (Transistor-Transistor-Logic) 74LSxx Den vanligaste typen av logiska kretsar fram till ~1990 Fördel: Snabba Nackdel: Energikrävande Endast 0 5 Volt.

13 MOSFET-transistor (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) N-kanal Source Gate Drain Metall-oxid (isolerande) n + n + N-kanal bildas när en positiv gate-source spänning, V GS, större än tröskelspänningen, V T, appliceras. p - substrat

14 Transistorn en förstärkare MOSFET symboler NMOS PMOS drain gate source

15 NMOS som switch v in = hög a strömbrytare sluten V GS =5V v in I D V GS =4V v in = låg a öppen V GS =3V V DS [V]

16 Digitala kretsar CMOS Inverteraren (Complementary MOS) V DD GND

17 CMOS Inverteraren med transistorn som switch V DD GND

18 CMOS Inverteraren med transistorn som switch V DD hög in a PMOS öppen NMOS sluten Ut kopplad till GND a låg GND

19 CMOS Inverteraren med transistorn som switch V DD låg in a PMOS sluten NMOS öppen Ut kopplad till VDD a hög GND

20 CMOS Inverteraren med transistorn som switch V DD GND

21 CMOS Inverteraren 5 V OUT 4 N Off P Lin Real N Sat P Lin V OUT Ideal 3 2 N Sat P Sat 1 N Lin P Sat N Lin P Off V IN V IN

22 Logiska grindar

23 Logik Sant 1 Falsk 0 Eller + Och Icke A A + A = A A A = A A + A = 1 A A = 0 A + 1 = A

24 AND OCH-grind A C Amerikask symbol A & Europeisk symbol C

25 OR ELLER-grind A C Amerikask symbol Europeisk symbol A > 1 C C

26 NOT ICKE-grind Inverterare A Amerikask symbol Europeisk symbol A 1

27 XOR Exklusiv Eller-grind A C Amerikask symbol A Europeisk symbol A = 1 C C

28 NAND NOR C C A C A C

29 Logiska grindar V DD Sanningstabell A A UT A UT GND NAND = (Not AND)

30 Logiska grindar A NAND AND A A V DD f NAND f AND GND NAND + Inverter a AND Amerikansk & Europeisk

31 Hel-adderare A C (Carry) S (Summa) C 0 (Carry out) A = 244 = 206 A + = A + = (1)

32 Hel-adderare

33 Full adder (FA) Hel-adderare

34 Karnough diagram Mer om boolsk algebra, Karnoughdiagram etc. i kursen Digitalteknik, EIT020.

35 Statisk Heladderare i CMOS, 1 bit V DD A C V DD A A C C A A C o C C S V DD S A A C A A och : in C: minne in S: summa C o : minne ut V DD C o

36 14 bitars adderare

37 Första integrerade kretsen (IC), mm Kilbys IC: Phase-shift oscillator, 1.3MHz 5 komponenter varav 1 Transistor Jack Kilby Nobelpriset 2000 ild i Noyce patentansökan Robert Noyce Co-founder of Intel

38 Integrerade kretsar av olika komplexitet AND-Gate 6 Transistorer Filter Transistorer FFT - 1 Million Transistorer

39 Intel 4004 (1971) 2300 transistors 10mm/108kHz Processorer Intel Pentium 4 (2000) 42 million transistors 0.18mm / 1.5GHz approx gånger fler transistorer på 29 år.

40 Processorer Intel Core i7-970 (2010) ~1 miljard transistorer, ggr fler på 39 år µm Klockfrekvens ~5GHz

41 Antalet ledningslager ökar för att effektivisera sammankoppling

42

43

44 Moores Lag Antalet transistorer per chip dubbleras varje år. (1965) Ändrar 1975 till vartannat år. Gordon Moore En av Intels grundare ca. 1 miljard transistorer på ett chip 2007