Fachhochschule Aachen Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik. Mo., 04. Oktober :30 bis 11:30 Uhr

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1 Name (Blockschrif) Unerschrif Marikel-Nr. Informaik Sudiengang Fachhochschule Aachen Fachbereich Elekroechnik und Informaionsechnik Prof. Dr.-Ing. F. Wosniza Prof. Dr.-Ing. H. Heuermann DIGITALTECHNIK UND TECHNISCHE INFORMATIK Mo., 04. Okober :30 bis 11:30 Uhr Es sind keine Hilfsmiel zugelassen (außer Taschenrechner mi einzeiligem Display und ohne Texspeicher). Ein Bla is als Formelsammlung zugelassen. Sämliche Kommunikaionsmiel sind verboen. Es darf nur das ausgeeile Papier verwende werden. Schreiben Sie auf jedes Bla Ihren Namen und Ihre Marikelnummer. Ergebnisse, deren Lösungswege nich aus der Darsellung ersichlich sind oder die unleserlich sind, werden nich gewere. Aufgabe max.pk. Punke Summe 150 Noe:

2 Name: Mar.-Nr.: Bla 2

3 Name: Mar.-Nr.: Bla 3

4 Name: Mar.-Nr.: Bla 4

5 Name: Mar.-Nr.: Bla 5 Aufgabe 4: Rückgekoppeles Schieberegiser Gegeben sei das in Abb.1 skizziere Schalwerk mi den Ausgängen A(ρ), B(ρ)und C(ρ) und einem Takeingang Clk. Der innere Schalungsaufbau des Schalwerkes is in Abb. 2 wiedergegeben. Es beseh aus 3 negaiv-akflankengeseueren D-Flip-Flops sowie zwei Schalnezen. Schalwerk A(ρ) B(ρ) C(ρ) Clk Abb. 1: Schalwerk mi den Ausgangsvariablen A(ρ); B(ρ) und C(ρ). A(ρ) B(ρ) C(ρ) D(ρ) E(ρ) Clk Abb.2: Innerer Schalungsaufbau des Auomaen Als Zusand nach dem ρ en Takimpuls bezeichnen wir die Zahl Z(ρ) = 4 A(ρ) + 2 B(ρ) + C(ρ) Mi Z(ρ)={A(ρ), B(ρ), C(ρ)} wird nach ρ Takimpulsen, mi D(ρ) wird der Ausgang des Schalnezes f(b,c) und mi E(ρ) der Ausgang des Schalnezes f(a,c) nach ρ Takimpulsen bezeichne. a) Ausgehend vom Zusand Z 0 ={A(0)=0,B(0)=0,C(0)=0} durchläuf das Schalwerk die folgenden Zusände. Vervollsändigen Sie die Tabelle.

6 Name: Mar.-Nr.: Bla 6 n Z(ρ) A(ρ) B(ρ) C(ρ) Z(ρ+1) D(ρ) E(ρ) b) Kann das Schalwerk Zusände annehmen, die in der obigen Tabelle nich aufgeführ sind? Benennen Sie diese. c) Im folgenden Diagramm is für jeden Zusand ein Kreis dargesell. Von jedem Kreis (d.h. Zusand Z(ρ)) aus zeichne man einen Pfeil zu dem folgenden Kreis (Folgezusand Z(ρ+1)) d) Wenn Sie den Zusand Z(ρ) nach dem ρ en Takimpuls kennen, können Sie daraus immer ableien, in welchem Zusand Z(ρ-1) das Schalwerk vor dem Takimpuls war. Für jeden Zusand gebe man an, ob dies geh oder nich (Begründung)! e) Das Schalwerk wird im Zusand Z 3 ={A(0)=0,B(0)=1,C(0)=1}gesare. Zeichen Sie im unensehenden Diagramm den zeilichen Verlauf der Signale A,B und C ein.

7 Name: Mar.-Nr.: Bla 7 Clk A B C

8 Name: Mar.-Nr.: Bla 8 Aufg. 5 (20 Punke) Laufzeieffeke haben auf schnelle Digial- und Mikroprozessorschalungen einen großen Einfluss, den man durch die Verwendung von Clock -Signale eliminieren kann. Die Gaer der im Folgenden unersuchen Schalungen haben eine Verzögerungszei von 10ns. D.h. 10ns nachdem sich die Eingangssignale (einschließlich dem Clock-Signal) geänder haben, erfolg eine Umschalung. Die Eingangssignale A, B und C sowie das Clock-Signal Clock und die Sarwere der inneren Größen X1 und X1 sowie X2 und X2 wie auch der Ausgänge S und S sind gegeben. Für die im Folgenden angegebene Digialschalung soll das Schalverhalen als nich geakee Schalung dargesell werden. Die zweie Digialschalungen mi den gleichen Gaern als geakee Schalung bei anseigender Clock -Flanke is im folgenden Bild dargesell. a) Tragen Sie das Schalverhalen über der Zei für X1, X2 und S im Falle einer asynchronen Schalungsrealisierung ohne Clock-Signal ein. b) Tragen Sie das Schalverhalen über der Zei für X1, X2 und S im Falle einer synchronen Schalungsrealisierung mi Clock-Signal ein. c) Welche Clock-Frequenz ha die Schalung? d) Welche maximale Frequenz kann an den Ausgängen X1 und X2 aufreen?

9 Name: Mar.-Nr.: Bla 9 Zu Aufg. 5 a): Clock A /ns B C X1 X2 S

10 Name: Mar.-Nr.: Bla 10 Zu Aufg. 5 b): Clock A /ns B C X1 X2 S

11 Name: Mar.-Nr.: Bla 11 Aufg. 6 (20 Punke) Ein einfaches im Folgenden verwendees Ersazschalbild eines MOS-Transisors beseh aus einem idealer Schaler und einem Serienwidersand R. Eine Logikschalung mi den beiden Eingängen U A und U B und dem Ausgang U ou wird mi der Vorsorgungsspannung Vcc=2V berieben. Die Schalung is aus Widersänden und spannungsgeseueren Schalern aufgebau. Sofern die Seuerspannung am Schaler kleiner als Vcc/4 (gemessen gegen Masse) is, befinde sich der Schaler im nichleienden Zusand. Lieg die Seuerspannung über Vcc*3/4, so is der Schaler leiend. Die Zwischenzusände sind nich definier und sollen nich aufreen.

12 Name: Mar.-Nr.: Bla 12 Zu Aufg. 6: a) Gib es eine Änderung der Spannung U S3 wenn ansa nur S1 beide Schaler S1 und S2 geschlossen sind? b) Welche logische Funkion realisier das gegeben Schalwerk? c) Tragen Sie für alle vier Logikzusände und die Were der gesuchen Spannungen und Sröme in der folgenden Tabelle ein! Die Widersände R weisen die Were von 200W auf und die Widersände R V1 und R V2 haben jeweils den Wer von 2kW. Der Ausgang soll unbelase sein. U A U B I 1 I 2 U S3 Uou in V in V in ma in ma in V in V d) Welche Leisung wird maximal in R V1 umgesez? e) Wie groß darf R V1 maximal sein, dami die Schalung noch einwandfrei arbeie? f) Geben Sie eine C²MOS-Schalung an, die die gleiche Funkion ha, wie die gegebene Schalung.

13 Name: Mar.-Nr.: Bla 13 Aufg. 7 (20 Punke) Zu analysieren is die folgende Innenbeschalung eines CMOS-Gaers aus idealen P- und N-MOS-Transisoren mi den Eingängen U und V und dem Ausgang Y. Die P-MOS- Transisoren sind durch den Kreis gekennzeichne. Die Schalung wird mi Vcc=4V berieben und alle Transisoren haben die Schalschwelle von 2V. a) Vervollsändigen Sie die folgende Tabelle. Zusände mi Spannungen >2V werden mi einer logischen 1 und Zusände mi Spannungen <2V mi einer logischen 0 gekennzeichne. U V Y b) Welches Gaer wird mi dieser Schalung realisier?

14 Name: Mar.-Nr.: Bla 14 Zu Aufg. 7: Gegeben is nun eine CMOS-Schalung nach dem folgenden Bild mi gleichen Transisoren und gleichen Logikzusänden und pegeln. Jeder Transisor kann als idealer Öffner oder Schließer berache werden. c) Gegeben die inneren Logikzusände Q über der Zei im folgenden Diagramm in Abhängigkei der Eingangssignale B (bzw. dem inverieren Signal von B) und W an. B W Q d) Wie bezeichne man diese Schalung und wo wird sie eingesez?

15 Name: Mar.-Nr.: Bla 15 Aufg. 8 (20 Punke) a) Für welche physikalische Größe läss sich der Wer 1 THz angeben? Was bedeue THz? b) Wie wird aus der Nuzleisung Pn und der Verlusleisung Pv der Wirkungsgrad h berechne? c) Geben Sie die Formel für einen Plaenkondensaor an. d) Die Sromversorgungsleiung zwischen Schalnezeil und CPU ha einen elekrischen Widersand von 0.04W. Welche Spannung U nez muss das Schalnezeil liefern, dami an der CPU 2.5V bei einem Sromfluss von 2A anliegen? e) Eine Treibersufe für eine Daenleiung nimm bei einer Versorgungsspannung von 2V einen Srom von 12mA auf und kann einen Srom von 10mA bei einem High- Signal von 1.8V reiben. Wie groß is der Wirkungsgrad h des Treibers? f) Wie is der Zusammenhang der elekrischen Leifähigkei k und dem Widersand R bei bekanner Länge l und bekannen Querschni A? g) Illusrieren Sie ein C-MOS-Transmissiongae. h) Was is der Unerschied zwischen einem EPROM und einem OPT-EPROM? i) Was unerscheide einen saischen und einen dynamischen Speicher? Geben Sie die Abkürzungen für beide Typen an. j) Nennen Sie Vor- und Nacheile von Speicherfeldern? k) Geben Sie das Schalbild der 4-Transisorzelle einer DRAM-Speichereinhei mi den Anschlüssen BL und WL an. l) Welche Daenkapaziä läss sich auf einer doppelseiigen DVD mi 2 Informaionsebenen (DVD12) speichern?