Elektronische Schaltungstechnik 2

Transkript

1 Elektronische Schaltungstechnik 2 Sammlung von Fragen und Antworten Einleitung Die Sammlung erhebt keinerlei Anspruch auf Vollständigkeit oder Korrektheit. Sollten Ihnen Fehler auffallen, bitte ich Sie, mir das per mitzuteilen. Version: 1.0 Stand: Erstellt von: Bernhard Geiger (sigurd@sbox.tugraz.at) Bernhard Geiger,

2 Schaltalgebra Wie wird das logische Produkt von logischen Summen genannt? Konjunktive Normalform Wie wird das logische Summe von logischen Produkten genannt? Disjunktive Normalform Verfahren zur grafischen Minimierung von logischen Funktionen? KARNAUGH-VEITSCH-Diagramme Wie viele Zustände können mit einem 10 bit Wort beschrieben werden? 1024 Identität nach DEMORGAN?!(A+B) =!A!B!(AB) =!A +!B Geben Sie bin als Hexadezimalzahl an: 5Eh Distributives Gesetz? Ausmultiplizieren bzw. Ausaddieren : A(B+C)=AB+AC A+BC=(A+B)(A+C) Kommutatives Gesetz? Vertauschbarkeit: AB=BA A+B=B+A Assoziatives Gesetz? Klammern setzen: A(BC)=(AB)C A+(B+C)=(A+B)+C Dualitätsprinzip? Die duale Form einer Gleichung entsteht, wenn Konjunktionen durch Disjunktionen, sowie 1 durch 0 ersetzt werden (und umgekehrt). Was ist negative Logik? Bei negativer Logik wird eine 1 durch einen niedrigeren Pegel repräsentiert als eine 0, z.b. RS232. Was ist positive Logik? Bei positiver Logik wird eine 1 durch einen höheren Pegel repräsentiert als eine 0, z.b. TTL Bernhard Geiger,

3 Logikschaltungen Was bedeutet TTL? Transistor-Transistor-Logik Wie wird die Ausgangsstruktur eines TTL-Gatters noch genannt? Totem Pole bzw. Open Collector Logikpegel eines unbeschalteten TTL-Eingangs? High Wie wird ein taktzustandsgesteuertes D-FF noch genannt? D-Latch Was erhält man durch Kaskadieren von 2 taktzustandsgesteuerten FF mit komplementärem Takt? Master-Slave-FF Was ist ein Schottky-Transistor (Schaltung, Vorteile)? Die Basis-Kollektor-Diode wird mit einer Schottky-Diode (0,3 V) überbrückt, sodass der Transistor nicht mehr in den Sättigungsbereich gelangen kann. Definition der Anstiegszeit? Zeit von 10% des Pegels zu 90% des Pegels. Definition der Fallzeit? Zeit von 90% des Pegels zu 10% des Pegels. Was bedeutet ECL? Emitter coupled logic Grundelement eines ECL-Gatters? Differenzverstärker Kombinatorische Logik Wahrheitstabelle Disjunktion Bernhard Geiger,

4 Wahrheitstabelle XOR-Gatter Wahrheitstabelle Antivalenz Realisierung OR mit NAND Realisierung XOR mit 4 NAND Wodurch können statische Laufzeitfehler entstehen? Wenn ein Signal vor seinem Komplement an einem Gattereingang auftritt. Was bedeutet iterativer Schaltungsentwurf (Blockschaltbild)? Zerlegung eines Problems in kleinere Teilprobleme gleicher Struktur. Kaskadierung der daraus entstandenen Schaltungen. Bernhard Geiger,

5 Codes Wofür steht BCD? Binary Coded Digit Besondere Eigenschaft des Gray-Codes? Einschrittig Was bedeutet einschrittiger Code? Dass sich von einem möglichen Wort zum Nachfolger nur ein bit ändert. Was bedeutet in GRAY-Code? (erste 1 pos, zweite neg., dritte pos., ) 19 Welches Wort folgt auf beim JOHNSON-Code aus 4 Code-Wahrheitstabelle: Was bedeutet als BCD-codierte Zahl? 10000bin=16dez= BCD Anzeigen Wofür steht LED? Light emitting diode Wofür steht LCD Liquid Crystal Display Was passiert, wenn LCD-Anzeigeelemente mit Gleichspannung angesteuert warden? Sie werden zerstört. Ungefähre Durchlassspannung roter LEDs? Ca. 1.7 V Grundmaterialen für LEDs für sichtbare Wellenlängen? Gallium-Arsenid-Phosphid Bezeichnung für LED-Anzeigen mit intern verbundener Anode? Common anode Bernhard Geiger,

6 Schnittstellen Wieviele Übertragungsfehler können mit einem (n) Paritätsbit erkannt werden? Einer (n) Wie viele Übertragungsfehler können mit einem (n) Paritätsbits korrigiert werden? Keiner (n-1) Was bedeutet symmetrisch? Differentielle Übertragung; mindestens zwei Übertragungsleitungen werden benötigt, die Rückwandlung geschieht etwa indem beide Leitungen auf den positiven bzw. negativen Eingang eines Operationsverstärkers geschaltet werden. Was bedeutet unsymmetrisch? Single-ended. Übertragung gegenüber Bezugspotential; es reicht eine Übertragungsleitung aus, wenn beide Transceiver das selbe Bezugspotential haben Logischer Übertragungsrahmen einer UART-Schnittstelle? RS232: Bereich des phys. Pegels für logische 0 beim Sender? 5-15 V RS232: Bereich des phys. Pegels für logische 0 beim Empfänger? 3-25 V RS232: Störabstand? 2 V RS232: Maximaler Kurzschlussstrom? 0,5 A Lichtleiter: Vorteile gegenüber elektrischen Schnittstellen? Hohe Übertragungsgeschwindigkeit Keine Störung durch EM-Felder Potentialtrennung CMOS 3 Arbeitsbereiche bei MOSFETs? Sperrbereich, Sättigungsbereich, linearer Bereich Was passiert im Sperrbereich? Der MOSFET sperrt, da sich im Kanal keine freien Ladungsträger befinden. Bernhard Geiger,

7 Was passiert im linearen Bereich? Der MOSFET verhält sich zwischen Drain und Source wie ein Widerstand Was passiert im Sättigungsbereich? Der MOSFET verhält sich wie eine spannungsgesteuerte Stromquelle. Leistungsaufnahme bei CMOS? Abhängig von Schaltfrequenz, Versorgungsspannung und kapazitiver Last. Was bedeutet CMOS? Complementary Metal Oxide Semiconductor Unterschied zwischen gepufferten und ungepufferten CMOS-Gattern Gepufferte Gatter haben am Ausgang zwei Inverter nachgeschaltet (kleine kapazitive Last am Eingang, große Verstärkung am Ausgang, für digitale Anwendungen). Ungepufferte Gatter werden im Analogbereich benötigt. Aus welchem Material wird das Gate ausgeführt? Polysilizium bzw. Metall Parasitäre Vierschichtelemente bei CMOS? Thyristor Was passiert beim Latch-Up-Zustand? Thyristor schaltet durch und schließt Versorgungsspannung und Masse kurz; Zerstörung des Bauelements Fan out (statisch)? Theoretisch unendlich. Bernhard Geiger,

8 Schaltung NAND in positiver Logik? Schaltung NOR in positiver Logik? Schutz gegen ESD? Warum? Schutz gegen elektrostatische Entladungen erfolgen nach dem Human-Body Modell, bei dem menschliche Berührung durch einen Kondensator (150 pf), einen Serienwiderstand (330 Ohm) und eine maximale Spannung (3000 V) simuliert wird. Bernhard Geiger,

9 Am Eingang müssen also Dioden implementiert werden, die Ströme auf VSS bzw. VDD ableiten können (<10 ma). Am Ausgang übernehmen die Substratdioden diesen Effekt. CMOS-Inverter? Querstrom bei CMOS bei Vin=GND bzw. Vin=Vdd? 0 Transmissionsgatter? Widerstandskurve? Der Widerstand ist von der Kanalspannung abhängig. Offene Eingänge? Immer mit Pull-Ups oder Pull-Downs versehen, damit Einkopplungen keine Pegelwechsel verursachen. Kippstufen Ringoszillator: Ringschaltung von n (ungerade) Invertern Wovon ist die Frequenz beim Ringoszillator abhängig? Von der Anzahl der Inverter (Gatterlaufzeit) und der Betriebsspannung. Was ist ein Schmitttrigger? Komparator mit Hysterese Präzisionsschmitttrigger? Zwei Komparatoren, Referenzspannungen und RS-FF. Bernhard Geiger,

10 Relaxaionsoszillator? Schmitt-Trigger mit RC-Glied in der Rückkopplung Sequentielle Logik Wahrheitstabellen? Schaltung einer asynchron auf 0 oder 1 setzbaren Speicherzelle Wie viele FF benötigt man mindestens für einen modulo938 Zähler? 10 Schaltung 2 bit asynchron Aufwärtszähler? Was bedeutet RS-FF? Reset-Set-Flip Flop Was bedeutet reset-dominantes RS-FF? Reset-dominant bedeutet, dass im verbotenen Zustand (Setzen und Rücksetzen auf 1) der Rücksetzimpuls die tatsächliche Auswirkung auf den Ausgang Q hat. Man kann die Dominanz daraus erkennen, welcher Eingang näher am Ausgang ist. Verbotener Zustand bei RS-FF Setzen und Rücksetzen auf 1 Logische Zustand von J und K für JK-FF als Frequenzteiler? J=K=1 Welche Arten von D-FF werden für Schieberegister benötigt? Taktflankengesteuerte. Welche Arten von D-FF werden für Zähler benötigt? Taktflankengesteuerte. Transiente Zwischenzustände beim Schalten eines asynchronen Aufwärtszählers von 7 auf 8? 7->6->4->0->8 Eigenschaft der transienten Zwischenzustände eines asynchronen Aufwärtszählers? Die Zwischenzustände sind immer kleiner als der aktuelle bzw. der folgende Wert. PLL? Phase Locked Loop Blockschaltbild PLL? VCO? Voltage Controlled Oscillator Bernhard Geiger,

11 Wie könnte man einen VCO implementieren? Als Ringoszillator Verwendung PLL? Quarzstabile Frequenzsynthese, digitale Taktvervielfachung. Speicher Wann wird ein ROM beschrieben? Bei der Herstellung. PROM, EPROM, EEPROM? Electrically Erasable Programmable Read Only Memory Dynamische MOS-Speicherzelle Leckströme verursachen Entladung des Kondensators, deshalb muss dieser in regelmäßigen Abständen durch den Leseverstärker refreshed werden. ADC und DAC Wie viele R mit R bzw. 2R benötigt man für ein 3 bit R/2R-Leiternetz? 2 R, 4 2R Welches Verfahren für genaue DAC? PWM, Sigma-Delta. Was ist ein Aperture Error? Entsteht durch die Unsicherheit des Abtastzeitpunktes bei der ADC. Es lässt sich die maximal abtastbare Frequenz berechnen, wenn man den maximalen Zeitfehler kennt und davon ausgeht, dass der Fehler nicht größer als ein halbes LSB sein darf. Nullpunktfehler Tritt auf, wenn der digitale Nullwert nicht mit der Spannung 0 übereinstimmt. Der ADC wandelt also eine Spannung ungleich 0 in den digitalen Wert 0 um, der DAC einen digitalen Wert 0 in eine Spannung ungleich 0. Verstärkungsfehler Tritt auf, wenn nach dem Offsetabgleich (Nullpunktsabgleich) der höchste digitale Wer nicht mit der definierten höchsten Analogspannung übereinstimmt. Dieser Fehler lässt sich als eine Abweichung der Steigung der Umsetzerkennlinie vom Ideal bezeichnen. DNL Differentielle Nichtlinearität ist der Fehler, der nach Verstärkungs- und Nullpunktsabgleich auftritt. Dabei weicht die Stufenbreite beim ADC (die Stufenhöhe beim DAC) vom idealen Wert (1 LSB) ab. Der differentielle Fehler ist der Fehler pro Stufe. Überschreitet er den Wert eines LSB, kommt es u.u. zu missing codes (ADC) und zu nichtmonotonen Stellen (DAC). Bernhard Geiger,

12 INL Bezeichnet die Abweichung der Umsetzerkennlinie vom Ideal nach Nullpunkts- und Verstärkungsabgleich. Die integrale Nichtlinearität entspricht dem Integral, als der Aufsummierung der differentiellen Nichtlinearität. Digipot mit 8 Positionen Maximale Welligkeit bei welchem Tastgrad? 50% Referenzen Data Conversion Handbook von Walt Kester AN77 CMOS-The ideal logic familiy von Fairchild Semiconductors AN2141 Clock Accuracy for UART von Maxim Semiconductors Logikentwurf und Beispiele von Edwin Krasser Elektronische Schaltungstechnik 2 von IFE Bernhard Geiger,