Digitaltechnik. TI-Tutorium. 29. November 2011

Transkript

1 Digitaltechnik TI-Tutorium 29. November 2011

2 Themen Schaltsymbole Transistoren CMOS nächstes Übungsblatt 2

3 Aufgaben

4 Schaltsymbole Widerstand npn-transistor Widerstand pnp-transistor Glühlampe pmos Transistor Kondensator nmos Transistor 4

5 Schaltsymbole (Logikgatter) & AND & AND & NAND NAND OR OR NOR NOR 5

6 Schaltsymbole (Logikgatter) XOR, XOR, =1 Antivalenz 1 Antivalenz NXOR, NXOR, =1 Äquivalenz Äquivalenz 1 NOT NOT 6

7 Transistoren Bipolartransistoren stromgesteuert Feldeffekttransistoren (FET) unipolare Transistoren: nur ein Ladungstyp ist am Stromtransport beteiligt spannungsgesteuert praktisch leistungslose Ansteuerung 7

8 MOSFET MOSFET = Metall-Oxide-Semiconductor FET spezielle Art der Feld-Effekt-Transistoren hohe Packungsdichte geringe Herstellungskosten je nach Substrat pmos nmos selbstleitend nmos pmos selbstsperrend 8

9 CMOS CMOS = Complementary Metal-Oxide-Semiconductor nmos- und pmos-transistoren sind komplementär symmetrisch angeordnet Vorteile hohe Störsicherheit große Toleranzen der Versorgungsspannungen sind möglich Nachteile Herstellung aufwendiger, als wenn nur eine Sorte Transistoren (nmos oder pmos) verwendet werden würde Beim Umschalten fließt kurzzeitig ein relativ hoher Strom (=> Verlustleistung von Taktfrequenz abhängig) 9

10 Aufgabe 1.1 Gegeben sei das nebenstehende Schaltnetz aus nmos- und pmos-transistoren. Eine zweistellige Schaltfunktion y = f(b, a) wird durch dieses Schaltnetz in positiver Logik realisiert. Stellen Sie die Funktionstabelle auf. Welche Schaltfunktion wird durch y = f (b, a) realisiert? Wie lautet die disjunktive Minimalform (DMF) der Funktion y? 10

11 Aufgabe 1.1 b a y y = f(b, a) = b _ a DMF: y = f(b, a) = b _ a 11

12 Aufgabe 1.2 Die Schaltfunktion z = g(b,a) = a b soll durch ein CMOS-Schaltnetz realisiert werden. Nehmen Sie an, dass nur CMOS-Inverter und CMOS-Gatter mit zwei Eingängen für die Schaltfunktion NOR zur Verfügung stehen. Die Eingangsvariablen stehen lediglich bejaht zur Verfügung. Zeichnen Sie das Transistorschaltbild des resultierenden Schaltnetzes in der CMOS-Technologie. 12

13 Aufgabe 1.2 z = g(b, a) =a! b =ā _ b = a_b Schaltnetz passt nicht ganz zur gegebenen Aufgabe - a und b müssen vertauscht sein. 13

14 Aufgabe 1.3 Warum sind NAND-Schaltungen NOR-Schaltungen als Basiselemente in der CMOS-Technologie vorzuziehen? Widerstand eines pmos-transistors ist größer als der Widerstand eines nmos- Transistors gleicher Größe. => Serienschaltungen von nmos-transistoren (in NAND-Schaltungen) sind günstiger als Serienschaltungen von pmos-transistoren (in NOR-Schaltungen). Der Widerstand des n-netzes in NAND-Schaltungen ist genügend klein, so dass keine großen Verzögerungszeiten bei Schaltvorgängen auftreten. 14

15 Aufgabe 2.1 Realisieren Sie die folgende Schaltfunktion y als CMOS-Schaltnetz y = ab cd efg 15

16

17 Aufgabe 2.2 Welche Schaltfunktion wird durch das CMOS-Schaltnetz realisiert, dessen nmos-netz hier dargestellt ist? z = ad _ bd _ aef _ bef _ ced _ cf 17

18 Nächstes Übungsblatt Aufgabe 1.2 Wo sind die Ladungsträger? Was passiert dadurch? Nur KURZ beschreiben. Alle Schaltungen auf Transistorebene 18

19 Richtig - Falsch? Die Verlustleistung bei CMOS-Transistoren ist auch abhängig von der Taktfrequenz. Drain und Substrat sind bei pmos-transistoren positiv dotiert. Drain und Source sind bei nmos-transistoren negativ dotiert. Bei nmos-transistoren zeigt der Pfeil beim Schaltzeichen zum Transistor hin. Um eine NAND-Schaltung in CMOS-Technologie zu realisieren sind 4 nmos- Transistoren notwendig. Für ein Transmission-Gate benötigt man einen nmos- und einen pmos- Transistor. 19

20 Richtig - Falsch? Die Verlustleistung bei CMOS-Transistoren ist auch abhängig von der Taktfrequenz. Drain und Substrat sind bei pmos-transistoren positiv dotiert. Drain und Source sind bei nmos-transistoren negativ dotiert. Bei nmos-transistoren zeigt der Pfeil beim Schaltzeichen zum Transistor hin. Um eine NAND-Schaltung in CMOS-Technologie zu realisieren sind 4 nmos- Transistoren notwendig. Für ein Transmission-Gate benötigt man einen nmos- und einen pmos- Transistor. 20

21 Noch Fragen? Noch Unklarheiten?

22 JA NIE IMMER (passiv) IMMER (aktiv) Quelle: NIMMER NIE-UND-NIMMER RUND UNRUND WARUM WARUM NICHT ABER NABER ORAND BUS-DRIVER DRINVERTER PERVERTER 8-BIT KOMPLIKATOR SUPERVERTER Bis nächste Woche :)