Politechnika Wrocławska Instytut Telekomunikacji, Teleinformatyki i Akustyki. Klucze analogowe. Wrocław 2010

Transkrypt

1 Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki Klucze analogowe Wrocław 200 Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki Pojęcia podsawowe Podsawą realizacji układów impulsowych oraz cyfrowych jes wykorzysanie wielkosygnałowej pacy elemenów akywnych, przełączanych między sanami odcięcia i przewodzenia (zero - jeden). Przejścia pomiędzy ymi sanami powinny zachodzić w możliwe jak najkrószym czasie. Jeśli klucz jes włączony o U wyj powinno być równe U wej, jeżeli wyłączony o U wyj powinno być równe zero. ealizacja coraz szybszych układów przełączających wynika z konieczności przewarzania coraz większej ilości informacji w jednosce czasu. Współczesna echnologia umożliwia przełączanie elemenów półprzewodnikowych w zakresie nanosekund do kilkudziesięciu pikosekund.

2 Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki Pojęcia podsawowe deay klucz san włączenia san wyłączenia U U zerowa rezysancja w sanie włączenia nieskończona rezysancja w sanie wyłączenia Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki Pojęcia podsawowe zeczywisy klucz F san włączenia F >> F san wyłączenia U U F U + U F niezerowa rezysancja w sanie włączenia F skończona rezysancja w sanie wyłączenia 2

3 Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki Pojęcia podsawowe Paramery kluczy analogowych rezysancja w sanie włączenia F rezysancja w sanie wyłączenia zakres napięć wejściowych przenikanie sygnału serującego na wyjście czasy przełączeń wprowadzane zniekszałcenia szcząkowe napięcie klucza maksymay prąd przewodzenia maksymaa moc rozproszenia Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki Klucze elekroniczne ranzysor bipolarny jako klucz + C C B g U be U wy ranzysor jes serowany siym sygnałem od sanu zakania do nasycenia warunek nasycenia ranzysora = ( 0, L0, 2) β C B 3

4 Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki F e g Klucze elekroniczne ranzysor bipolarny jako klucz san akywny ranzysora Csa i c - włączenie ranzysora u be u wy U Bwł - C b we san nasycenia ranzysora C U Csa d f s r i b Bwł B b san zakania ranzysora Poliechnika Wrocławska eg nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki F - ube Klucze elekroniczne ranzysor bipolarny jako klucz UBwł - ib b C we czas opóźnienia (delay ime) ranzysor w sanie zakania d F + = gcwe U F Bwł C = C + C we je jc Bwł czas opadania (fall ime) ranzysor w sanie akywnym B ic b f β Bwł = τ n β Bwł Csa kf = τ n k F Csa C UCsa uwy τ - sała czasowa równa odwroności 3-dB pulsacji granicznej ω n g wzmacniacza O k F współczynnik przeserowania przy włączaniu ranzysora k F Bwł = β Csa d f s r 4

5 Poliechnika Wrocławska eg nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki F - ube Klucze elekroniczne ranzysor bipolarny jako klucz UBwł - b C we czas magazynowania (sorage ime) czas usuwania namiarowego ładunku zgromadzonego w B, wynikający z przeserowania i głębokiego wejścia w nasycenie ib Bwł B ic Csa uwy C b kf + k s = τ s k + τ średni czas życia nośników w warunkach nasycenia s k współczynnik przeserowania zwronego k B = β > 0 Csa ( + U ) czas narasania (rise ime) ranzysor w sanie akywnym dalsze usuwanie ładunków aż do sanu zakania raznysora B = B Bwł UCsa d f s r r k + =τ n k Poliechnika Wrocławska eg nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki F - ube Klucze elekroniczne ranzysor bipolarny jako klucz UBwł - b C we Gdy C = 0 koniec procesu przejściowego na wyj. Aby na wej napięcie U be osiągnęło poziom musi upłynąć czas bierny (czas po kórym U be =, (- ) Bwł ib = 2, 3 b B C we B b ic Csa C uwy UCsa d f s r 5

6 Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki Klucze elekroniczne ranzysor bipolarny jako klucz C + C lemenarny układ klucza jes sosunkowo woy sosuje się zaem pewne modyfikacje: g B C d U be U wy kondensaor przyspieszający C d skraca czas przełączania o rząd ale akże obciąża źródło dużym chwilowym prądem ładowania oraz zmniejsza częsoliwość powarzania impulsów (zwiększa się b ), rudno eż sosować dodakowe C w układach scalonych sosowanie siego serowania (małe B ) przy jednoczesnym unikaniu wchodzenia w san nasycenia dla redukcji czasu magazynowania s Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki Klucze elekroniczne ranzysor MOSF jako klucz g g U GS D C o + D U wy Układy z MOS sosowane m.in. w scalonych układach cyfrowych, w analogowych ukł. przełączanymi pojemnościami lub w układach z przełączaniem prądów. Szeroki zakres sosowania wynika z faku, że MOS wyróżniają się prosoą echnologiczną i układową, małą powierzchnią i bardzo małym poborem mocy Pojemność C o w prakyce sanowią pojemności wejściowe ranzysora 6

7 Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki Klucze elekroniczne ranzysor MOSF jako klucz τ g ( C C ) = + gs gd U gs narasa z τ F e g - u gs włączenie klucza usalone u gs 2,2τ 2,2τ po czasie d, U gs = U OFF i zaczyna płynąć i d d = τ F U OFF narasające u gs powoduje powsanie przepięcia Cgd U D = Cgd + Co po czasie r usala się u gs r = 2,2τ d u wy = u ds maleje z powodu rozładowania się C o + C gd τ 2 pojawia się i d = D C o proces rozładowania rwa do momenu przejścia ranzysora z zakresu penodowego do riodowego czas 2 U OFF - i d DS DF u wy + D U DF d r U DSsa 2 3 U D f przepięcie pass Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki Klucze elekroniczne ranzysor MOSF jako klucz po osiągnięciu zakresu riodowego r wyj = r d jes niewielka (/g m ) i nasępuje szybkie rozładowanie C o D τ 3 = C o + g D m po upływie 3 = 2,2τ 3 i d = DF zaś u wy = U DF równe spadkowi napięcia na rez.kanału /g m całkowiy czas włączenia klucza: = d + r wł + F e g - - u gs U OFF i d DS DF 2,2τ 2,2τ d r 2 3 f u wy pass + D U D U DF U DSsa 7

8 Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki Klucze elekroniczne ranzysor MOSF jako klucz po zmianie zbocza e g,maleje u gs ze sała τ prąd i d maleje do zera, gdy u gs osiąga warość U OFF po czasie: f = τ + U OFF napięcie u gs usala się po czasie 2,2τ F e g - - u gs U OFF i d maleje u 2,2τ gs 2,2τ d r f wyłączenie klucza usalone u gs ozpoczyna się ładowanie C o + C gd w pasywnym układzie odcięcia ranzysora. Napięcie drenu usala się po czasie: DS DF i d = 0 pass = 2,2τ usalone U ds całkowiy czas wyłączenia klucza: u wy U D pass + wył = 2,2τ 2 pass + D U DF U DSsa Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki Klucze elekroniczne ranzysor MOSF jako klucz CMOS Aby zwiększyć zakres dopuszczaych napięć wejściowych zamias jednego ranzysora MOSF sosuje się klucz CMOS, zbudowany z dwóch komplemenarnych ranzysorów MOSF łączonych równolegle. +U Klucz włączony na B ypu n podajemy +U, a B 2 ypu p łączymy z masą U we może być z zakresu 0 < U we +U U ser = +U U we 2 U wy U ser Klucz wyłączony U ser = 0 8

9 Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki Bramki logiczne Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki Bramki logiczne Paramery Obciążaość logiczna bramki (N) - maksymaa liczba bramek, jaka może być równolegle serowana z wyjścia pojedynczej bramki. Napięcia poziomów logicznych (HGH, LOW) - zakresy napięć wejściowych oraz wyjściowych, kóre układ realizuje jako gwaranowany san oraz gwaranowany san 0. Margines zakłóceń - określa dopuszczaą warość napięcia sygnału zakłócającego, nie powodującego jeszcze nieprawidłowej pracy układu. Moc sra na bramkę - określa moc pobieraną przez układ zeźródła zasilania. 9

10 Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki Bramki logiczne Paramery Czas propagacji - określa czas opóźnienia odpowiedzi układu na sygnał serujący i jes podsawową miarą szybkości działania układu cyfrowego. Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki CMOS - L 0

11 Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki Schema układu 74LS00 Poliechnika Wrocławska nsyu elekomunikacji, eleinformayki i Akusyki Porównanie L - CMOS