Pobierz

P.Rz. K.P.E.
Laboratorium Elektroniki 2FD
2003/11/06
CHARAKTERYSTYKI BRAMEK CYFROWYCH ECL
1. WSTĘP
Tematem ćwiczenia są podstawowe właściwości elementarnych bramek logicznych ECL. W tym celu
wykorzystywana jest wkładka bazowa DN101A na której znajdują się wykorzystywane w innym
ćwiczeniu układy bramek TTL i CMOS. Układ badany umożliwia obserwacje statycznych charakterystyk
przejściowych uwy (uwe) podstawowej bramki ECL, a końcowa faza ćwiczenia polega na obliczeniu
i zmierzeniu poziomów napięciowych w węzłach dyskretnego układu bramki typu ECL, odpowiadającym
scalonym bramkom podstawowym z serii MECL 10000.
2. OPIS TECHNICZNY BADANEGO UKŁADU (WKŁADKA DN101A )
Schemat dyskretnego modelu typowej bramki NOR / OR z serii MECL 10000 przedstawia Rys.2.
Model ten zbudowany jest przy użyciu pięciu tranzystorów ze scalonego układu UL1111 oraz jednego
tranzystora dyskretnego T1 (BC 147). Rezystory R5 i R10 nie występują w schemacie oryginalnym; tu
reprezentują rezystancję wejściową bramki obciążającej. Płytę czołową układu badanego przedstawiono na
Rys.2a), punkty pomiarowe – na Rys.2b). Literami a – e oznaczono na schemacie punkty pomiarowe (nity)
dostępne na płytce drukowanej. Dioda D3 i rezystor R11 tworzą układ zasilania bramki napięciem ok. –5V.
d)
R4
220
WY NOR
T2
R8
240
1
T6
T1 BC147
c
b
R9
910
WY OR
e
T3
d
T4
D1
T5
Wejścia
2
a
R1
51k
R2
51k
2 x BAVP 17
D2
R3
750
R5
51k
a, b, c, d,. e - p. pomiarowe
(nity)
R7
5,1k
R6
6,2k
R10
51k
D3
5V1
R11
B1, B3, B11, B12 - 7400
B2, B4, B5, B6 - 7402
1k
-15 V
B9, B10 - 7403
B7, B8 - 74132
Rys.1.Schemat ideowy bramki ECL zrealizowanej na wkładce DN101A
a)
D N 101A
transfer
charakteristics
132
03
input
b)
1
74132 B7,B8
TTL inputs
7403 B9,B10
2
X Y
7400 B11,B12
00
output
1
ECL
1
inputs
2
a)
pulse
NAND
outputs
NOR
inputs
2
B2,B5,B6
NOR
B1,B3,B4
NAND
D5
D4
c
b
e
US1
UL1111
a
d
Bramka ECL
OR
ECL outputs
Rys.2. a) Płyta czołowa badanego układu, b) rozmieszczenie
elementów wewnątrz wkładki DN101A
NOR
nor
ip e
1
P.Rz. K.P.E.
Laboratorium Elektroniki 2FD
2003/11/06
3. WYKAZ WKŁADEK POMOCNICZYCH:
Do wykonania ćwiczenia potrzebne są następujące wkładki pomocnicze:
- translator stanów logicznych TTL – ECL
- wkładka charakterograficzna dwukanałowa
-
generator stanów logicznych TTL
SN9211,
SN7211,
SN1211
4. OPIS TECHNICZNY WKŁADEK POMOCNICZYCH
4.1 Translator stanów logicznych TTL-ECL SN9211
Translator stanów logicznych TTL-ECL przeznaczony jest do współpracy z generatorem stanów
logicznych TTL SN1211 i służy do niezależnego sterowania dwu wejść dowolnego układu logicznego ECL
statycznym, ręcznie przełączanym sygnałem logicznym. Translator SN9211 przystosowuje poziomy
logiczne TTL podawane na wejścia (Rys.3) do standardu ECL 10000.
Dane techniczne
- Dopuszczalny zakres napięcia wejściowego w stanie wysokim 2 - 5 V
- Dopuszczalny zakres napięcia wejściowego w stanie niskim 0,5 - 0,8 V
- Poziomy napięcia wyjściowego
standard ECL 10000
- Parametry wyjścia, obciążalność
standard ECL 10000
- Maksymalny pobór prądu z zasilacza
+5 V - l mA
-15 V - 10 mA
a)
b)
Rys.3.a) Schemat ideowy jednego z dwu układów translatora stanów logicznych TTL-ECL
SN9211A., b) płyta czołowa translatora stanów logicznych TTL-ECL SN9211
Translator stanów logicznych TTL-ECL SN9211 zawiera dwa identyczne układy przesuwania
poziomu napięcia, oddzielnie dla każdego kanału. Schemat ideowy jednego z tych układów przedstawiono
na Rys.3.a). Składa się on z dzielnika oporowego przesuwającego poziom i redukującego amplitudę
logiczną sygnału wejściowego (R6, R7) oraz nieodwracającego fazy układu kształtującego o strukturze
bramki ECL z serii 10000
4.2 Dwukanałowa wkładka charakterograficzna SN7212
Dwukanałowa wkładka charakterograficzna SN7212 (Rys.4) umożliwia jednoczesną obserwację na
ekranie oscyloskopu dwóch napięciowych charakterystyk przejściowych układu badanego, bez
konieczności stosowania dodatkowego przełącznika elektronicznego. Działanie tej wkładki polega na
wykorzystaniu do rysowania drugiej charakterystyki powrotnego biegu strumienia elektronowego.
Rozwiązanie to ma również zalety przy pracy jednokanałowej: strumień powrotny rysuje w tym przypadku
oś napięć wejściowych, a więc zerowy poziom odniesienia. Dla wygody posługiwania się tą wkładką
napięcie wyjściowe ma kształt trapezowy, z dodatkowym płaskim odcinkiem na poziomie zera. Na
obserwowanej charakterystyce widoczne są zatem trzy rozjaśnione punkty odpowiadające minimalnemu,
zerowemu i maksymalnemu poziomowi napięcia wyjściowego.
2
P.Rz. K.P.E.
Laboratorium Elektroniki 2FD
2003/11/06
Na płycie czołowej wkładki znajdują się dwa pokrętła regulacji poziomów
minimalnego i maksymalnego oraz gniazda odchylania oscyloskopu X i Y,
gniazdo sterowania układu badanego „output” i dwa gniazda wejściowe
(„input A”, „input B”), do których dołącza się wyjścia układu badanego.
Dane techniczne
Amplituda napięcia wyjściowego regulowana w zakresie:
połówka dodatnia
0 ÷ 6.5 V
połówka ujemna
0 ÷ - 6.5 V
4.3. Generator stanów logicznych TTL SN1211 (SN1222)
Generator stanów logicznych TTL SN1211 służy do niezależnego
sterowania dwu wejść dowolnego układu logicznego TTL (generator SN1222
Rys.4. Płyta czołowa wkładki
charakterograficznej
XY
dwukanałowej SN7212
Rys.5. Schemat ideowy
dwuwyjściowego generatora
stanów logicznych
TTL SN1211
- czterech) statycznym, ręcznie przełączanym sygnałem
logicznym. Przełączanie wartości tego sygnału dokonuje się
przełącznikiem suwakowym, znajdującym się na płycie
czołowej, osobno dla każdego wyjścia (Rys.6).
Dane techniczne
Rys.6. Płyty czołowe generatorów stanów
logicznych TTL SN1211 i SN1222
Napięcie stanu wysokiego
typ- 3,3 V
Na pięcie stanu niskiego
typ. 0,22 V
Obciążalność wyjścia
9
Maksymalny pobór prądu z zasilacza +5 V
10
(SN1222 - 20) mA
Opis schematu, ideowego i zasady działania układu
Generator stanów logicznych TTL SN1211 składa się z dwóch (SN1222 - czterech) przerzutników
bistabilnych RS (złożonych z dwu bramek NAND każdy) przełączanych przełącznikami suwakowymi
(Rys.6). Przerzutniki te eliminują ewentualne drgania zestyków i chwilowe niepewności działania
przełączników oraz standaryzują parametry sygnału wyjściowego.
5. ZAGADNIENIA WSTĘPNE I PROJEKTOWE
Opracować schematy pomiarowe do ćwiczenia. Należy pamiętać o wyzwalaniu podstawy czasu
oscyloskopu zewnętrznym przebiegiem synchronizującym. Opracowane schematy powinny być
narysowane w protokole przed rozpoczęciem ćwiczenia.
3
P.Rz. K.P.E.
Laboratorium Elektroniki 2FD
2003/11/06
6. OBSERWACJE I POMIARY
6.1. Analiza stałoprądowa bramki ECL w obu stanach logicznych
1. Zmierzyć napięcia stałe na wejściach, wyjściach i w pozostałych punktach pomiarowych (nity)
układu bramki ECL w obu stanach logicznych. Wejścia bramki należy wysterować odpowiednimi
poziomami logicznymi, korzystając z generatora stanów logicznych SN1211 oraz translatora
stanów logicznych TTL – ECL (wkładka SN9211).
2. Na podstawie dokonanych pomiarów obliczyć wszystkie prądy gałęziowe i moc pobieraną przez
bramkę w obu stanach logicznych.
3. Jak można uzasadnić przyjęcie w technice ECL wartości amplitudy logicznej około 0,8 V?
6.2. Obserwacja charakterystyk przejściowych bramek ECL
1. Obejrzeć na ekranie oscyloskopu i przerysować do protokołu charakterystyki przejściowe bramek
OR i NOR. Obserwacji dokonać za pomocą wkładki charakterograficznej SN7212.
2. Określić amplitudę logiczną oraz marginesy szumowe bramek ECL;
3. Wyjaśnić konieczność stosowania rezystorów kolektorowych R4, R8 o różnych wartościach.
7. SPRAWOZDANIE
Sporządzić sprawozdanie zawierające schematy pomiarowe, wyniki pomiarów , analizę uzyskanych
rezultatów, wnioski i spostrzeżenia.
4