.
Импульсные и цифровые устройства. Логические элементы Дешифраторы и шифраторы Мультивибраторы Проектные параметры резисторов Элементы инжекционной логики Конструкции МДП-транзисторов Проектирование топологии ИС

Физика решение задач

Сумматоры


Сложение. Одной из основных арифметических операций, выполняемых в ЭВМ, является сложение двоичных чисел. В качестве примера рассмотрим сложение двух четырехразрядных двоичных чисел: 0111 и 0101. В десятичной системе это числа 7 и 5. При сложении имеем

Как и для десятичных чисел, сложение начинают с меньшего разряда. Сложение двух единиц низшего разряда дает , но в двоичной системе получаются 0 в низшем разряде и перенос единицы во второй разряд. Таким образом, «сумма по модулю 2» в низшем разряде обозначается  и «перенос» . Аналогично во втором столбце сложения, отсчитываемом справа налево, имеем  и . В третьем столбце  и ; в четвертом и . В результате получаем число , записанное в двоичной системе как четырехразрядное число 1100.

Любое четырехразрядное число в двоичной системе записывается как сумма следующих членов: C323+C222 + C121 + C02° где коэффициенты  могут принимать значения 0 и 1. В рассматриваемом случае для двоичного числа, соответствующего полученной сумме 1100, имеем: С3=1, С2=1; С, = 0 и С0 = 0. В результате .


20.1 сурет  20.2 сурет

Полусумматор. Простейшей арифметической операцией в ЭВМ является сложение двух одноразрядных чисел, принимающих два возможных значения: 0 и 1. Эта операция выполняется в устройстве, называемом полусумматором (рис. 20.1,а). Суммируемые одноразрядные числа в виде логических уровней напряжения А и В подаются на входы логических элементов «Исключающее ИЛИ и И». На выходе элемента Исключающее ИЛИ получается сумма по модулю 2 , равная нулю, когда А = В = 0 а также когда А = В=1. При А = 1 и В = 0 или А = 0 и В=1 =1. Выход элемента И называется «переносом» и обозначается буквой Р. При А = В = 0; А = 1 и В = 0; А = 0 и В=1 перенос Р=0. При А= В=1 перенос Р=1, что соответствует переносу единицы в следующий разряд. Нетрудно убедиться, что сумма по модулю , а перенос Р = АВ. На рис. 20.1 б приведено условное обозначение полусумматора.

Полный сумматор. При сложении двух многоразрядных двоичных чисел только в младшем разряде складываются два числа. В остальных разрядах складываются три числа: два слагаемых и перенос из суммы чисел предыдущего разряда.

На рис. 20.2 а приведена структурная схема полного сумматора, составляемая из двух полусумматоров и элемента ИЛИ. На рис. 20.2б приведено условное обозначение полного сумматора.

Четырехразрядный сумматор. Четырехразрядный сумматор показан на рис. 20.3. Он позволяет складывать 2 четырехразрядных двоичных числа.

Вычитание. Арифметическую операцию вычитания двух чисел можно свести к операции сложения. Действительно, АВ=(АС)+(СВ). Поэтому в ЭВМ часто применяют следующий порядок вычислений. Сначала вычитаемое число В, записанное в прямом двоичном коде, переводят в число, записанное в обратном коде, заменяя единицы нулями, а нули единицами. Например, число 5, записанное четырьмя знаками прямого двоичного кода: 0101. Обратный код этого числа 1010. Добавлением единицы это число переводят в запись дополнительным кодом. В результате дополнительным кодом числа 5 становится число 1011. Прибавление преобразованного таким образом в дополнительный код вычитаемого числа В к уменьшаемому числу А, записанному в прямом двоичном коде, эквивалентно операции вычитания АВ. Например, 75 = 0111 + 1011= (1)0010. Отбрасывая пятый (высший) разряд числа, заключенный в скобки, получаем число 0010= .


Рис. 20.3

Регистры

 Регистром называют устройство, предназначенное для записи и хранения дискретного «слова» двоичного числа или другой кодовой комбинации.

 Основные элементы регистра двоичные ячейки, в качестве которых применяются триггеры. Число двоичных ячеек определяется числом двоичных разрядов «слова» (длиной слова), на которое рассчитан регистр.

Описанный регистр может запоминать и выдавать информацию только в параллельных кодах, когда каждому разряду соответствует отдельная линия. Более экономична передача информации в последовательных кодах, когда используется одна линия для последовательной (во времени) передачи комбинации нулей и единиц. Для записи и хранения информации в последовательных кодах применяют сдвигающие (сдвиговые) регистры.

 На рисунке 21.1а,б приведены схема и условное обозначение сдвигающего регистра на –триггерах (–типа). Пусть требуется записать в регистр трехразрядное двоичное слово , имеющее разряды , . При  в триггер  вводятся  и . Поскольку –триггер с разделенными входами работает как синхронный –триггер, по окончании синхронизирующего (тактового) импульса (при переходе от  к ) на выходе триггера  появляется . Следовательно, по окончании первого тактового импульса , .

 


Рис. 21.1

Затем на информационный вход регистра поступает второй разряд  слова . При воздействии второго тактового импульса триггер  воспримет информацию с выхода первого триггера: , . По окончании второго тактового импульса , , а первый триггер воспримет входную информацию регистра и на его выходе , . Таким образом, произошел сдвиг информации из первого разряда регистра во второй; точно так же по окончании третьего тактового импульса , ,  и все слово записано в регистр.

 Считывать информацию из сдвигающего регистра можно либо в последовательном коде, либо в параллельном коде.

 Регистратор один из основных элементов ЭВМ и многих устройств автоматики и информационноизмерительной техники.

Контрольные вопросы

Объясните принцип работы регистров.

Основные элементы регистра

Проектирование топологии БПТ

К проектированию топологии БПТ должны быть подготовлены:

каталог топологических конфигураций БПТ;

технологические допуски на совмещение топологических слоев ∆С и искажение границ (∆L ≈ ∆B) фрагментов этих слоев по длине L и ширине B ;

сведения о параметрах технологического варианта структуры БПТ, определяющих выбор форм и размеров топологических конфигураций (толщины структурных слоев Xi, ширины p-n-переходов при нулевом внешнем смещении Wi(0), удельные поверхностные сопротивления слоев R□i, удельные контактные сопротивления контактных пар «металлизация — полупроводник» Roi (или первичные параметры для их оценки)).

Каталог топологических конфигураций БПТ обычно содержит варианты плоских конструкций (топологий), отличающихся формой и числом эмиттеров, контактов к базе и коллектору. На рисунке 2.19 изображена простейшая топология БПТ с одиночными полосковыми контактами к каждой их трех областей.

Более развитые по числу электродов и контактов топологии применяются в расчете на повышенные рабочие токи, пониженные сопротивления между электродами БПТ (в первую очередь между эмиттером и коллектором) или с целью уменьшить потери площади кристалла, отводимой под размещение прибора.

На рисунке 2.19 обозначены участки (d1– d7) между смежными границами областей топологии БПТ. Размеры БПТ назначаются по направлениям B и L, индексируются первыми символами принадлежности к соответствующей области топологии (коллектор — «c», база — «b», эмиттер — «е», контактное окно — «k»).

Размеры эмиттера (Le,Be) определяются по формулам (2.46), (2.49), (2.49а), (2.51), (2.53), (2.55). Все остальные размеры топологии определяются через размеры Le, Be и размеры участков

d1 — d7. Размеры участков d1 — d7 определяются конструктивно-технологическими ограничениями, и их минимальные значения оцениваются по формулам:

d1 ≥ 2×∆C+2×∆L+Webmax/2 +2×hd; (2.56)

d2 = d1; (2.56a)

  d3≥ d1 + Wcbmax/2 +(2÷3)×Wbn; (2.56б)

d4 ≥ d1– Webmax/2+ Wcbmax/2; (2.56в)

d5 = d4; (2.56г)

d6 ≥ d5 – Wcbmax/2 +Wcpmax/2; (2.56д)

d7 ≥ d5 + Wcpmax/2. (2.56е)

В соотношениях (2.56) — (2.56е) приняты обозначения:

∆C,∆L — максимальные абсолютные погрешности совмещения смежных слоев и искажения линейных границ любой области в слое соответственно;

Webmax, Wcbmax, Wcpmax — ширины p-n-переходов «эмиттер — база», «коллектор — база», «коллектор — пластина» соответственно при максимальных допустимых напряжениях (Umax) на переходах БПТ определяются по формулам (2.20), (2.24);

hd — глубина проникновения электрического поля в слое (длина Дебая) с запасом для интегральных приборов принимается равной (0,05 ÷ 0,1) мкм.

Ширина (Be) и длина (Le) эмиттера, ширина (Bke) и длина (Lke) контактного окна к эмиттеру к формированию топологии БПТ определены.

Ширина (Bb) и длина (Lb) базы, ширина (Bkb) и длина (Lkb) контактного окна к базе определяются по соотношениям

Bb = Be +2×d3; Lb = Le + Lkb + d2+d3+d4; Lkb≥ Lmin; Bkb = Be.

(2.57)

Ширина (Bс) и длина (Lс) коллектора, ширина (Bkс) и длина (Lkс) контактного окна к коллектору определяются по соотношениям:

Bc = Bb +2×d7; Lc = Lb + Lkb + d5+d6+d7; Lkc= Lke; Bkc = Bb.

(2.58)

Размеры областей топологии БПТ соответствуют рисунку 2.19 без учета профиля боковых поверхностей технологических структур.


На главную