Appunti completi del corso di Elettronica dei sistemi digitali

Figure di merito

Sono delle caratteristiche che misurano la qualità di una implementazione sotto differenti prospettive: costi, funzionalità, robustezza, prestazioni e consumo di energia.

Analizzo la funzionalità e la robustezza per inverter nei punti seguenti.

Tipologie di rumore

• Accoppiamento induttivo: il campo magnetico si accoppia alla linea e ne altera le caratteristiche.
• Accoppiamento capacitivo.
• Disturbi nella linea di alimentazione.

Nelle figure di merito bisogna tener conto di queste caratteristiche. I disturbi sono proporzionali all'escursione dei segnali (swing).

Margini di rumore

Affinché una porta sia robusta è essenziale che i margini di rumore NM_H e NM_L siano il più grandi possibili.

NM_H = V_OH - V_IH

NM_L = V_IL - V_OL

Proprietà rigenerativa

Capacità di un circuito digitale di ripristinare il segnale in modo intrinseco. Un segnale affetto da disturbi ritorna gradualmente al suo livello di tensione nominale dopo avere passato attraverso una serie di porte logiche.

Una tensione di ingresso v_in è applicata ad una catena di N inverter. Se il numero di inverter è pari, la tensione v_out sarà uguale a V_out (o V_OH), se è dispari vi è sarà inverter l'uscita e l'avrà la proprietà rigenerativa.

Figure di merito

Sono delle caratteristiche che misurano la qualità di una implementazione sotto differenti prospettive: costi, funzionalità, robustezza, prestazioni e consumo di energia.

Analizzo la funzionalità e la robustezza per inverter nei punti seguenti.

Tipologie di rumore

• Accoppiamento induttivo: il campo magnetico si accoppia alla linea e ne altera le caratteristiche.
• Accoppiamento capacitivo.
• Disturbi nella linea di alimentazione.

Nelle figure di merito bisogna tener conto di queste caratteristiche. I disturbi sono proporzionali all'escursione dei segnali (swing).

Margini di rumore

Affinché una porta sia robusta è essenziale che i margini di rumore NM_H e NM_L siano i più grandi possibili.

NM_H = V_oH - V_iH

NM_L = V_iL - V_oL

Proprietà rigenerativa

Capacità di un circuito digitale di ripristinare il segnale in modo intrinseco.

Un segnale affetto da disturbi ritorna gradualmente al suo livello di tensione nominale dopo avere passato attraverso una serie di porte logiche.

Una tensione di ingresso V_in è applicata ad una catena di N inverter. Se il numero di inverter è pari, la tensione V_out sarà uguale a V_in (o V_oN), e ciò se gli inverter hanno la proprietà rigenerativa.

Fan-in e fan-out

FAN-IN: Numero degli ingressi di una porta logica. Più è alto, più alta una realizzazione è complessa.

FAN-OUT: Numero massimo di porte logiche cascate all'uscita senza comprometterne le funzionalità.

Al fan-out sono collegati: il consumo di potenza ed il tempo di propagazione, ovvero l'energia assorbita per operazione e i tempi di risposta alla variazione di un ingresso.

Prestazioni

I tempi di propagazione t_p di una p. logica definiscono quanto velocemente essa risponde ai cambiamenti dei suoi input.

Si misurano tra il 50% dei punti di transizione dell'input e output del segnale.

• t_pLH è il tempo da basso a alto dell'uscita.
• t_pHL è il tempo da alto a basso dell'uscita per una porta singola.

Solitamente t_P è la media di questi ultimi: t_P = (t_pLH + t_pHL) / 2.

I tempi di salita t_r e di discesa t_f indicano quanto velocemente il segnale transita tra i livelli. Si definiscono tra il 10% ed il 90% dell'uscita.

Consumo di potenza

Definisce quanta energia viene consumata per ogni operazione. Ad esempio:

In carica, l'energia di C:

W_in = V_DD ∫_t0^{t₀ + T} i_in(t) d_t = V_DD [∫_t0^{t₀ + T} i_C(t) d_t + V_DD ∫_t0^{t₀ + T} d_uc(t) / d_t ] d_t

= V_DD ∫ i_C(t) d_t = V_DD [ C ∫_t0^{t₀ + T} d_VC(t) / d_t ] d_t = V_DD C [ V_DD(V_DD - 0) ] = C V_DD²

Ovvero l'energia prelevata dall'alimentazione nel periodo di carica è E = CV_DD².

In scarica non viene prelevata energia da V_DD.

La potenza dissipata è: P = C V_DD² / T = CV