DOMANDE ELETTRONICA WARNING ESERCIZIO D-1 a. Si spieghi la
differenza tra un materiale conduttore, semiconduttore e isolante.
b. Si spieghi cosa si intende per semiconduttore intrinseco e
semiconduttore drogato. c. Si illustri sinteticamente come avviene
la conduzione di corrente in un semiconduttore, scrivendo le
equazioni che la descrivono.
Un materiale scarsamente conduttore dellelettricit viene detto
isolante, un eccellente conduttore un metallo, una sostanza la cui
conduttivit presenta valori intermedi tra questi due estremi un
semiconduttore. Ogni materiale pu essere classificato in una di
queste categorie a seconda della sua distribuzione delle bande
denergia.Negli isolanti la banda proibita che separa la banda di
conduzione da quella di valenza molto ampia, ci vuol dire che gli
elettroni non possono passare dalla banda di valenza a quella di
conduzione poich lenergia che pu essere fornita a un elettrone o
per opera di un campo applicato o dallesterno non sufficiente.Nel
semiconduttore lampiezza della regione proibita relativamente
piccola (Eg = 1eV), Questi materiali a bassa temperatura sono
isolanti, poich gli elettroni non hanno abbastanza energia per
passare in banda di conduzione. Aumentando la temperatura invece,
possibile aumentare la conduttivit. Questi semiconduttori sono
detti intrinseci. Esistono poi i semiconduttori estrinseci Dove la
conduttivit aumenta inserendo atomi di impurit dall'esterno.
Metallo un solido che presenta una struttura con un'unica banda
occupata. Sotto l'influenza di un campo elettrico gli elettroni
possono acquisire ulteriore energia e spostarsi verso livelli pi
elevati. Poich questi elettroni mobili costituiscono una corrente,
il materiale un conduttore.B.La differenza principale tra un
semiconduttore puro e uno drogato che nel semiconduttore puro la
conduttivit aumenta con la temperatura, mentre definiamo estrinseco
un semiconduttore in cui necessario inserire atomi di maturit
affinch diventi conduttivo.C.La corrente in un semiconduttore
deriva dal movimento sia di elettroni che di lacune. possibile
drogare un semiconduttore con atomi di impurit in modo che la
corrente sia dovuta principalmente a un solo tipo di portatore: o
agli elettroni o alle lacune.Definiamo corrente di deriva il
fenomeno di trasporto delle cariche in un cristallo sotto
l'influenza di un campo elettrico. Mentre definiamo corrente di
diffusione il fenomeno di trasporto delle cariche provocato dal
gradiente di una concentrazione non uniforme.
Si consideri un materiale semiconduttorea. Si spieghi in cosa
differisce da un materiale conduttore e da un materiale isolante.b.
Si spieghino i seguenti termini:i. portatori maggioritari e
minoritari;ii. mobilit;iii. conducibilit.A.
Un semiconduttore intrinseco a bassa temperature si comporta
come un isolante. Aumentando la temperatura andiamo a rompere i
legami covalenti si crea una copia elettrone lacuna. In un
semiconduttore estrinseco invece vengono introdotti degli atomi
Donori o accettori. Introducendo degli atomi donori si verranno a
creare degli elettroni liberi di muoversi all'interno del
cristallo. La concentrazione intrinseca di elettroni dipende dal
materiale stesso e dalla temperatura. Quando droghiamo un
semiconduttore, il prodotto elettroni lacune deve essere uguale al
numero di elettroni intrinseco al quadrato. Ci vuol dire che
possiamo scegliere come portatore di carica maggioritario gli
elettroni o le lacune, l'importante che venga rispettata la
relazione.
1.2 B1in un semiconduttore drogato I portatori maggioritari sono
gli elettroni. In un semiconduttore drogato p, I portatori
maggioritari sono le lacune. La mobilit la facilit con cui
l'elettrone o la lacuna si muove al'interno del cristallo. La
conduttivit l'espressione quantitativa dell'attitudine di un
conduttore ad essere percorso da corrente elettrica.
Commento: WARNINGAbbiamo una corrente di saturazione negativa
dovuta al movimento delle cariche minoritarie.Applicando un forte
campo elettrico le cariche minoritarie acquistano unelevata energia
cinetica; urtando gli atomi in banda di valenza si vengono a creare
nuove coppie elettrone lacuna. Gli elettroni salteranno poi in
banda di conduzione creando una corrente inversa di intensit
notevole.Per quanto riguarda la polarizzazione diretta della
giunzione possiamo notare come la corrente segue un andamento
esponenziale, in particolare possiamo definire una valore di
tensione di soglia (0.7V) oltre al quale il guadagno maggiore di
e.
Le giunzioni p-n sono utilizzate per la realizzazione di
dispositivi quali diodi e mosfet. Questi dispositivi sono a loro
volta utilizzati per la realizzazioni di circuirti raddrizzatori,
porte logiche e memorie.Analizziamo il funzionamento di un circuito
raddrizzatore a semionda creato utilizzando una giunzione p-n.
Il diodo segue il grafico tensione/corrente illustrato sopra.
Possiamo quindi dire che il diodo si comportera come un circuito
aperto quando la tensione Vs assume valori minori di Vt, mentre
quando Vs supera la tensione di soglia Vt allora permette il
passaggio di corrente, generando una caduta di tensione sulla
resistenza. La tensione Va quindi 0 quando Vs < Vt, mentre Vs-Vt
quando Vs > Vt.
Possiamo modificare il circuito inserendo un condensatore in
parallelo alla resistenza in modo da stabilizzare la tensione di
uscita a un valore stabile.
Scegliendo i valori di resistenza e capacit in modo da ottenere
un Tau maggiore del periodo della sinusoide il condensatore non
riuscir a scaricarsi poich sar nuovamente sottoposto a una tensione
positiva. Otterremo cosi un valore di tensione di uscita stabile.
PS: friggi ha detto di fare tutto bene col ponte di graetz. Diodi
LED.
MOSFET a
Applichiamo tutte le tensioni nulle.Se applichiamo i potenziali
VG 0 V e VD 0 V, la giunzione PN tra gate e drain inversamente
polarizzata (la tensione ai suoi capi inferiore a 0,7 V), perci la
corrente ID indicata in figura pari alla debolissima corrente di
polarizzazione inversa (che pu essere considerata nulla).
Aumentiamo il potenziale di gate.Supponiamo ora di aumentare il
potenziale del gate. In questo modo creiamo un campo elettrico
verticale tra gate e substrato. Tale campo elettrico fa s che le
lacune si spostino verso il substrato, mentre gli elettroni
minoritari andranno verso il gate. A seguito di tale spostamento di
carica si creer, appena al di sotto dellossido, una zona allinterno
della quale diminuisce la concentrazione di lacune ed aumenta di
quella di elettroni: se il potenziale del gate sufficientemente
elevato, si creer cos un canale conduttivo costituito da elettroni
e quindi il drain ed il source non sono pi elettricamente isolati.
- A questo punto, se applichiamo anche un potenziale positivo VD al
drain, otterremo una corrente ID non pi nulla tra il drain ed il
source. Osserviamo inoltre che, allaumentare del potenziale di
gate, aumenter la concentrazione di elettroni tra il drain ed il
source, e quindi facile intuire che tale potenziale pu essere usato
come variabile di controllo della corrente ID. - La stessa cosa
accadrebbe applicando un potenziale positivo al source e collegando
a massa il drain (ma in tal caso la corrente avrebbe verso
opposto): osserviamo infatti che, dal punto di vista costruttivo,
tali terminali sono indistinguibili. Tuttavia essi vengono indicati
con nomi diversi, perch si preferisce chiamare drain il terminale
che assume il potenziale pi elevato. Affinch il canale conduttivo
si formi effettivamente allinterno dellnMOS non per sufficiente che
si applichi una tensione positiva al gate, ma necessario che il
valore di VG superi la tensione del source di un valore noto, che
dipende anche dal singolo Mosfet, il quale viene indicato con VT
(tensione di sogliaValori tipici della tensione di soglia si
aggirano tra 0,5 V e 1,5 V. Si noti che tra il canale conduttivo di
elettroni accumulati in superficie ed il substrato neutro si ha una
zona svuotata. Quindi c completo isolamento elettrico tra i
portatori mobili in superficie e quelli maggioritari (lacune) del
substrato.
MOSFET b
Come possiamo osservare il mosfet lavora in zona ohmica finche
Vds minore di Vgs-Vt; ci vuol dire che il mosfet si comporta come
se fosse una resistenza. Quando Vds supera Vgs-Vt allora il mosfet
entra in zona di saturazione. In questo stato la corrente Is che
scorre nel mosfet stazionaria e cresce molto lentamente.La curva
tratteggiata rappresenta il grafico Id/Vgs, che intersecando il
grafico Id/Vds individua i punti di soglia tra regione ohmica e
saturazione.
MOSFET cTransconduttanzaIl Mosfet viene fatto funzionare in zona
di saturazione, esso si comporta come un generatore di corrente
comandato in tensione, perch in grado di controllare la corrente ID
in funzione di VGS secondo la relazione nota:
Si introduce allora un fattore di qualit del dispositivo, che
rappresenta la derivata di ID rispetto a VGS:
La transconduttanza quindi indica di quanto varia ID quando si
ha una variazione infinitesima di VGS. Lunit di misura della
transconduttanza il Siemens [S].Resistenza drain-sourceQuando la
tensione supera anche la tensione Vds + Vth il canale raggiunge il
drain: essendo possibile la conduzione il canale si comporta come
una resistenza nel senso che il potenziale diventa variabile lungo
la sua lunghezza L ma non nella larghezza W che aumenta solo al
crescere della tensione applicata al gate, misurate rispettivamente
lungo la direzione parallela e perpendicolare rispetto a quella
della corrente che percorre il canale
Si consideri Decoder a. Si spieghi sinteticamente la funzione
svolta b. Si disegni il circuito e si spieghi il principio di
funzionamento c. Si mostri come il decoder utilizzato allinterno
dellarchitettura di una RAM staticaa.Un decoder un dispositivo
elettronico che permette di selezionare una tra 2^n uscite a fronte
di un entrata a n bit. Questo processo molto vantaggioso perch
permette di ridurre i pin dingresso da n a log2n.
Grazie ai mosfet a svuotamento ML (questi mosfet conducono anche
con gate e source cortocircuitati), il canale che collega Va a Wo
sempre presente, dunque luscita Wo sar attiva solo ed
esclusivamente quando i mosfet M1 e M2 sono interdetti, quindi
quando A1 e A0 sono entrambe a 0.ESERCIZIO D.3 a. Si spieghi cosa
si intende per consumo di potenza statico di un circuito digitale.
b. Si spieghi cosa si intende per consumo di potenza dinamico di un
circuito digitale. c. Si ricavi e si confronti il consumo di
potenza dinamico di una porta CMOS NAND con quello di una NOR,
entrambe a due ingressi, realizzate con gli stessi MOSFETs e
soggette agli stessi segnali di ingresso. d. Si discuta il
risultato ottenuto nel punto precedente.
Si parla di condizione statica quando per un certo tempo delta t
la tensione di ingresso e di uscita non variano. In generale la
corrente diversa a seconda che luscita sia allo stato basso o
alto.Dalla legge di Ohm si ha che la potenza assorbita uguale al
prodotto tra tensione e corrente, a seconda che si sia nello stato
alto o nello stato basso le potenze rispettive sono:Ph=Va*Ih e
Pl=Va*Il e in generale Ph diversa da Pl.Al fine di calcolare la
potenza statica media consumata necessario conoscere delta Th e
delta Tl.Da qui ne esce Una semplificazione si ha quando Th=Tl
In condizioni statiche il consumo di potenza statico
nellinvertitore nullo, in quanto questo circuito non assorbe
corrente.Consumo di potenza dinamicoIl consumo di potenza si
verifica durante le commutazioni di stato e prende il nome di
consumo di potenza dinamico.Nei circuiti digitali modellizziamo il
carico come una capacit poich per cambiare il potenziale di un nodo
del circuito necessario aggiungere o togliere una certa quantit di
carica elettrica; questa capacit viene inserita tra il nodo in
questione e massa. Per analizzare nel dettaglio la potenza dinamica
e le sue propriet, occorre descrivere un ciclo completo di
carica-scarica del condensatore all interno del circuito
ivertitore.Al tempo t1 l interruttore s2 si chiude e la tensione di
uscita sale a Vh: la tensione al condensatore cambiata da Vl a Vh,
esso ha ricevuto una quantit di carica positiva pari a Q=
Cl(Vh-Vl).Al tempo t2, s2 si apre e la quantit di carica Q lascia
le armature del condensatore attraverso la corrente che fluisce
verso massa.Possiamo quindi affermare che lalimentatore ha compiuto
un lavoro pari a L=QVaDetta quindi f la frequenza media su cui
opera la porta, possiamo indicare come potenza dinamica
dellinvertitore (lavoro nellunit di tempo) Cl(Vh-Vl)Va fSe Vh=Va e
Vl=0: P=ClVa^2 f
Il consumo di potenza dinamico in una porta nor risulta esser
uguale a quello di una porta nand poiche il ciclo di carica scarica
delle due porte il medesimo.Esercizio 1.2 Si consideri una generica
porta CMOS: a. Si definisca il tempo di propagazione della porta
nellipotesi che gli ingressi siano comandati da porte analoghe. b.
Partendo dal tempo di propagazione si deduca il massimo bit rate a
cui pu operare la porta, giustificando i passaggi. c. Si spieghi
cosa si intende per consumo di potenza statico. d. Si spieghi
lorigine del consumo di potenza dinamico ricavandone lequazione e
giustificando dettagliatamente i passaggi. Si definisce tempo di
propagazione dellinvertitore la media aritmetica dei tempi di
propagazione relativi alle due transizioni. Essi si misurano
considerando il 50% della dinamica logica ossia quando le tensioni
in ingresso e in uscita valgono (VH-VL)/2.Il tempo di propagazione
di n porte dato da n*tp (di una porta).
Conoscendo il tempo di propagazione possiamo determinare la
massima frequenza a cui la porta lavora e il suo bit rate. La
massima frequenza data dal minimo valore possibile del periodo
T.Sapendo che il tempo di transizione pari a 2volte il tempo di
propagazione allora il periodo minimo uguale a 8volte il tempo di
propagazione, la sua frequenza massima sar pari a 1/8tp.Es:
considerando che nel periodo T vengano elaborati 2bit, il suo bit
rate sar 1/4tp con tp=40ps.il massimo bit rate sar pari a 6Ghz.
Si consideri una memoria Flash a. Si disegni larchitettura della
memoria b. Si disegni il circuito della cella di memoria
spiegandone in principio di funzionamento
a.
Le memorie Flash sono memorie non volatili, che si differenziano
dalle ROM perch sono riscrivibili.Linformazione viene immagazzinata
modificando la tensione di soglia dei Mosfet. Perch ci sia
possibile, naturalmente, necessario utilizzare dei particolari
Mosfet, che possiedono il cosiddetto floating gate. Il floating
gate un elettrodo aggiuntivo che viene inserito nellossido del gate
e che non accessibile esternamente. Si tratta perci in sostanza di
un metallo inserito allinterno dellossido.
b.
La necessit di avere una memoria che sia programmabile,
cancellabile elettricamente e che abbia un solo transistor, ha
portato alla realizzazione di un nuovo tipo di memoria chiamato
memoria Flash, che quindi possiede un solo transistor come la EPROM
ed programmabile e cancellabile elettricamente come la E^2PROM.La
cella della flash costituita quindi da un solo transistor ed
impiega lo stesso metodo di programmazione della EPROM ovvero
liniezione di elettroni dalla regione di drain e permette la
cancellazione delleffetto tunnel che avviene verso il source. Per
questo nello schema della cella il source non collegato a massa ma
ad un potenziale Vs che pu essere cambiato.
Si consideri un Flip-Flop CMOS di tipo S-R.a. Si disegni il
circuito.b. Si spieghi la funzione svolta ed il principio di
funzionamento del circuito.c. Si mostri il comportamento del
circuito al comando S=R=1 e si spieghi sinteticamente la soluzione
al problema.
a.
b.Il circuito sopra riportato pu essere adottato per realizzare
un dispositivo che rimanga in stato di memoria per opportuni
intervalli di tempo e che sia in grado di modificare le proprie
uscite acquisendo dati solamente nei restanti istanti, sulla base
di un segnale di ingresso detto Clock. Tuttavia il numero di Mosfet
che tale circuito richiede molto elevato: per realizzare ogni porta
NOR abbiamo bisogno di 4 transistor e per realizzare ogni singola
porta AND dobbiamo in sostanza utilizzare una NAND con in serie una
NOT, per un totale di 6 Mosfet per ogni AND. Di conseguenza, avremo
bisogno di 20 transistor per ogni flip-flop Set-Reset.Uno schema
che possibile utilizzare per realizzare un flip-flop Set-Reset il
seguente:-Se CK = 0 possiamo sostituire un circuito aperto a
ciascuno dei due nMOS che hanno come ingresso ilClock, perch
saranno certamente spenti. Di conseguenza, le uscite non sono
forzate ad alcun valore e il flip-flop rimane in memoria.-Se CK = 1
abbiamo diversi sottocasi:-Se R = S = 0 allora i due Mosfet aventi
come ingresso S ed R sono spenti e possiamo sostituire adessi un
c.a., perci anche in questo caso il circuito in stato di
memoria.-Se R = 0 e S = 1 allora i Mosfet certamente accesi sono
quelli aventi come ingressi S e CK e percipossiamo sostituire ad
essi dei c.c. Osserviamo quindi con facilit che abbiamo
!Q=0.Siccome lingresso dellinverter a sinistra !Q=0, luscita di
tale inverter, che coincide con Q, assumer il valore Q=1.-Se S = 0
e R = 1 abbiamo una situazione del tutto simmetrica alla
precedente.-Se S = R = 1 siamo nello stato di indeterminazione.In
sintesi il clock alto abilita la scrittura mentre il clock basso
comporta la tenuta del bit.
c.Quando S=R=1, le uscite Q e !Q risultano essere uguali e ci a
livello logico, errato.Vediamo come risolvere questa problematica:
sufficiente prelevare le uscite !Q e Q e riportarle ad un ingresso
aggiuntivo delle porte NAND con una piccola modifica circuitale. In
questo modo non pi possibile che abbiano lo stesso valore
logico.
Si considerino le memorie a semiconduttore:a. si illustri una
possibile classificazione;b. si disegni e si spieghi larchitettura
di una RAM statica;c. si disegni lo schema di una cella di RAM
statica, spiegando sinteticamente come avviene loperazione di
scrittura;
a.
A questo punto possiamo dare la seguente descrizione delle
categorie introdotte:Memorie ROMLe memorie ROM (Read Only Memory)
sono memorie non volatili e di sola lettura (cio nelle quali
lascrittura avviene una sola volta, tipicamente in fase di
fabbricazione).Memorie FlashLe memorie Flash sono memorie non
volatili, che si differenziano dalle ROM perch sono
riscrivibili.Memorie RAMLe memorie RAM (Random Access Memory) sono
delle memorie riscrivibili, molto veloci e per questovengono molto
spesso utilizzate come memoria centrale di un calcolatore. Nello
schema sono statiindicati due diversi tipi di memorie RAM:Memorie
SRAM (Static Random Access Memory).Memorie DRAM (Dynamic Random
Access Memory).Osserviamo che tutte le memorie fino ad ora citate
sono memorie ad accesso casuale, nelle quali quindi iltempo di
accesso uguale per tutti i bit. Un tipico esempio di memoria che
non ad accesso casuale lhard disk (cos come tutte le altre memorie
sequenziali).
b.
La SRAM, acronimo di Static Random Access Memory, un tipo di RAM
volatile che non necessita di refresh. I banchi di memorie SRAM
consentono di mantenere le informazioni per un tempo teoricamente
infinito, hanno bassi tempi di lettura e bassi consumi,
specialmente in condizioni statiche. La necessit di usare molti
componenti per cella le rende per pi costose delle DRAM.Per
scrivere o leggere una cella necessario selezionarla attraverso
lacombinazione di una RIGA e una COLONNA.Per selezionare la riga si
impiega un decodificatore detto appunto DECODER DI RIGA che
ricevein ingresso la parola a N bit in grado di identificare una
delle 2N WORD LINES possibili.Per selezionare la colonna si impiega
un decodificatore di colonna anchesso con parola di ingressoad N
bit, supponendo la matrice di memoria quadrata. Il numero totale di
celle quindi 2N 2N.
c.Le celle di una SRAM sono costituite da un circuito
retroazionato formato da due invertitori logici le cui uscite sono
collegate alle due estremit alle linee dei dati tramite due
transistor detti porte di trasmissione. Le singole coppie di porte
di trasmissione vengono abilitate a seconda della cella su cui deve
essere effettuata la lettura o scrittura.
La fase di scrittura viene abilitata attraverso un segnale basso
allingresso WRITE che abilita ibuffer tri-state permettendo al dato
presente su DATA IN di raggiungere le line Q e Q e quindi lebit
lines della colonna selezionata.Il dato in ingresso raggiunger solo
la cella identificata dalla coppia di indirizzi di riga e
colonna.Ad esempio, se vogliamo scrivere il bit 1 nella cella Ji,
ovvero RIGA J COLONNA i,presentiamo il bit 1 allingresso DATA IN,
portiamo bassoWRITE, quindi selezioniamo la riga J ela colonna i
attraverso i corrispondenti indirizzi di riga e colonna. I relativi
MOSFET di selezionedella cella e di selezione della colonna vengono
accesi e il dato verr quindi diretto verso il latchdella cella J
i.
a. Descrivi le caratteristiche di un invertitore reale e in cosa
differisce da un invertitore idealeb. Analizza la caratteristica
ingresso-uscita di un invertitore reale
a.
b.Guardando la caratteristica ingresso uscita di un invertitore
reale, possiamo identificare tre regioniin cui suddividerla in base
alla pendenza.Le due regioni a bassa pendenza in prossimit dei
livelli logici basso ed alto e la regione ditransizione tra i due
livelli, caratterizzata da una elevata pendenza.La derivata della
caratteristica viene anche chiamata guadagno ingresso uscita
delcircuito su piccoli segnali. Infatti se consideriamo il circuito
operante in un preciso punto dellacaratteristica, la derivata in
quel punto ci d informazioni su quanto una piccola variazione
dVINdella tensioni dingresso, variazione che chiameremo per ora
segnale, si ripercuote come variazionedVOUT in uscita.Se la
derivata , in modulo, maggiore di 1, la variazione della tensione
duscita risulter maggiorerispetto a quella in ingresso e parleremo
di guadagno effettivo, cio in modulo > 1, sul segnale.Se
viceversa la derivata , in modulo, < 1 si verificher una
attenuazione del segnale passandodallingresso alluscita del
circuito.Risulta quindi immediato suddividere la caratteristica
ingresso uscita prendendo come punti disuddivisioni quelli in cui
il guadagno vale 1, ovvero quei due punti in cui la retta tangente
allacurva parallela alla bisettrice del 2 e 4 quadrante.Ora,
affinch non si verifichi una amplificazione dei disturbi
eventualmente presenti allingressodellinvertitore, necessario che
la porta operi sempre con VIN interno alle due regioni con
modulodel guadagno minore di 1.La regione di transizione in cui il
modulo del guadagno >1 viene proibita in quanto
operareallinterno di questa regione potrebbe portare ad errori
nellelaborazione dei bit, a causadellamplificazione di eventuali
disturbi.
a.Descrivere larchitettura e lo schema logico della memoria ROM
b.Disegnare il circuito della memoria ROM e parlarne sinteticamente
dicendo cose a caso abbastanza sensate.c.A cosa servono i rom?
Dammi un motivo per cui dovrebbero risiedere in italia?
a.
Le memorie ROM si chiamano cos perch i bit in esse contenuti
sono inseriti in fase di fabbricazionedella memoria stessa e non
possono pi essere cancellati o essere riscritti nuovi dati, ma
possonoessere solamente letti.Memorie di questo tipo svolgono
quindi la funzione di rendere disponibili informazioni destinate
arimanere immutate nel tempo.Quante parole di M bit pu contenere la
memoria?Al massimo, pu contenere un numero di parole pari al numero
di indirizzipossibili che 2N. Il numero complessivo di bit
contenuti nella memoria quindi 2N M.La ROM costituita semplicemente
da due circuiti: un decoder e un encoder.
In sostanza le memorie ROM sono dei dispositivi che, ricevuta
una parola in ingresso (che rappresentalindirizzo della locazione
da leggere) restituiscono in uscita una parola (di lunghezza
diversa, in genere)che rappresenta il contenuto di quella
locazione:
Per ottenere questa realizzazione abbiamo utilizzato un pMOS in
cima ad ogni colonna; tale pMOS ha ilgate collegato a massa.
Inseriamo poi un nMOS ogni volta che vogliamo ottenere un bit a 0,,
e invece nonutilizziamo alcun Mosfet se vogliamo che il bit
corrispondente rimanga ad 1,,.Il pMOS posto su ogni BL meno
conduttivo degli nMOS utilizzati per definire i bit memorizzati.Il
Demultiplexer
Il demultiplexer un circuito che, ricevendo al suo ingresso i
dati del sistema, li indirizza su una e una sola delle sue 2N
uscite connesse ai sistemi riceventi. Esso pu essere rappresentato
schematicamentecome un interruttore con un numero di posizioni pari
al numero delle sue linee duscita. Laselezione della particolare
uscita viene effettuata attraverso la decodifica della parola di
selezione aN bit, A0, A1, A2 AN 1 che identifica una tra le 2N
linee.
Circuito Corrispondente
Per ciascuna parola A0 A1 il decoder tiene a livello logico alto
solo la linea selezionata mentre tuttele altre sono tenute a
livello basso.Aggiungendo un altro ingresso a tale porta NOR
possibile trasmettere il relativo bit notando che una NORcon un
ingresso basso si comporta come un invertitore rispetto allaltro
ingresso. Quindi affinch ildato dingresso X appaia in uscita
occorre aggiungere un invertitore sulla linea
dingresso.Analogamente possiamo aggiungere un ingresso a tutte le
porte NOR ed applicare Xcontemporaneamente a tutte le NOR.
Solamente luscita selezionata per trasmetter la variabile X perch
tutte le altre linee rimangono vincolate a livello 0
indipendentemente da X.
Multiplexer
Il MULTIPLEXER svolge la funzione di collegare uno ed uno solo
degli ingressi X alluscita Y. Laselezione del particolare ingresso
viene effettuata attraverso la decodifica della parola di selezione
aN bit, che identifica quindi uno tra i 2N ingressi.
Come in precedenza visto la linea selezionata del decoder pu
trasmettere il bit inserito in uningresso aggiuntivo della
NOR.Quindi possiamo introdurre un ingresso per ogni NOR.A questo
punto dato che il MULTIPLEXER deve avere ununica uscita possiamo
collegare tutte leuscite del decodificatore ad ununica porta NOR a
4 ingressi. semplice verificare che lingressotrasmesso in uscita
sar solo quello corrispondente alla linea selezionata. Infatti
tutte le altre lineerimarranno fisse a livello 0.
TRI-STATE
In alcuni casi pu capitare che pi porte logiche siano connesse
in modo da creare conflitti. Pensiamo adesempio a quanto accade se
pi porte logiche sono collegate ad un bus (linea dati) e in uno
stesso istantecercano di forzare a valori diversi la tensione del
bus. In questo caso si possonoavere fondamentalmente tre diverse
situazioni:a) Una delle due porte si danneggia irreparabilmente;b)
La tensione della porta assume un valore intermedio casuale;c) Si
realizza un collegamento a massa che genera una corrente molto
elevata e diconseguenza una grande dissipazione di energia.Per
evitare questo tipo di inconvenienti si utilizza linverter
tri-state, il quale puavere, oltre allo stato logico alto e basso,
uno stato logico ad alta impedenza: cisignifica che la porta si
comporta come un c.a. e quindi non forza n a 0,, e n a 1,, lo stato
logico dellalinea dati.
Lo schema elettrico dellinverter tri-state il seguente:
Dove E lingresso di enable (attivazione): se esso vale 1,, la
porta nello stato ad alta impedenza,altrimenti non lo .Se abbiamo E
= 0,, linverter nMOS pi in basso certamente spento e, analogamente,
il pMOS pi in alto spento. Di conseguenza possiamo sostituire ad
essi dei c.a. e osserviamo facilmente che siamo nello statoad alta
impedenza. Se invece E = 1,, entrambi i transistor sopra citati
sono accesi e possiamo sostituiread essi dei c.c., ottenendo come
circuito equivalente un normale inverter.