Grundzüge Der Digitaltechnik

ISBN-13: 9783519022626 / Niemiecki / Miękka / 1988 / 250 str.

Siegbert Hentschke

Opis

Die Konzentrationsdichte elektronischer Schaltelemente hat sich in den letzten zehn Jahren mehr als verzehnfacht. Die Anzahl der Transistorfunktionen auf 2 einem Bauelement mit einer Chipflache von weniger als lOOmm hat eine Million uberschritten. Schnelle digitale Bauelemente konnen im lOOps-Bereich schalten. Zahlreiche Forschungs- und Entwicklungsprogramme in Europa, USA und Japan zeigen an, dass diese, im Vergleich mit anderen Disziplinen, bislang unbekannte Wachstumsgeschwindigkeit in der mikroelektronischen Industrie noch nicht ab geschlossen ist und vollig neue Applikationsbereiche erschliesst. Aber die physikalischen Grenzen der Integration digitaler Schaltungen sind bereits erkennbar. Die noch wachsende Komplexitat ermoglicht dennoch die Entwicklung neuer Leistungsmerkmale auf der Basis von technologieunabhangigen Funktionselementen. Das vorliegende Buch soll die Grundlagen vermitteln, die es erlauben, auf dem derzeitigen Stand der Technik aufsetzend, funktionsspezifische digitale Schaltungen zu entwerfen. In einer relativ umfangreichen Einfuhrung werden die hierfur erforderlichen naturwissenschaftlichen Erkenntnisse und Methoden vermittelt. Damit wird auch demjenigen ermoglicht, sich die mathematischen und physikalischen Voraussetzungen zu erarbeiten, der noch nicht die Grundvorlesung gehort hat, der z. B. noch nicht mit der z-Transformation, dem Abtast- und Codiertheorem vertraut ist oder die grundlegenden Halbleitereffekte, den Feldeffekttransistor und die MOS-Technik noch nicht kenn

Spis treści

1 Einführung.- 1.1 Digitalisierung von Signalen.- 1.1.1 Digitales Übermitteln analoger Signale.- 1.1.2 Abtastung des analogen Signals.- 1.1.3 Digitalisierung der Amplitude.- 1.2 Digitale Information.- 1.2.1 Definition der Information.- 1.2.2 Kanalkapazität.- 1.2.3 Shannon’scher Satz für digitale Kanäle.- 1.2.4 Bitfehlerrate.- 1.3 A/D-und D/A-Conversion.- 1.3.1 Technische Grundprinzipien.- 1.3.2 Paralleler A/D-Converter für hohe Geschwindigkeiten.- 1.3.3 Serieller A/D-Converter.- 1.3.4 A/D-Converter mit Rückführung über D/A-Wandler.- 1.3.5 D/A-Converter mit potentiell gewichtete Widerständen.- 1.3.6 D/A-Converter mit Stromquelle.- 1.3.7 Conversion durch Pulsmodulation.- 1.4 Darstellung abgetasteter Systeme in der z-Ebene.- 1.4.1 Diskretisierung der Fourier- und Laplace-Transformation.- 1.4.2 Abtast-Theorem.- 1.4.3 D/A-Korrekturfilterung.- 1.4.4 z-Transformation und inverse z-Transformation.- 1.4.5 Digitale Filter.- 1.5 Physikalischer Aufbau von Halbleitern in Planartechnik.- 1.5.1 Halbleitereigenschaften.- 1.5.2 Mathematische Beschreibung der Halbleitereffekte.- 1.5.3 Typische physikalische Materialkonst. von Halbleitern.- 1.5.4 pn-Übergänge in Halbleitern.- 1.5.5 Aufbau des bipolaren Transistors.- 1.5.7 Großsignal-Modell des MOS-FET.- 1.5.8 CMOS-Technik (Complementary MOS).- 1.5.9 Logikfamilien.- 2 Boolesche Algebra und ihre elektrische Realisierung.- 2.1 Verknüpfungen.- 2.1.1 Darstellung der Variablen.- 2.1.2 Logische Basisgatter und deren Symbole.- 2.2 Rechenregeln der Booleschen Algebra.- 2.2.1 Boolesche Axiome.- 2.2.2 Schaltungstechnische Bedeutung der Axiome.- 2.2.3 Duale Operationen.- 2.2.4 De Morgan’sche Regeln.- 2.2.5 Idempotenzgesetz der Booleschen Algebra.- 2.2.6 Absorptionsgesetz.- 2.2.7 Boolesche Ausdrücke.- 2.3 Schaltungsreduktion.- 2.3.1 Boolesche Normalformen.- 2.3.2 Algebraische Reduktion Boolescher Ausdrücke.- 2.3.3 Reduktion von Schaltfunktionen mit KV-Diagramm.- 2.3.4 Unbestimmte KV-Diagramme.- 2.3.5 Programmierte Schaltungsreduktion.- 3 Schaltwerke.- 3.1 Flipflops (FF).- 3.1.1 RS-Flipflop.- 3.1.2 Taktzustandgesteuertes RS-Flipflop.- 3.1.3 Taktzustandgesteuertes D-Flipflop (Delay FF, D-Latch).- 3.2 Zweiflankengetriggerte Flipflops mit Zwischenspeicherung.- 3.2.1 RS-Master-Slave-Flipflop.- 3.2.2 JK-Master-Slave-FF.- 3.3 Einflanken-getriggerte Flipflops.- 3.3.1 Einflankengetriggertes D-Flipflop.- 3.4 Flipflop-Schaltwerke.- 3.4.1 Schieberegister.- 3.4.2 Rechts-Links-Schieberegister.- 3.4.3 Schieberegister mit paralleler Eingabe.- 3.4.4 Vergleich von Speicherinhalten.- 3 5 Zählschaltungen.- 3.5.1 Asynchroner Dualzähler.- 3.5.2 Synchroner Dualzähler.- 3.5.3 Synchroner Vorwärts-Rückwärts-Zähler.- 3.5.4 Synchrone Untersetzer.- 3.6 Synchronisierschaltungen.- 3.6.1 Impulssynchronisierung.- 3.6.2 Elastische Speicher.- 4 Integrierte Halbleiterspeicher.- 4.1 Speicheraufbau.- 4.1.1 Speichertypen.- 4.1.2 Speicherorganisation.- 4.2 Festwertspeicher.- 4.2.1 Maskenprogrammierte Festwertspeicher.- 4.2.2 Programmierbare Festwertspeicher.- 4.2.3 Reversible Festwertspeicher.- 4.3 RAM-Seicher.- 4.3.1 Statische Schreib-/Lesespeicher mit wahlfreiem Zugriff.- 4.3.2 Dynamische Speicher.- 4.4 Der Assoziativspeicher CAM.- 4.4.1 Kettenassoziation.- 4.4.2 Assoziativspeicher-Organisation.- 4.4.3 Schaltung eines Assoziativspeichers.- 4.5 Pufferspeicher.- 4.5.1 FIFO-Speicher.- 4.5.2 Stack-Speicher.- 4.6 Ladungstransportspeicher.- 4.6.1 CCD-Speicher.- 4.6.2 CCD-Bild-Sensoren.- 4.7 PLA-Speicher.- 4.7.1 PAL-Speicher.- 4.8 Speicher-IC-Tabelle.- 5 Entwurf von Schaltketten.- 5.1 Grundeinheit eines Schaltwerks.- 5.1.1 Zustandsdiagramm eines Schaltwerks.- 5.1.2 Ablaufdiagramm.- 5.2 Zahlendarstellungen.- 5.2.1 Dualcode modulo 2n.- 5.2.2 Darstellung ganzer Zahlen nach Betrag und Vorzeichen.- 5.2.3 Darstellung ganzer Zahlen im Zweier-Komplement.- 5.2.4 Darstellung ganzer Zahlen im Einer-Komplement.- 5.2.5 Darstellung ganzer Zahlen im Offset-Dualcode.- 5.2.6 Darstellung ganzer Zahlen im Gray Code.- 5.2.7 Darstellung ganzer Zahlen im BCD-Code.- 5.2.8 Hexadezimal- und Oktalzahlen.- 5.2.9 Umwandlungen der Zahlendarstellungen.- 5.2.10 Kommadarstellung rationaler Zahlen.- 5.3 Addierer.- 5.3.1 Ein-bit-Volladdierer.- 5.3.2 n-Bit-Carry-Ripple-Adder (CRA).- 5.3.3 Carry Look Ahead Addierer (CLA).- 5.3.4 Zweistufiger Carry-Look-Ahead-Addierer.- 5.3.5 Carry-Save-Addierer.- 5.3.6 Speichernder Stufen-Addierer.- 5.4 Addierer-Schaltungen.- 5.4.1 Subtrahierer.- 5.4.2 Erweiterungen der Wortbreite.- 5.4.3 Akkumulator.- 5.4.4 Multiplizierer.- 5.4.5 Dividierer.- 5.4.6 Vergleich von Hardwareaufwand mit Verarbeitungszeit.- 5.5 Arithmetisch-Logische Einheit (ALU).- 5.5.1 Steuerung der Booleschen Operationen in der ALU.- 5.5.2 Steuerung von arithmetischen Operationen in der ALU.- 5.5.3 Register-ALU.- 5.6 Ausblick: Entwurf integrierter Systeme.- 5.6.1 Systementwicklungsablauf.- 5.6.2 Gate Array Entwicklung.- 5.6.3 Simulations- und Entwurfshierarchien.