Microstructure Physics

 

Applied Surface Physics and Micro Technology

Übungsaufgaben zur Elektronikvorlesung SS 06 Uni Mz

 

C. FET 2 und Logik Übung am 29. Mai 06, 18 Uhr

 

1. FET als Schalter – Torlaufzeit. Die Durchbruchsfeldstärke in Silizium betrage 1,1 E5 V/cm, die maximale Geschwindigkeit von Elektronen, welche sich durch Streuung einstellt 1E7 cm/sec (Daten der Vorlesung).
a) Berechnen sie die Energie zur Beschleunigung auf vmax in Einheiten durchlaufenen Potentials.

b) Schätzen sie die minimalen Laufzeiten für Elektronen von Source nach Draín in MOSFET ab für die Technologie-Generationen 1µm, 0,4µm, 0,1µm, 75 nm und 45 nm (Kanalweiten). Welche Versorgungsspannungen sind zu wählen?

c) Torlaufzeit: Die Schaltgeschwindigkeit von Gattern einer Technologie bestimmt man mit mehreren Invertern, welche als Kreis geschaltet sind. Welche Zeitkonstante bestimmt das Durchschalten von einer Transistorstufe zur nächsten? Schätzen sie für das Beispiel in Übung B.3 die zugehörigen Zeiten ab.

 

2. Beim Nachvollziehen der Funktionsweisen von FlipFlop kann man ordentlich ins Schwitzen kommen. Wir haben in der Vorlesung RS-Flipflop aus NAND-Gattern aufgebaut. Kann man das auch mit NOR-Gattern tun und ggf. zu welchen Bedingungen?

 

3. Eimerkettenspeicher: Überlegen sie, wie man ein Schieberegister für 4-Bit-Worte (z. B. 0100) und daraus einen Seriell-Parallel-Seriell Wandler aufbaut.

 

4. Ein Halbaddierer zählt zwei Bit zusammen und erzeugt ggf. ein Übertragsbit. Ein Volladdierer berücksichtigt ggf. ein bereits ankommendes Übertragsbit. Entwerfen sie ihre individuellen Lösungen.

 

5. Ablaufsteuerung für Multiplikation:

a) Entwerfen sie eine Multiplikationsschaltung für zwei 4-Bit Worte als einfaches Blockschaltbild mit mehreren Addierern, .Logikbausteinen und Verdrahtung.

Nehmen sie nun an, sie hätten die Funktionen 8-Bit Volladdierer ADD, Schieberegister MOV und eine ausreichende Anzahl von 8 Bit Speicherplätzen D1…Dn zur Verfügung.

b) Definieren sie sich diese Funktionen nach ihren Wünschen. Welche Abläufe entwerfen sie  für ihre Benutzung?

c) Skizzieren sie eine Ablaufsteuerung für diese Multiplikation, wenn sie die eingeführten Befehle auf einer primitiven, x-beliebigen Maschine verwenden.

 

6) Optional: Unter http://www.softronix.com/logic.html finden sie ein frei downzuloadendes Programm MMLogic (1,4 Mbyte), das so primitiv aussieht wir Microsoft Paint, es aber richtig in sich hat. Basteln sie sich ein paar Tools zusammen, mit denen sie Daten in einen Speicher oder in ein File ein- und auslesen können. Benutzen sie die eingebauten Hilfen. Die Beispiele zeigen, wie es geht. Eine Anzeige zu haben wäre ebenfalls nett. Worauf es ankommt? Timing und Steuerung der Datenübergabe. Viel Spaß!