1 25 2 10 3 15 4 20 5 20 6 20 7 20 8 20 150 Note: - Ing. H. Heuermann
1 25 2 10 3 15 4 20 5 20 6 20 7 20 8 20 150 Note: - Ing. H. Heuermann
1 25 2 10 3 15 4 20 5 20 6 20 7 20 8 20 150 Note: - Ing. H. Heuermann
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__________________________________<br />
Name (Blockschrift)<br />
_________________________________<br />
Unterschrift<br />
Matrikel-Nr.<br />
Informatik<br />
Studiengang<br />
Fachhochschule Aachen Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik<br />
Prof. Dr.-<strong>Ing</strong>. F. Wosnitza<br />
Prof. Dr.-<strong>Ing</strong>. H. <strong>Heuermann</strong><br />
5522 - DIGITALTECHNIK UND TECHNISCHE INFORMATIK<br />
Mi., 23. März <strong>20</strong>05 - 8:30 bis 11:30 Uhr<br />
• Es sind keine Hilfsmittel zugelassen (außer Taschenrechner mit einzeiligem<br />
Display und ohne Textspeicher). Ein Blatt ist als Formelsammlung<br />
zugelassen.<br />
• Sämtliche Kommunikationsmittel sind verboten.<br />
• Es darf nur das ausgeteilte Papier verwendet werden.<br />
• Schreiben Sie auf jedes Blatt Ihren Namen und Ihre Matrikelnummer.<br />
• Ergebnisse, deren Lösungswege nicht aus der Darstellung ersichtlich sind<br />
oder die unleserlich sind, werden nicht gewertet.<br />
Aufgabe max.Pkt. Punkte<br />
1 <strong>25</strong><br />
2 <strong>10</strong><br />
3 <strong>15</strong><br />
4 <strong>20</strong><br />
5 <strong>20</strong><br />
6 <strong>20</strong><br />
7 <strong>20</strong><br />
8 <strong>20</strong><br />
Summe<br />
<strong>15</strong>0 <strong>Note</strong>:
DTTI – 03-05.1 Heu/Wa<br />
Name: Matr.-Nr.: Blatt 2<br />
------------------------------------------------ -------------------------
DTTI – 03-05.1 Heu/Wa<br />
Name: Matr.-Nr.: Blatt 3<br />
------------------------------------------------ -------------------------<br />
Aufg. 5<br />
(<strong>20</strong> Punkte)<br />
Laufzeiteffekte der Digitalsignale haben auf schnelle Schaltungen einen großen Einfluss, den<br />
man durch die Verwendung von „Clock“-Signale eliminieren bzw. minimieren kann. Die Gatter<br />
der im Folgenden untersuchten Schaltungen haben eine Verzögerungszeit von <strong>10</strong>ns. D.h.<br />
<strong>10</strong>ns nachdem sich die Eingangssignale (einschließlich dem Clock-Signal) geändert haben,<br />
erfolgt eine Umschaltung.<br />
Die Eingänge A, B und C sowie das Clock-Signal C und die Startwerte der inneren Größen<br />
X1’ und X1’’ sowie X2’ und X2’’ wie auch der Ausgänge S’ und S’’ sind gegeben.<br />
Für die im Folgenden angegebene Digitalschaltungen soll das Schaltverhalten zunächst als<br />
nicht getaktete Schaltung dargestellt werden.<br />
Die zweite Digitalschaltungen mit den gleichen Gattern als getaktete Schaltung bei<br />
ansteigender „Clock“-Flanke ist im folgenden Bild dargestellt.<br />
a) Tragen Sie das Schaltverhalten über der Zeit für X1’, X2’ und S’ im Falle einer<br />
asynchronen Schaltungsrealisierung ohne Clock-Signal ein.<br />
b) Tragen Sie das Schaltverhalten über der Zeit für X1’’, X2’’ und S’’ im Falle einer<br />
synchronen Schaltungsrealisierung mit Clock-Signal ein.<br />
c) Welche Clock-Frequenz hat die Schaltung?<br />
d) Welche maximale Frequenz kann an den Ausgängen X1’’ und X2’’ auftreten?
DTTI – 03-05.1 Heu/Wa<br />
Name: Matr.-Nr.: Blatt 4<br />
------------------------------------------------ -------------------------<br />
Zu Aufg. 5 a):<br />
Clock<br />
A<br />
0 40 80 1<strong>20</strong> 160 <strong>20</strong>0<br />
t/ns<br />
B<br />
t<br />
C<br />
t<br />
X1’<br />
t<br />
X2’<br />
t<br />
S’<br />
t<br />
t
DTTI – 03-05.1 Heu/Wa<br />
Name: Matr.-Nr.: Blatt 5<br />
------------------------------------------------ -------------------------<br />
Zu Aufg. 5 b):<br />
Clock<br />
A<br />
0 40 80 1<strong>20</strong> 160 <strong>20</strong>0<br />
t/ns<br />
B<br />
t<br />
C<br />
t<br />
X1’’<br />
t<br />
X2’’<br />
t<br />
S’’<br />
t<br />
t
DTTI – 03-05.1 Heu/Wa<br />
Name: Matr.-Nr.: Blatt 6<br />
------------------------------------------------ -------------------------<br />
Aufg. 6<br />
(<strong>20</strong> Punkte)<br />
Das einfache im Folgenden verwendete elektrische Ersatzschaltbild eines MOS-<br />
Transistors besteht aus einem idealer Schalter S i (i=1,2,3) und einem Serienwiderstand<br />
R.<br />
Eine Logikschaltung mit den beiden Eingängen U A und U B und dem Ausgang U out wird<br />
mit der Vorsorgungsspannung Vcc=2V betrieben. Die Schaltung ist aus Widerständen<br />
und spannungsgesteuerten Schaltern aufgebaut.<br />
Sofern die Steuerspannung am Schalter kleiner als Vcc/4 (gemessen gegen Masse)<br />
ist, befindet sich der Schalter im nichtleitenden Zustand. Liegt die Steuerspannung<br />
über Vcc*3/4, so ist der Schalter leitend. Die Zwischenzustände sind nicht definiert<br />
und sollen nicht auftreten.<br />
Die Widerstände R weisen die Werte von <strong>10</strong>0W auf.<br />
R V1 und R v2 haben jeweils den Wert von 1kW.
DTTI – 03-05.1 Heu/Wa<br />
Name: Matr.-Nr.: Blatt 7<br />
------------------------------------------------ -------------------------<br />
Zu Aufg. 6:<br />
a) Welcher Zusammenhang besteht zwischen den Strömen I 1 und I S2 ?<br />
b) Welche logische Funktion realisiert das gegebene Schaltwerk?<br />
c) Tragen Sie für alle vier Logikzustände und die Werte der gesuchten<br />
Spannungen und Ströme in der folgenden Tabelle ein! Der Ausgang soll<br />
unbelastet sein.<br />
U A<br />
U B<br />
I 1<br />
I 2<br />
U S3<br />
U out<br />
in V<br />
in V<br />
in mA<br />
in mA<br />
in V<br />
in V<br />
0 0<br />
0 2<br />
2 0<br />
2 2<br />
d) Welche Leistung wird maximal in R V1 umgesetzt?<br />
e) Wie groß dürfen die Serienwiderstände der Schalter S 1 und S 2 maximal sein,<br />
damit die Schaltung noch einwandfrei arbeitet?<br />
f) Geben Sie eine C²MOS-Schaltung an, die die gleiche Funktion hat, wie die<br />
gegebene Schaltung.
DTTI – 03-05.1 Heu/Wa<br />
Name: Matr.-Nr.: Blatt 8<br />
------------------------------------------------ -------------------------<br />
Aufg. 7<br />
(<strong>20</strong> Punkte)<br />
Analysieren Sie die folgende Innenbeschaltung eines CMOS-Gatters aus idealen<br />
P- und N-MOS-Transistoren mit den Eingängen U und V und dem Ausgang Y. Die<br />
P-MOS-Transistoren sind durch den Kreis gekennzeichnet. Die Schaltung wird mit<br />
Vcc=2V betrieben und alle Transistoren haben die Schaltschwelle von 1V.<br />
a) Vervollständigen Sie die folgende Tabelle. Zustände mit Spannungen >0.5V<br />
werden mit einer logischen 1 und Zustände mit Spannungen
DTTI – 03-05.1 Heu/Wa<br />
Name: Matr.-Nr.: Blatt 9<br />
------------------------------------------------ -------------------------<br />
Zu Aufg. 7:<br />
Gegeben ist eine CMOS-Schaltung nach dem folgenden Bild mit gleichen<br />
Transistoren und gleichen Logikzuständen und –pegeln. Jeder Transistor kann<br />
wiederum als idealer Öffner oder Schließer betrachtet werden.<br />
c) Gegeben die inneren Logikzustände Q über der Zeit im folgenden Diagramm in<br />
Abhängigkeit des Eingangssignale B (bzw. dem invertierten Signal von B) und<br />
W an.<br />
B<br />
W<br />
t<br />
Q<br />
t<br />
d) Wie bezeichnet man diese Schaltung und wo wird sie eingesetzt?<br />
t
DTTI – 03-05.1 Heu/Wa<br />
Name: Matr.-Nr.: Blatt <strong>10</strong><br />
------------------------------------------------ -------------------------<br />
Aufg. 8<br />
(<strong>20</strong> Punkte)<br />
a) Für welche physikalische Größe lässt sich der Wert 1 pW angeben? Was<br />
bedeutet pW?<br />
b) Wie wird aus der aus der Elementarladung e=1.602*<strong>10</strong> -19 C und der Anzahl<br />
der Ladungsträger n=1*<strong>10</strong> 19 die Ladung Q berechnet und welcher Wert ergibt<br />
sich?<br />
c) Geben Sie die Formel für einen Plattenkondensator an.<br />
d) Die Stromversorgungsleitung zwischen Schaltnetzteil und CPU hat einen<br />
elektrischen Widerstand von 0.05W. Welche Spannung U netz muss das<br />
Schaltnetzteil liefern, damit an der CPU 3V bei einem Stromfluss von 2A<br />
anliegen?<br />
e) Eine elektrische Treiberstufe für eine Datenleitung nimmt bei einer<br />
Versorgungsspannung von 2V einen Strom von 12mA auf und kann einen<br />
Strom von <strong>10</strong>mA bei einem High-Signal von 1.8V treiben. Wie groß ist der<br />
Wirkungsgrad h des Treibers?<br />
f) Geben Sie die erst und zweite Kirchhoffsche Regel als Formel für einen<br />
Knotenpunkt und einen Maschenumlauf an.<br />
g) Wie sieht das Schaltbild eines C-MOS-Transmissionsgates aus?<br />
h) Welche Schaltungstechnik, Schottky-TTL oder ECL, lässt größere<br />
Schaltfrequenzen zu?<br />
i) Geben Sie die Abkürzungen für statische und dynamische Speicher an. Was<br />
unterscheidet beide Typen?<br />
j) Zeichnen Sie den Aufbau einer EPROM-Transistorzelle unter Angabe des<br />
Stacked Gates (SG) und des Floating Gates (FG).<br />
k) Benennen und illustrieren Sie die beiden differentiellen Datenübertragungsleitungen,<br />
die jeweils auf der Oberfläche und im Innern von Motherboards<br />
eingesetzt werden.<br />
l) Welche Datenkapazität lässt sich auf einer doppelseitigen DVD mit einer<br />
Informationsebene (DVD<strong>10</strong>) speichern?