Các trang trong thể loại “mạch điện tử”

Bộ nhớ ﬂash được cấu thành từ các phần tử cell nhớ riêng rẽ với các đặc tính bên trong giống như những cổng logic tương ứng đã tạo ra nó; do đó, ta có thể thực hiện thao tác đọc/ ghi, lư

Trang 1

Các trang trong thể loại “Mạch điện tử”

Trang 2

Mục lục

1.1 Nguyên lý hoạt động 1

1.1.1 Flash ADC 2

1.1.2 ADC xấp xỉ nối tiếp 2

1.1.3 Ramp-compare ADC 2

1.1.4 ADC tích phân sườn đôi hoặc đa sườn 2

1.1.5 ADC mã hoá delta 2

1.1.6 ADC sigma-delta 2

1.2 Các đặc trưng hoạt động 2

1.2.1 ADC dấu phảy tĩnh 2

1.2.2 ADC dấu phảy động 2

1.2.3 Các lỗi đặc trưng 2

1.3 Ứng dụng 3

1.3.1 Các nhóm 3

1.3.2 Lĩnh vực 3

1.3.3 Oversampling 3

1.4 am khảo 3

1.5 Xem thêm 4

1.6 Liên kết ngoài 4

2 Bộ nhớ ỉ đọc 5 2.1 Các loại ROM 5

2.2 Xem thêm 5

2.3 am khảo 5

3 Bộ nhớ ﬂash 6 3.1 Lịch sử 6

3.2 So sánh với các bộ nhớ khác 6

3.3 Xem thêm 6

3.4 am khảo 6

i

Trang 3

ii MỤC LỤC

4.2 Ứng dụng 7

4.3 am khảo 7

4.4 Xem thêm 7

5 Cảm biến 8 5.1 Các đặc trưng 8

5.2 Cảm biến chủ động và bị động 9

5.3 Phân loại theo nguyên lý hoạt động 9

5.4 Một số cảm biến 9

5.4.1 Biến áp xoay 9

5.4.2 Con quay 10

5.4.3 Cảm biến tốc độ 10

5.4.4 Cảm biến nhiệt độ 10

5.4.5 Đầu dò khói 10

5.5 Vai trò của cảm biến trong tự động hóa 10

5.6 Đối tượng nghiên cứu 10

5.7 am khảo 10

5.8 Xem thêm 10

6 Chipset 11 6.1 Xem thêm 11

6.2 am khảo 11

7 CMOS 12 7.1 Lịch sử phát triển 12

7.2 Chi tiết kĩ thuật 13

7.2.1 Cấu trúc 13

7.2.2 Ví dụ: cổng NAND 14

7.3 Xem thêm 14

7.4 am khảo 14

8 Cổng AND 15 8.1 Ký hiệu 15

8.2 Toán học 15

8.3 Cấu tạo 15

8.4 ay thế 15

8.5 Xem thêm 15

Trang 4

MỤC LỤC iii

8.6 am khảo 15

9 Cổng logic 16 9.1 Nguyên lý hoạt động 16

9.2 Ký hiệu 16

9.3 Ứng dụng 17

9.4 Cổng logic tổng quát 17

9.5 Cổng logic ba trạng thái 17

9.6 Triển khai 17

9.7 Lịch sử và phát triển 17

9.8 am khảo 18

9.9 Xem thêm 18

10 Cổng NAND 19 10.1 Ký hiệu 19

10.2 Phần cứng 19

10.3 Xem thêm 19

10.4 am khảo 19

11 Công tắc 20 11.1 Cấu tạo 20

11.2 Phân biệt công tắc điện và công tắc từ 20

11.3 am khảo 20

11.4 Xem thêm 20

12 Cuộn cảm 21 12.1 Tổng quan 21

12.2 Từ trường và từ dung 21

12.3 Điện thế, dòng điện và trở kháng 21

12.4 Năng lượng lưu trữ 22

12.5 Chỉ số chất lượng 22

12.6 Phương pháp nối kết 22

12.7 Xem thêm 22

12.8 am khảo 22

13 Cuộn khử nhiễu 23 13.1 Tổng quan 23

13.2 am khảo 23

Trang 5

iv MỤC LỤC

14.3 Ứng dụng 24

14.4 am khảo 25

14.5 Xem thêm 25

15 Demultiplexer 26 15.1 Nguyên lý hoạt động 26

15.4 am khảo 26

15.5 Xem thêm 26

16 Đèn nhân quang điện 27 16.1 Cấu trúc và nguyên lý làm việc 27

16.3 Xem thêm 28

16.4 am khảo 28

17 Đèn phát tia X 29 17.1 Nguyên lý hoạt động 29

17.2 Xem thêm 29

17.3 am khảo 29

18 Điện trở (thiết bị) 30 18.1 Ký hiệu và quy ước 30

18.2.1 Định luật Ohm 30

18.2.2 Đơn vị 30

18.2.3 Điện trở mắc nối tiếp và song song 30

18.3 Công suất tiêu thụ 31

18.4 Mã màu trên điện trở 31

18.5 y ước trên sơ đồ nguyên lý 32

18.6 Các đặc tính không lý tưởng trên điện trở 32

18.7 Các loại điện trở có giá trị cố định 32

18.7.1 Điện trở làm bằng chì 32

18.7.2 Điện trở hợp chất carbon 32

18.8 Chú thích 32

Trang 6

MỤC LỤC v

19.4 am khảo 34

19.5 Xem thêm 34

20 Điốt laser 35 20.1 Nguyên lý hoạt động 35

20.2 Xem thêm 35

20.3 am khảo 35

21 Độ khuế đại 36 21.1 uật ngữ 36

21.2 am khảo 36

21.3 Xem thêm 36

22 EEPROM 37 22.1 Tổng quan 37

22.2 So sánh với các thể loại 37

22.3 Xem thêm 37

22.4 am khảo 37

23 Field-programmable gate array 38 23.1 Lịch sử 38

23.3 Kiến trúc 39

23.3.1 Khối logic 39

23.3.2 Hệ thống mạch liên kết 40

23.3.3 Các phần tử tích hợp sẵn 40

23.3.4 Block RAM 40

23.4 Xem thêm 40

23.6 am khảo 41

24 Flip-ﬂop 42 24.1 Nguyên lý hoạt động 42

Trang 7

vi MỤC LỤC

24.2.1 Flip-ﬂop RS 43

24.2.2 Flip-ﬂop RSH 43

24.2.3 Flip-ﬂop D 43

24.2.4 Flip-ﬂop JK 43

24.2.5 Flip-ﬂop T 43

24.4 am khảo 43

24.5 Xem thêm 43

25 GTO 44 25.1 Nguyên lý hoạt động 44

25.4 am khảo 44

25.5 Xem thêm 44

26 Khuế đại thuật toán 45 26.1 Lịch sử 45

26.1.1 Nguyên lý hoạt động 46

26.2 Mạch khuếch đại thuật toán lý tưởng 46

26.3 Những giới hạn của bộ khuếch đại thuật toán thực tế 46

26.3.1 Những sai lệch về mặt một chiều 46

26.3.2 Những sai lệch về mặt xoay chiều 47

26.3.3 Những sai lệch do phi tuyến 47

26.3.4 Những lưu ý về mặt công suất 48

26.4 Ký hiệu 48

26.5 Ứng dụng trong thiết kế hệ thống điện tử 48

26.6 Hoạt động - Đối với một chiều 49

26.7 Hoạt động - Đối với xoay chiều 49

26.8 Mạch khuếch đại không đảo cơ bản 49

26.9 Sơ đồ bên trong của mạch khuếch đại thuật toán 741 49

26.9.1 Gương dòng điện 50

26.9.2 Tầng khuếch đại vi sai đầu vào 50

26.9.3 Tầng khuếch đại điện áp lớp A 50

26.9.4 Mạch định thiên đầu ra 51

26.9.5 Tầng xuất 51

26.10 am khảo 51

26.11 Xem thêm 51

Trang 8

MỤC LỤC vii

27.1 Tiêu chuẩn cho các ký hiệu 52

27.2 ư viện ký hiệu phổ biến 52

27.2.1 Linh kiện bị động 52

27.2.2 Linh kiện chủ động 52

27.2.3 Máy phát, cắt mạch, thứ khác 52

27.2.4 Mạch tích hợp 52

27.2.5 Đèn điện tử chân không 52

27.3 am khảo 52

27.4 Xem thêm 52

28 LED 53 28.1 Lịch sử 53

28.1.1 Những phát hiện sơ khai 53

28.1.2 á trình thương mại hóa 54

28.1.3 LED xanh da trời và LED trắng 54

28.2 Hoạt động 54

28.2.1 Về mặt điện tử 54

28.2.2 Chiết suất 55

28.2.3 Lớp tráng phủ 55

28.2.4 Hiệu suất và các thông số hoạt động 55

28.2.5 Tuổi thọ 55

28.3 Màu sắc và vật liệu 56

28.3.1 LED xanh da trời và LED tia cực tím 56

28.4 Tính chất 56

28.6 Xem thêm 57

28.7 am khảo 57

29 Linh kiện bán dẫn 59 29.1 Vật liệu bán dẫn 59

29.2 Danh mục linh kiện bán dẫn phổ biến 59

29.3 am khảo 60

29.4 Xem thêm 60

30 Linh kiện điện tử 61 30.1 Phân loại 61

30.2 Linh kiện chủ động 61

30.2.1 Linh kiện bán dẫn 61

30.2.2 ang điện tử, hiển thị 62

Trang 9

viii MỤC LỤC

30.2.3 Đèn điện tử chân không 62

30.2.4 Nguồn điện 62

30.3 Linh kiện thụ động 63

30.3.1 Điện trở 63

30.3.2 Tụ điện 63

30.3.3 Cảm ứng từ điện 63

30.3.4 Memristor 63

30.3.5 Networks 63

30.3.6 Transducer, cảm biến 63

30.3.7 Antenna 64

30.4 Linh kiện điện cơ 64

30.4.1 Phần tử gốm áp điện 64

30.4.2 Đầu nối 64

30.4.3 Chuyển mạch, công tắc 64

30.4.4 Cầu chì, bảo vệ 64

30.5 am khảo 65

30.6 Xem thêm 65

31 Logic ba trạng thái 66 31.1 Hoạt động 66

31.3 am khảo 66

31.4 Xem thêm 66

32 Mạ cộng 67 32.1 Phân loại 67

32.1.1 Mạch cộng bán phần 67

32.1.2 Mạch cộng toàn phần 67

32.2 Phép cộng nhiều bit 67

32.2.1 Phương pháp tiếp nối 67

32.2.2 Phép cộng bán song song 68

32.3 am khảo 68

32.4 Xem thêm 68

33 Mạ đếm 69 33.1 Nguyên lý hoạt động 69

33.1.1 Synchronous Counter 69

33.1.2 Asynchronous Counter 69

Trang 10

MỤC LỤC ix

33.4 am khảo 69

33.5 Xem thêm 69

34 Mạ đếm vòng 70 34.1 Nguyên lý hoạt động 70

34.2 Tiến trình hoạt động của mạch 4 bit 70

34.4 am khảo 70

34.5 Xem thêm 70

35 Mạ so sánh 71 35.1 Nguyên lý hoạt động 71

35.3 am khảo 71

35.4 Xem thêm 71

36 Màn hình tinh thể lỏng 72 36.1 Lịch sử 72

36.2 Cấu tạo 72

36.3 Phân loại sản phẩm 73

36.3.1 LCD ma trận thụ động 73

36.3.2 LCD ma trận chủ động 73

36.4 Hoạt động bật tắt cơ bản 73

36.5 Hiển thị màu sắc và sự chuyển động 73

36.6 Xem thêm 73

36.7 am khảo 74

37 Multiplexer 75 37.1 Nguyên lý hoạt động 75

37.1.1 Mux và Demux mạch số 75

37.1.2 Mux và Demux mạch tương tự 76

37.1.3 Truyền địa chỉ 76

37.3 am khảo 76

37.4 Xem thêm 76

Trang 11

x MỤC LỤC

38.4 am khảo 77

38.5 Xem thêm 77

39 Photocoupler 78 39.1 Nguyên lý hoạt động 78

39.3 am khảo 78

39.4 Xem thêm 78

40 Pin mặt trời 80 40.1 Lịch sử của pin mặt trời 80

40.2 Nền tảng 81

40.3 Vật liệu và hiệu suất 81

40.4 Sự chuyển đổi ánh sáng 82

40.5 Xem thêm 82

40.6 am khảo 82

41 Pin nhiệt 83 41.1 Nguyên lý hoạt động 83

41.4 am khảo 83

41.5 Xem thêm 83

42 Programmable Array Logic 85 42.1 Xem thêm 85

42.2 am khảo 85

43 PROM 86 43.1 Lịch sử 86

43.2 Cấu trúc PROM 86

43.3 Xem thêm 86

43.4 am khảo 87

Trang 12

MỤC LỤC xi

44.1 Lịch sử 88

44.2 Đặc trưng 89

44.3 Mục đích 89

44.4 Phân loại RAM 89

44.4.1 RAM tĩnh 89

44.4.2 RAM động 89

44.5 Các thông số của RAM 90

44.5.1 Dung lượng 90

44.5.2 BUS 90

44.6 Các loại module của RAM 91

44.7 Tính tương thích với bo mạch chủ 91

44.8 Xem thêm 91

44.9 am khảo 91

45 Rơ le 92 45.1 am khảo 92

45.2 Xem thêm 92

46 anh ghi dị 93 46.1 Nguyên lý hoạt động 93

46.4 am khảo 93

46.5 Xem thêm 93

47 yristor 94 47.1 Lịch sử nghiên cứu 94

47.2 Đặc tính Volt-Ampere của thyristor 94

47.2.1 Không có dòng điện vào cực điều khiển (Ig = 0) 94

47.2.2 Có dòng điện vào cực điều khiển (iG > 0) 94

47.3 Mở, khóa thyristor 94

47.3.1 Mở thyristor 94

47.4 Các thông số cơ bản 95

47.4.1 Giá trị dòng trung bình cho phép chạy qua thyristor Iv,tb 95

47.4.2 Điện áp ngược cho phép lớn nhất Ung,max 95

47.4.3 ời gian phục hồi tính chất khóa của thyristor τ(μs) 95

47.4.4 Tốc độ tăng điện áp cho phép dU/dt (V/μs) 95

47.4.5 Tốc độ tăng dòng cho phép dI/dt (A/μs) 95

Trang 13

xii MỤC LỤC

47.6 am khảo 96

47.7 Xem thêm 96

48 Transistor 97 48.1 Phân loại 97

48.2 Chức năng 97

48.2.1 Transistor làm công tắc 98

48.2.2 Transistor dùng để khuếch đại 98

48.3 Vùng hoạt động 98

48.4 So sánh với đèn điện tử chân không 99

48.4.1 Ưu điểm 99

48.4.2 Hạn chế 99

48.5 Xem thêm 99

48.6 am khảo 99

49 Transistor Darlington 100 49.1 Nguyên lý hoạt động 100

49.4 am khảo 100

49.5 Xem thêm 100

50 Transistor hiệu ứng trường 101 50.1 Lịch sử 101

50.2.1 JFET 101

50.2.2 MOSFET 101

50.5 am khảo 102

50.6 Xem thêm 102

51 TRIAC 103 51.1 Đặc tính V-A 103

51.3 Xem thêm 103

51.4 am khảo 103

Trang 14

MỤC LỤC xiii

52.3 am khảo 105

52.4 Xem thêm 105

53 TTL (logic) 106 53.1 Lịch sử 106

53.3 am khảo 107

53.4 Xem thêm 107

54 Tụ điện 108 54.1 Lịch sử 108

54.2 Các tham số chính của tụ điện 108

54.2.1 Điện dung của tụ điện 109

54.2.2 Điện áp làm việc 109

54.2.3 Nhiệt độ làm việc 110

54.3 Các loại Tụ điện 110

54.3.1 Tụ điện phân cực 110

54.3.2 Tụ điện không phân cực 110

54.3.3 Tụ điện có trị số biến đổi 110

54.3.4 Siêu tụ điện 110

54.4 Các kiểu tụ điện 111

54.5 am khảo 111

54.6 Xem thêm 111

55 Ứng dụng mạ khuế đại thuật toán 112 55.1 Ứng dụng mạch tuyến tính 112

55.1.1 Mạch khuếch đại vi sai 112

55.1.2 Mạch khuếch đại đảo 112

55.1.3 Mạch khuếch đại không đảo 113

55.1.4 Mạch theo điện áp 113

55.1.5 Mạch khuếch đại tổng 113

55.1.6 Mạch tích phân 113

55.1.7 Mạch vi phân 114

55.1.8 Mạch so sánh 114

55.1.9 Mạch khuếch đại đo lường 114

55.1.10 Mạch chuyển đổi kiểu Schmi (Schmi trigger) 114

Trang 15

xiv MỤC LỤC

55.1.11 Mạch giả lập cuộn cảm 114

55.1.12 Mạch phát hiện mức không 114

55.1.13 Mạch biến đổi tổng trở âm 114

55.2 Các ứng dụng phi tuyến 114

55.2.1 Mạch chỉnh lưu chính xác 114

55.2.2 Mach khuếch đại đầu ra Lô-ga 114

55.3 Các ứng dụng khác 115

55.4 am khảo 115

56 Varistor 116 56.1 Nguyên lý hoạt động 116

56.4 am khảo 116

56.5 Xem thêm 116

57 Vi mạ 117 57.1 Lịch sử 117

57.2 Phân loại 117

57.2.1 Phân loại theo tín hiệu được xử lý 117

57.2.2 Phân loại theo mức độ tích hợp 117

57.2.3 Phân loại theo công nghệ 118

57.2.4 Phân loại theo công dụng 118

57.4 am khảo 118

57.5 Xem thêm 118

58 Vi mạ họ 4000 119 58.1 Lịch sử 119

58.2 Đệm và không đệm 119

58.3 Danh sách IC 119

58.5 am khảo 119

58.6 Xem thêm 119

58.8 Nguồn, người đóng góp, và giấy phép cho văn bản và hình ảnh 120

58.8.1 Văn bản 120

58.8.2 Hình ảnh 122

58.8.3 Giấy phép nội dung 134

Trang 16

Chương 1

ADC

ADC 4 kênh ghép WM8775SEDS của Wolfson Microelectronics

đặt trong card Sound Blaster X-Fi Fatal1ty Pro.

ADC hay Mạ uyển đổi tương tự ra số hay

Analog-to-digital converter, là mộtlinh kiện bán dẫnthực hiện

chuyển đổi mộtđại lượng vật lý tương tự liên tục nào

đó (thường làđiện áp) sang giá trị số biểu diễn độ lớn

của đại lượng đó.[1] Để thuận tiện mô tả, sau đây coi

mặc nhiên tín hiệu vào là điện áp

Sự chuyển đổi liên quan đến việc lượng tử hóa tín hiệu

ngõ vào, do đó nhất thiết mắc một lượng lỗi ay vì làm

một chuyển đổi duy nhất, ADC thực hiện việc chuyển

đổi theo định kỳ gọi là “mẫu” ngõ vào (sample) Kết quả

là một quá trình thời gian liên tục (continuous-time) và

giá trị liên tục (continuous-amplitude) được chuyển đổi

sang dãy số rời rạc về cả hai thứ đó.[2]Như vậy nó có

hai đặc trưng quan trọng nhất liên quan đến độ phân

giải hai chiều:

• Nhịp lấy mẫu là khoảng thời gian giữa hai lần thực

hiện số hóa, hoặc nghịch đảo của nó làtần sốsố

hóa

• Bậc số hóa là số bit xác định số mức số hóa cho dải

giá trịđiện ápdanh định Hệ M bit có 2Mmức cho

tín hiệu đơn cực, chỉ dương hoặc chỉ âm Nếu là

tín hiệu song cực, phải dành 1 bit dấu, và do mức

0 bị dính nên hệ cho ra 2M-1−1 mức.

Dải giá trịđiện ápdanh định nầy được gọi là dải động

Điện áp lớn hơn thì gây tràn (overﬂow)

Lý thuyết về số hóa các quá trình tương tự không nêu

ở đây Điểm chú ý là tác động của hiện tượng Aliasingđến đặc trưng số hóa, và nó dẫn đến đòi hỏi tần số sốhóa phải lớn hơn trên gấp đôi tần cực đại của băng tầntín hiệu trong các nhu cầu thông thường, còn trong nhucầu kỹ thuật thì là gấp 4, ví dụ phải dùng 1 KHz để sốhóa tín hiệu có băng tần 10–250 Hz

Tại ngõ vào chính của ADC trong chip có thể có phần

tử Multiplexer, cho ra ADC đa ngõ vào hay ADC đakênh Trước đây giá thành ADC cao, nên đã bố trí 8đến 64 ngõ vào Hiện nay xuất hiện các chip chỉ bố trí

1, 2 hoặc 4 ngõ vào

Mạch DAC (Digital-to-analog converter) thực hiện

hoàn nguyên tín hiệusố hóa

1.1 Nguyên lý hoạt động

Flash ADC

1

Trang 17

Flash ADC là dạng đơn giản nhất, thực hiện bằng dãy

điện trở phân áp và các comparator điện áp Nó là

minh hoạ nhập đề cho hoạt động của ADC Trong hình

vẽ là ADC 16 mức “không âm”, thực hiện bẳng 15

comparator Kết quả so được mạch lập mã Encoder tiếp

nhận và chuyển sang mã nhị phân, trong trường hợp

1.1.2 ADC xấp xỉ nối tiếp

ADC xấp xỉ nối tiếp (successive-approximation)

1.1.5 ADC mã hoá delta

ADC Mã hoá delta (delta-encoded ADC or

counter-ramp)

1.1.6 ADC sigma-delta

ADC sigma-delta

1.2 Các đặc trưng hoạt động

1.2.1 ADC dấu phảy tĩnh

Các ADC thông thường nêu ở mục trên thực hiện sốhóa với các mức tín hiệu cách đều, và cho ra kết quả là

số integer nhị phân, biểu diễn giá trịtín hiệu Nó đượcgọi là kiểu dấu phảy tĩnh Tuy nhiên thuật ngữ “dấuphảy tĩnh” không cần nhắc tới nếu không có nhu cầuphân biệt

Ví dụ ADC 16 bit nhị phân cho ra giá trị mã từ−16383

đến +16383, lỗi xấp xỉ tín hiệu là ≈10−5, đáp ứng tốt nhucầu số hoá âm nhạc thông thường Trong ứng dụng âmnhạc thì không cần quan tâm giá trị tuyệt đối phải làchính xác, nên việc thích ứng với cường độ âm thanhthực hiện bằng chỉnh chiết áp khuếch đại là đủ.Trong đo lường hay ứng dụng cần giá trị chính xác, thìADC này chỉ đáp ứng dải động xác định

1.2.2 ADC dấu phảy động

Trong các thiết bị đo lường có dải động rộng thì sử dụngADC dấu phảy động Kiến trúc của ADC nầy gồm cóhai phần:

1 Tiền khuếch đại có độ khuếch điều khiển nhịphân, với số bit điều khiển là số bit đặc tính củakết quả

2 ADC dấu phảy tĩnh, có số bit chính là số bit địnhtrị của kết quả

Hoạt động của ADC nầy có hai kỳ Kỳ 1, xác định bitđặc tính để tiền khuếch đại cho ra tín hiệu có độ lớntrong dải động của ADC chính, trong đó giá trị đặc tínhcao thì độ khuếch thấp Kỳ 2, ADC chính số hóa

1.2.3 Các lỗi đặc trưng

Lỗi nhảy sai mức: quá rộng hay quá cao

Trang 18

1.4 THAM KHẢO 3

• Đặc trưng biến đổi phi tuyến

• Trôi điểm không do trôi phông của các phần tử

tuyến tính trong hay ngoài chip

• Nhảy sai mức hiện ra ở dạng quá rộng hay quá cao,

do ảnh hưởng nhiễu và dải bất định ở mức ngưỡng

so sánh gây ra

• Lỗi lệch thời hay “skew”, xảy ra ở ADC ghép

kênh ADC ghép kênh phải tuần tự biến đổi cho

các tín hiệu vào, nên tín hiệu vào được lấy mẫu

không cùng thời điểm Một số thiết bị đã bố trí

microprocessor tính hiệu đính skew để đưa về

cùng thời điểm

• Lỗi Aliasing: khi bộ lọc cắt tần cao không đủ

mạnh, các nhiễu tần số cao lọt vào

1.3 Ứng dụng

ADC là một trong những phần tử phổ biến, có mặt trong

tất cả các thiết bị kỹ thuật sốtiếp nhận thông tin từ các

cảm biếnanalog ADC cũng thường được tích hợp với

cảm biếnvà đặt ngay tại đầu thu, truyền dữ liệu dạng

số về khối xử lý Nó đảm bảo sự ưu việt là dữ liệu trung

thực, truyền đưa dễ dàng và xử lý thuận tiện.[3]

1.3.1 Các nhóm

• ADC nhanh, dấu phảy tĩnh và số bit thấp, cỡ 8-12

bit, dùng cho biến đổi tín hiệuvideo,radar,cảm

biến CCD,…

• ADC âm thanh, dấu phảy tĩnh và số bit trung bình,

dùng trong thiết bị âm thanh

• ADC kỹ thuật, dấu phảy tĩnh hoặc động, số bit cỡ

24-32, dùng trong thiết bị đo lường tín hiệu, ví dụ

ADC 24-bit 2.5 MHzAD7760

• ADC đo lường đơn giản cho ra số BCD với 3-5

digit không kể dấu, ví dụICL7135 Một số chip tích

hợp với mạch “giải mã 7 thanh” để hiện số bằng

LED hay màn hiện LCD nhưICL7106, ICL7107

Chúng được dùng trong máy đo thông dụng, như

Multimeterhiện số, có bán ngoài chợ Nhật Tảo

1.3.2 Lĩnh vực

• Đo đạc trong vật lý, hóa học, sinh học, y học, đo

lường điện,…

• Âm nhạc, hình ảnh, truyền hình truyền thông,…

• ông tin liên lạc, thiết bị dân sinh,…

Flash ADC được tạo ra khá sớm, dùng cho hiện cường

độ âm thanh bằng dãy LED trong máy hát nhạc, ví dụ

ICLM3914

1.3.3 Oversampling

Do công nghiệp chế tạo cho ra ADC nhanh và rẻ, nênchỉ tiêu tần số số hóa của chip thường cao hơn nhucầu của mạch ứng dụng Mặt khác, mạch ứng dụngthường thiết kế với nhiều nhịp số hóa chọn được Nhằmkhai thác tối đa năng lực ADC và tránh phải bố trímạch lọc anti-alias cho mỗi mức nhịp số hóa, kỹ thuậtOversampling được vận dụng

Nội dung của kỹ thuật Oversampling là, tín hiệu được

số hóa ở tần cao hơn K lần tần yêu cầu làm việc, sau

đó kết quả được xử lý bằng “kỹ thuật lọc số", rồi cộngchúng lại theo bước số hóa yêu cầu.[4]

Giải thich về ngưỡng và độ phân giải Oversampling

Kết quả cộng cho ra độ phân giải cao hơn độ phân giảidanh định ∆V của chip, ví dụ đạt được mức 20 bit bằngADC 16 bit, tức là tăng 4 bit Nếu cộng K số lại (cộngkhông có phủ chồng) thì gia tăng bit cao nhất là cỡlog2(K)/2, tuy nhiên độ phân giải thực tế bị chặn bởi độrộng của dải bất định củacomparatorkhi chuyển mứcgiữa hai mức kề nhau, và tùy thuộc chất lượng của chip

sử dụng.[5]

Trường hợp ADC lý tưởng thì ngưỡng phânbiệt ra mức tín hiệu L và L+1 ∆V nằm ở giữa.Trong thực tếcomparatorcó dải bất định là

δV, giá trị tín hiệu rơi vào dải δV sẽ cho rahoặc là L hoặc là L+1 Oversampling dùngchip có độ phân giải ∆V thì đạt độ phân giảicao nhất là cỡ δV Song nếu quan sát tín hiệu

DC hoặc biến đổi quá chậm, thì ví dụ tín hiệu

DC vào ở mức L + 0,7 ∆V, kết quả số hóa sẽluôn là L+1, Oversampling không tăng đượccái gì cả Để khắc phục thì người ta đưa vàomột lượng nhiễu răng cưa nhỏ biết trước, vàloại đi trong kết quả cộng

1.4 Tham khảo

[1] Walden R H., 1999.Analog-to-digital converter surveyand analysis IEEE Journal on Selected Areas in

Trang 19

4 CHƯƠNG 1 ADC

Communications 17 (4), p 539–550 doi:10.1109/49

761034

[2] ADC and DAC Glossary - Maxim

[3] Rudy J van de Plassche: CMOS integrated

analog-to-digital and analog-to-digital-to-analog converters 2nd edition

Kluwer Academic, Boston 2003,ISBN 1-4020-7500-6

[4] Nauman Uppal (2004) "Upsampling vs Oversampling

for Digital Audio" Retrieved 2/12/2015

[5] "Improving ADC Resolution by Oversampling and

Averaging" Silicon Laboratories Inc Retrieved

2/12/2015

1.5 Xem thêm

• Audio codec

• Digital signal processing

• DAC(Digital-to-analog converter)

Trang 20

Chương 2

Bộ nhớ chỉ đọc

Bộ nhớ ỉ đọc hay ROM (tiếng Anh: Read-Only

máy tính hay hệ thống điều khiển, mà trong vận hành

bình thường của hệ thống thì dữ liệu chỉ được đọc ra mà

không được phép ghi vào.

Không giống nhưRAM, thông tin trên ROM vẫn được

duy trì dù nguồn điện cấp không còn Nó dùng cho lưu

giữ mã chương trình điều hành và dữ liệu mặc định của

hệ thống

ROM, theo đúng nghĩa cũng như đối với các chip ROM

thế hệ đầu, cho phép chỉ đọc dữ liệu từ chúng, và chỉ

cho phép ghi dữ liệu một lần, gọi là nạp ROM

Do công nghệ phát triển và nhu cầu thực tế, các thế hệ

ROM sau được chế tạo với khả năng xoá được và nạp

nhiều lần, mà việc thực hiện nạp ROM phải tuân theo

quy trình đặc biệt đặc trưng Nó cho ra khả năng mềm

dẻo trong việc sửa đổi tính năng vận hành của hệ thống

điều khiển

2.1 Các loại ROM

D23128C PROM trên bo mạch ZX Spectrum

• PROM (Programmable Read-Only Memory) hay

Mask ROM: Được chế tạo bằng các mối nối (cầu

chì - có thể làm đứt bằng mạch điện) Nó thuộc

dạng WORM (Write-Once-Read-Many) Chương

trình nằm trong PROM có thể lập trình được bằng

những thiết bị đặc biệt Loại ROM này chỉ có thể

lập trình được một lần, và là rẻ nhất.

• EPROM (Erasable Programmable Read-Only

Memory): Được chế tạo bằng nguyên tắc phân cực

EPROM được chế tạo bằng nguyên tắc phân cực tĩnh điện Cửa

• EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory): Được tạo bằng công nghệ

bán dẫn Nội dung của ROM này có thể viết vào

và xóa (bằng điện)

Một dạng phổ biến hiện dùng làBộ nhớ ﬂash, gọi đơn

giản là Flash, dùng với cả tư cáchEEPROMlẫn trongỔUSB ﬂash

5

Trang 21

Chương 3

Bộ nhớ ﬂash

Một ổ USB ﬂash Chip bên trái là bộ nhớ ﬂash Bên phải là bộ

vi điều khiển

Bộ nhớ ﬂash là một loại bộ nhớ máy tính kiểubộ nhớ

điện tĩnh(non-volative memory), có thể bị xóa khi mất

nguồn điện cấp vào và lập trình lại (reprogrammed)[1]

Về mặt kỹ thuật thì bộ nhớ ﬂash có thể được dùng như

một loạiEEPROMmà ở đó nó có thể được đọc/ ghi bằng

điện và không mất dữ liệu khi ngừng cung cấp điện

Có 2 kiểu bộ nhớ ﬂash chính đã được tạo ra là NAND

và NOR được cấu thành từ cáccổng logic Bộ nhớ ﬂash

được cấu thành từ các phần tử (cell) nhớ riêng rẽ với các

đặc tính bên trong giống như những cổng logic tương

ứng đã tạo ra nó; do đó, ta có thể thực hiện thao tác

đọc/ ghi, lưu trữ dữ liệu theo từng phần tử (cell) nhớ

một

Khác với các bộ nhớEPROMsphải được xóa trước khi

được ghi lại, thì bộ nhớ ﬂash kiểuNANDcó thể được

ghi và đọc theo từng khối (block) hoặc trang (page) nhớ,

còn bộ nhớ ﬂash kiểuNORthì có thể được đọc hoặc ghi

một cách độc lập theo từng từ (word) hoặc byte nhớ của

máy[2]

Các chip nhớ ﬂash nhỏ được sử dụng trong bộ nhớ dữ

liệu cấu hình tĩnh của máy tính, trong máy dân dụng

như tivi, quạt,… Các chip lớn thì dùng trongmáy nghe

nhạc kĩ thuật số,máy ảnh kĩ thuật số, điện thoại di

động Nó cũng được sử dụng trên các máy trò chơi, thay

thế choEEPROM, hoặc choRAM tĩnhnuôi bằng pin để

lưu dữ liệu của trò chơi

Phổ thông nhất chính làthẻ nhớvàổ USB ﬂashđể lưutrữ và truyền dữ liệu giữa các máy tính và các thiết bị

kỹ thuật số khác

3.1 Lịch sử

Bộ nhớ ﬂash được Toshiba đưa ra năm 1984 làm

EEPROM, cho phép đọc ghi từng byte khác với các

EPROMtiền nhiệm.[3]

3.2 So sánh với các bộ nhớ khác 3.3 Xem thêm

[3] Masuoka F., Momodomi M., Iwata Y., Shirota R (1987)

New ultra high density EPROM and ﬂash EEPROM withNAND structure cell.Electron Devices Meeting, 1987International IEEE Retrieved 01 Apr 2015

3.5 Liên kết ngoài

6

Trang 22

Chương 4

Bơm nhiệt điện

Sơ đồ bơm nhiệt Peltier, các chân nhiệt đặt song song, nhưng nối

tiếp về điện.

Phần tử bơm nhiệt điện hay bơm nhiệt Peltier, Peltier

cooler là một loạilinh kiện bán dẫnhoạt động theo theo

hiệu ứng Peltier, dùng dòng điện để tạo ra dòng nhiệt

cưỡng bức ở mối nối của hai loại vật liệu khác nhau.

Bơm nhiệt điện hoạt động ở trạng thái rắn tiêu thụ năng

lượng điện để cưỡng bức truyền nhiệt từ phía này sang

phía kia Nó hoạt động thuận nghịch, nên có thể sử

dụng như một bộ điều khiển nhiệt độ, hoặc làm nóng

hoặc làm mát Trong thực tế việc áp dụng chính là sắp

xếp để sử dụng tính năng nào, và thường là làm mát

bằng cách thải nhiệt ở phần nóng lên ra môi trường

khác.[1]

Hiệu ứng Peltier là một phần của hiện tượng vật lý trong

chất bán dẫn làhiệu ứng nhiệt điện.

Năm 1821,omas Johann Seebeckphát hiện ra rằng

hai dây dẫn khác loại nối với nhau và đặt ở hai nhiệt

độ khác nhau (tức là có gradient nhiệt) thì tạo ra một

điện áp Sự chênh nhiệt dẫn đến dòng nhiệt truyền, làm

khuếch tán các hạt mang điện Dòng chảy của các hạt

mang điện giữa các vùng nóng và lạnh lại tạo ra một

điện áp khác nhau.[2]

Năm 1834,Jean Charles Athanase Peltierphát hiện ra

hiệu ứng ngược lại, rằng một dòng điện chạy qua mối

nối nhau của hai dây dẫn khác loại nhau, thì tùy thuộc

vào chiều dòng điện, làm cho nó hoạt động như một

phần tử làm nóng hoặc làm mát.[3]

Hiệu ứng được gọi là hiệu ứng Peltier và Bơm nhiệt Peltier hoạt động theo hiệu ứng này.

4.2 Ứng dụng 4.3 Tham khảo

[1] ermoelectric Coolers Basics TEC Microsystems.Truy cập 01 Apr 2015

[2] Seebeck (1826) ermoelectric generator, p 1, at GoogleBooks “Ueber die Magnetische Polarisation der Metalleund Erze durch Temperatur-Diﬀerenz.” Annalen derPhysik und Chemie, 6, pp.ː 1-20, 133-160, 253-286.[3] Peltier (1834) ermoelectric generator, p 37, at GoogleBooks “Nouvelles expériences sur la caloricité descourants électrique”, Annales de Chimie et de Physique,

Trang 23

Chương 5

Cảm biến

Bộ cảm biến làthiết bị điện tửcảm nhận những trạng

thái hay quá trìnhvật lýhayhóa họcở môi trường cần

khảo sát, và biến đổi thànhtín hiệu điệnđể thu thập

thông tinvề trạng thái hay quá trình đó.[1]

ông tin được xử lý để rút ratham sốđịnh tính hoặc

định lượng của môi trường, phục vụ các nhu cầu nghiên

cứu khoa học kỹ thuật hay dân sinh và gọi ngắn gọn

là đo đạc, phục vụ trong truyền và xử lýthông tin, hay

trong điều khiển các quá trình khác

Cảm biến thường được đặt trong các vỏ bảo vệ tạo

thànhđầu thuhayđầu dò(Test probe), có thể có kèm

các mạch điện hỗ trợ, và nhiều khi trọn bộ đó lại được

gọi luôn là "cảm biến" Tuy nhiên trong nhiều văn liệu

thì thuật ngữ cảm biến ít dùng cho vật có kích thước

lớn uật ngữ này cũng không dùng cho một số loại

chi tiết, như cái núm củacông tắcbật đèn khi mở tủ

lạnh, dù rằng về mặt hàn lâm núm này làm việc như

một cảm biến

Có nhiều loại cảm biến khác nhau và có thể chia ra hai

nhóm chính:

• Cảm biến vật lý:sóng điện từ,ánh sáng,tử ngoại,

hồng ngoại,tia X, tia gamma, hạt bức xạ,nhiệt

độ, áp suất,âm thanh, rung động,khoảng cách,

chuyển động,gia tốc,từ trường,trọng trường,…

• Cảm biến hóa học:độ ẩm,độ PH, cácion,hợp chất

đặc hiệu,khói,…

Có sự rất đa dạng của các hiện tượng cần cảm biến,

cũng như phương cách chế ra các cảm biến, và những

cảm biến mới liên tục phát triển Việc phân loại cảm

biến cũng phức tạp vì khó có thể đưa ra đủ các tiêu chí

phân loại cho tập hợp đa dạng như vậy được

5.1 Các đặc trưng

Một cảm biến được sử dụng khi đáp ứng các tiêu chí kỹ

thuật xác định

• Độ nhạy: Gia số nhỏ nhất có thể phát hiện

• Mức tuyến tính: Khoảng giá trị được biến đổi có hệ

số biến đổi cố định

Đầu dò khí cháy cacbua hydro như metan nhãn hiệu Oldham, dùng được với máy đo di động

• Dải biến đổi: Khoảng giá trị biến đổi sử dụng được

• Ảnh hưởng ngược: Khả năng gây thay đổi môi

trường

• Mức nhiễu ồn: Tiếng ồn riêng và ảnh hưởng của

tác nhân khác lên kết quả

• Sai số xác định: Phụ thuộc độ nhạy và mức nhiễu

• Độ trôi: Sự thay đổi tham số theo thời gian phục

vụ hoặc thời gian tồn tại (date)

• Độ trễ: Mức độ đáp ứng với thay đổi của quá trình

• Độ tin cậy: Khả năng làm việc ổn định, chịu những

biến động lớn của môi trường như sốc các loại

• Điều kiện môi trường: Dải nhiệt độ, độ ẩm, áp

suất,… làm việc được

8

Trang 24

5.4 MỘT SỐ CẢM BIẾN 9

Có sự tương đối trong tiêu chí tùy thuộc lĩnh vực áp

dụng Các cảm biến ở các thiết bị số (digital), tức cảm

biến logic, thì độ tuyến tính không có nhiều ý nghĩa.

5.2 Cảm biến chủ động và bị động

Cảm biến chủ động và cảm biến bị động phân biệt ở

nguồn năng lượng dùng cho phép biến đổi lấy từ đâu

• Cảm biến ủ động không sử dụng điện năng bổ

sung để chuyển sang tín hiệu điện Điển hình là

cảm biếnáp điệnlàm bằng vật liệu gốm, chuyển

áp suất thành điện tích trên bề mặt Cácantenna

cũng thuộc kiểu cảm biến chủ động

• Cảm biến bị động có sử dụng điện năng bổ sung

để chuyển sang tín hiệu điện Điển hình là các

photodiodekhi có ánh sáng chiếu vào thì có thay

đổi của điện trở tiếp giáp bán dẫn p-n được phân

cực ngược Câc cảm biến bằngbiến trởcũng thuộc

kiểu cảm biến bị động

Phân loại thì như vậy nhưng một sốcảm biến nhiệt

độkiểu lưỡng kim dường như không thể xếp hẳn vào

nhóm nào, nó nằm vào giữa

Cảm biến hiệu ứng Hall đếm vòng quay nhờ hai nam châm màu

nâu gắn vào đĩa quay.

5.3 Phân loại theo nguyên lý hoạt

động

• Cảm biến điện trở: Hoạt động dựa theo di chuyển

con chạy hoặc góc quay củabiến trở, hoặc sự thay

đổiđiện trởdo co giãn vật dẫn

• Cảm biến cảm ứng:

• Cảm biến biến áp vi phân: Cảm biến vị

trí (Linear variable diﬀerential transformer,

LVDT)

• Cảm biến cảm ứng điện từ: cácantenna

• Cảm biến dòng xoáy: Các đầu dò của máy dò

khuyết tật trong kim loại, củamáy dò mìn.

• Cảm biến cảm ứng điện động: chuyển đổi

chuyển động sang điện như microphone

điện động, đầu thu sóng địa chấn trên bộ(Geophone)

• Cảm biến điện dung: Sự thay đổi điện dung của

cảm biến khi khoảng cách hay góc đến vật thể kimloại thay đổi

• Cảm biến điện trường:

• Cảm biến từ giảo (magnetoelastic): ít dùng.

• Cảm biến từ trường: Cảm biếnhiệu ứng Hall, cảmbiếntừ trườngdùng vật liệusắt từ,… dùng trong

từ kế

• Cảm biến áp điện: Chuyển đổi áp suất sang điện

dùng gốm áp điện như titanat bari, trong các

microphone thu âm, hay ởđầu thu sóng địa chấn

trong nước (Hydrophone) như trong các máy

Sonar

• Cảm biến quang: Cáccảm biến ảnhloại CMOS hay

cảm biến CCDtrongcamera, cácphotodiodeở cácvùng phổ khác nhau dùng trong nhiều lĩnh vực

Ví dụ đơn giản nhất là đầu dò giấy trong khay củamáy in làm bằngphotodiode Chúng đang là nhóm đầu bảng được dùng phổ biến, nhỏ gọn và tin cậy

cao

• Cảm biến huỳnh quang, nhấp nháy: Sử dụng các

chất phát quang thứ cấp để phát hiện các bức xạnăng lượng cao hơn, như các tấmkẽm sulfua.[2]

• Cảm biến điện hóa: Các đầu dò ion, độ pH,…

• Cảm biến nhiệt độ: Cặp lưỡng kim, hoặc dạnglinh kiện bán dẫn nhưPrecision Temperatur Sensor LM335có hệ số 10 mV/°K.[3]

5.4 Một số cảm biến

5.4.1 Biến áp xoay

Biến ápxoay (quay) dùng để biến đổi điện áp củacuộn

sơ cấphoặc góc quay của cuộn sơ cấp thành tín hiệu ratương ứng với chúng Biến áp xoay sin, cos để đo gócquay củarôto, trên đặt cuộn sơ cấp, thành điện áp tỉ lệthuận với sin hay cos của góc quay đó Biến áp xoaytuyến tính biến đổi độ lệch góc quay của rôto thànhđiện áp tỉ lệ tuyến tính

Trang 25

10 CHƯƠNG 5 CẢM BIẾN

5.4.2 Con quay

Con quay 3 bậc tự do và con quay 2 bậc tụ do được sử

dụng làm các bộ cảm biến đo sai lệch góc và đo tốc độ

góc tuyệt đối trong các hệ thống ổn định đường ngắm

của các dụng cụ quan sát và ngắm bắn

5.4.3 Cảm biến tốc độ

Cảm biến tốc độ - bộ mã hóa quang học là đĩa mã trên có

khắc vạch mà ánh sáng có thể đi qua được Phía sau đĩa

mã đặtphototransistorchịu tác dụng của một nguồn

sáng Động cơ và đĩa mã được gắn đồng trục, khi quay

ánh sáng chiếu đến phototransistor lúc bị ngăn lại, lúc

không bị ngăn lại làm cho tín hiệu ở cực colecto là một

chuỗi xung Trên đĩa mã có khắc hai vòng vạch, ngoài

A trong B có cùng số vạch, nhưng lệch 90° (vạch A trước

B là 90°) Nếu đĩa mã quay theo chiều kim đồng hồ thì

chuỗi xung B sẽ nhanh hơn chuỗi xung A là ½chu kỳ

và ngược lại iết bị đo tốc độ như DC Tachometer, AC

Tachometer, Optical Tachometer

5.4.4 Cảm biến nhiệt độ

Cảm biến nhiệt độ như Pt 56Ω, Pt 100Ω,ermocouple

Đầu dò khói dùng LED:

1 Buồng 2 Nắp 3 Vỏ 4 Photodiode (detector) 5 LED hồng

ngoại

5.4.5 Đầu dò khói

Đầu dò khói thường được đặt trong một vỏ nhựa hình

đĩa đường kính 150 mm (6 in) và dày 25 mm (1 in),

nhưng hình dáng có thể thay đổi tùy theo nhà sản xuất

hoặc dòng sản phẩm Nó giúp phát hiện các vụ cháy

Các máy dò khói làm việc bằng cách:

• ang điện: dùngLEDphát sáng chiếu qua buồng

thử và thu nhận bằngphotodiodeđể xác định mức

trong suốt Nó phản ứng tốt với khói trước khi

cháy thật

• Ion hóa: Dùng nguồn phóng xạ như Americi

Am241ion hóabuồng khí, để các hạt khói nếu có

sẽ nhiễm điện và tụ lại

• Cả hai cách trên để tăng độ tin cậy.[4]

5.5 Vai trò của cảm biến trong tự động hóa

Cảm biến có vai trò quan trọng trong các bài toán điềukhiển quá trình nói riêng và trong cáchệ thống điềukhiển tự độngnói chung - Là thiết bị có khả năng cảmnhận các tín hiệu điều khiển vào, ra - Có vai trò đo đạccác giá trị - Giới hạn cảm nhận với đại lượngvật lýcầnđo

5.6 Đối tượng nghiên cứu 5.7 Tham khảo

[1] Edmund Schiessle, 1992 Sensortechnik undMesswertaufnahme Vogel, Würzburg ISBN 3-8023-0470-5

[2] Bhimsen Rout et al Medication Detection by aCombinatorial Fluorescent Molecular Sensor In:Angewandte Chemie 124, 2012, p 12645–12649[3] Precision Temperatur Sensor LM335.Texas InstrumentsInc Brochure Truy cập 01 Apr 2015

[4] Cote A., Bugbee P., 1988 Ionization smoke detectors.Principles of ﬁre protection incy, MA: National FireProtection Association p 249.ISBN 0-87765-345-3

5.8 Xem thêm

• Cảm biến ảnh

Trang 26

Chương 6

Chipset

Chipset là một nhóm cácmạch tích hợp (các “chip”)được thiết kế để làm việc cùng nhau và đi cùng nhaunhư một sản phẩm đơn Trong máy tính, từ chipset

thường dùng để nói đến các chip đặc biệt trênbo mạchchủhoặc trên cáccard mở rộng Khi nói đến cácmáytính cá nhân(PC) dựa trên hệ thốngIntel Pentium, từ

“chipset” thường dùng để nói đến hai chip bo mạchchính:chip cầu bắcvàchip cầu nam Nhà sản xuất chip

thường không phụ thuộc vào nhà sản xuất bo mạch

Ví dụ các nhà sản xuất chipset cho bo mạch PC có

NVIDIA,ATI,VIA Technologies,SiSvàIntel

Trong các máy tính gia đình, các máy trò chơi từthậpniên 1980vàthập niên 1990, từ chipset được sử dụng

để chỉ các chip xử lý âm thanh và hình ảnh

Các hệ thống máy tính được sản xuất trước thập niên

1980 thường dùng chung một loại chipset, mặc dùnhững máy này có nhiều đặc tính khác nhau Ví dụ,chipsetNCR 53C9x, một chipset giá thấp sử dụng giaodiệnSCSIcho các thiết bị lưu trữ, có thể thấy trong cácmáyUnix(nhưMIPS Magnum), các thiết bị nhúng vàcác máy tính cá nhân

Trang 27

Chương 7

CMOS

Mạch đảo dùng CMOS

CMOS, viết tắt của "Complementary

Metal-Oxide-Semiconductor" trongtiếng Anh, là thuật ngữ chỉ một

loại công nghệ dùng để chế tạomạch tích hợp Công

nghệ CMOS được dùng để chế tạo vi xử lý, vi điều

khiển,RAM tĩnh và cáccổng logic khác Công nghệ

CMOS cũng được dùng rất nhiều trong các mạch tương

tự nhưcảm biến ảnh,chuyển đổi kiểu dữ liệu, và các vi

mạchthu phátcó mật độ tích hợp cao trong lĩnh vực

thông tin

Trong tên gọi của vi mạch này, thuật ngữtiếng Anh

“complementary” (“bù"), ám chỉ việc thiết kế cáchàm

lôgíc trong các vi mạch CMOS sử dụng cả hai loại

transistor PMOSvàNMOSvà tại mỗi thời điểm chỉ có

một loại transistor nằm ở trạng thái đóng (ON)

Hai đặc tính cơ bản của các linh kiện được chế tạo

bằng công nghệ CMOS là có độmiễn nhiễucao và tiêu

thụnăng lượngở trạng thái tĩnh rất thấp Các vi mạch

CMOS chỉ tiêu thụ năng lượng một cách đáng kể khi các

transistorbên trong nó chuyển đổi giữa các trạng thái

đóng (ON) và mở (OFF) Kết quả là cácthiết bị CMOSít

tiêu thụnăng lượngvà tạo ra ítnhiệthơn so với các loại

cổng logickhác như mạch transistor-transistor logic

(TTL) hay mạch logic NMOS (khác với CMOS, NMOS

chỉ dùng toàn bộ transistor hiệu ứng trường kiểu n và

không dùng transistor hiệu ứng trường kiểu p) CMOScũng cho phép tích hợp cáchàm lôgícvới mật độ caotrênchíp

Cụm từ “metal-oxide-semiconductor” bắt nguồn từ một

quy trình chế tạocác vi mạch tích hợp CMOS trước đây

y trình này tạo ra các transistor hiệu ứng trường

mà mỗi transistor có một điện cực cổng bằng kim loạiđược đặt lên trên một lớp cách điện bằng oxide phủtrênvật liệu bán dẫn Ngày nay, thay vì dùng kim loại,người ta tạo ra điện cực cổng bằng một vật liệu khác,

đó làpolysilicon Tuy nhiên, IBM và Intel đã công bố sẽ

sử dụng trở lại cổng kim loại trong công nghệ CMOSnhằm tận dụng tính chất tiên tiến của vật liệu có hằng

số điện môi cao trong việc chế tạo các vi mạch có kíchthước 45 nanomét hay nhỏ hơn Dù có nhiều thay đổi,tên gọi CMOS vẫn tiếp tục được sử dụng trong các quytrình chế tạo hiện đại[1]

Một vi mạch tích hợp nhỏ chứa một lượng lớn

các tranzito CMOS đôi khi được gọi là vi mạ

của “Complementary High-density semiconductor” trongtiếng Anh

metal-oxide-Đôi khi, mạch kết hợp giữa cáccảm biến MEMSvớibộ

xử lý tín hiệu sốđược sản xuất trên một vi mạch tíchhợp CMOS đơn được gọi làCMOSens

năng lượngít hơn Chính vì thế, những ngày đầu CMOSđược sự quan tâm của ngành công nghiệpđồng hồ điện

tửvà một số lĩnh vực khác mà thời gian sử dụngpin

quan trọng hơn so với vấn đề tốc độ Khoảng 25 nămsau, CMOS đã trở thành kỹ thuật chiếm ưu thế trong vimạch tích hợp số Lý do là với việc ra đời các thế hệ quytrình chế tạo bán dẫn mới, kích thước hình học của các

transistorngày càng giảm xuống dẫn đến một loạt cải

12

Trang 28

7.2 CHI TIẾT KĨ THUẬT 13

tiến; đó làdiện tíchchiếm chỗ của vi mạch giảm, tốc

độ làm việc tăng, hiệu suất sử dụng năng lượng tăng

vàgiá thànhchế tạo giảm Hơn nữa, nhờ vào sự đơn

giản và khả năng tiêu táncông suấttương đối thấp của

mạch CMOS, người ta có thể thực hiện vi mạch có mật

độ tích hợp cao mà vốn không thể làm được nếu dựa

trên các transistor lưỡng cực

Lúc ban đầu, người ta chỉ có thể tìm thấy cáchàm logic

CMOS chuẩn trong vi mạch tích hợp sốhọ 4000 Sau đó,

nhiều hàm tronghọ 7400bắt đầu được chế tạo bằng kỹ

thuật CMOS,NMOS,BiCMOSvà các kỹ thuật khác

Cũng trong thời kỳ đầu, mạch CMOS dễ bị hư hỏng vì

quá nhạy cảm với sựxả điện tích tĩnh điện(ESD) Do

đó, các thế hệ sau thường được chế tạo kèm theo các

mạch bảo vệ tinh vi nhằm làm tiêu tán cácđiện tích

này, không để cho lớp oxide cổng và cáctiếp giáp p-n

mỏng manh bị phá hủy Mặc dầu vậy, hãng sản xuất vẫn

khuyến cáo nên dùng bộ phận chốngtĩnh điệnkhi thao

tác trên các vi mạch CMOS nhằm tránh hiện tượng vượt

quá năng lượng Chẳng hạn, các hãng sản xuất thường

yêu cầu dùng bộ phận chống tĩnh điện khi chúng ta làm

các thao tác thêm một khốibộ nhớvàomáy vi tính

Bên cạnh đó, các thế hệ ban đầu như họ 4000 dùng

nhômlàm vật liệu tạo ra cực cổng Điều này khiến cho

CMOS có khả năng làm việc được trong điều kiệnđiện

ápcung cấp thay đổi nhiều, cụ thể là nó có thể làm việc

trong suốt tầm điện áp cung cấp từ 3 đến 18volt DC

Trong nhiều năm sau đó, mạch logic CMOS được thiết

kế với điện áp cung cấp chuẩn công nghiệp là 5V vì để

tương thích vớiTTL (logic) Kể từ 1990, bài toán tiêu

hao công suất thường được coi trọng hơn so với bài toán

tương hợp với TTL, và thế là điện áp cung cấp CMOS

bắt đầu được hạ thấp xuống cùng với kích thước hình

học của cáctransistor Điện áp cung cấp thấp không

chỉ giúp làm giảmcông suấttiêu hao mà còn cho phép

chế tạo lớp cách điện cực cổng mỏng hơn, chức năng

tốt hơn Hiện nay, một vài mạch CMOS làm việc với

điện áp cung cấp nhỏ hơn 1 volt

Trong thời kỳ đầu, điện cực cổng được chế tạo bằng

nhôm Các quy trình chế tạo CMOS đời sau chuyển

sang dùngsilicon đa tinh thể(“polysilicon”), chấp nhận

được tốt hơn ởnhiệt độcao trong quá trình tôi silicon

sau khi đãcấy ion Điều này cho phép nhà chế tạo có

thể đặtcực cổngngay từ những công đoạn sớm hơn

trong quy trình và rồi dùng trực tiếp cực cổng như là

một mặt nạ cấy để tạo ra mộtcực cổng tự sắp đặt(cực

cổng không tự sắp đặt sẽ đòi hỏi có sự chồng lấp lên

nhau khiến hãng sản xuất phải chấp nhận tăng kích

thước transistor và điện dung ký sinh) Vào năm2004,

cũng có những công trình nghiên cứu đề nghị dùng lại

cực cổng bằngkim loại, nhưng cho đến nay, các quy

trình vẫn tiếp tục sử dụng cực cổng polysilicon Cũng

có những nỗ lực lớn trong nghiên cứu nhằm thaychất

điện môi silicon dioxitở cực cổng bằng vật liệu điện

môi k-caođể chống lại hiện tượng tăng dòng rĩ

7.2 Chi tiết kĩ thuật

CMOS là tên dùng để ám chỉ cả hai khía cạnh: đó là mộtphong cách thiết kế mạch số cụ thể và cũng là tên củamột họ các quy trình chế tạo nhằm thực thi mạch điện

tử trên vi mạch (chip) Mạch logic CMOS tạo ra từ quytrình CMOS sẽ tiêu tán ít năng lượng hơn và cho phéptích hợp với mật độ cao hơn so với các quy trình khácvới cùng một chức năng Khi ưu điểm này ngày càngthể hiện và trở nên quan trọng hơn, quy trình CMOS vàcác quy trình biến thể của nó đã trở thành công nghệchủ đạo, chính vì thế cho đến năm 2006, hầu hết cácsản xuất vi mạch tích hợp đều dùng quy trình CMOS

7.2.1 Cấu trúc

Mạch logic CMOS dùng một tổ hợp hai loại transistorhiệu ứng trường kim loại-oxide-bán dẫn (MOSFET)

kiểu pvàkiểu nđể thực hiện cáccổng logicvà cácmạch

sốkhác mà chúng ta thấy trongmáy vi tính, thiết bị

viễn thôngvàxử lý tín hiệu Mặc dầu mạch logic CMOScũng có thể được thực hiện bằng linh kiện rời (chẳnghạn, những mạch rời mà bạn học trong môn mạch điện

tử cơ bản), thông thường sản phẩm CMOS thương mạiđiển hình làmạch tích hợpbao gồm hàng triệu (hayhàng trăm triệu)transistorcủa cả hai kiểu được chếtạo trên một miếngsilicon hình chữ nhậtcódiện tích

trong khoảng 0,1 đến 4cm vuông Những miếng siliconnhư vậy thường được gọi làchip, mặc dầu trong côngnghiệp người ta cũng gọi nó là die, có lẽ bời vì chúngđược tạo ra từ việc cắt nhỏ (dicing) miếng bánh siliconhình tròn là đơn vị cơ bản của sựsản xuất dụng cụ bándẫn

Trong cổng logic CMOS, một số MOSFET kiểu n đượcsắp thành dạngmạch kéo xuốngnằm giữa đầu ra củacổng với đường cung cấp nguồnđiện ápthấp ay vìdùng tải làđiện trởnhư trong các cổng logicNMOS,cổng logic CMOS lại dùng tải là một số MOSFET kiểu psắp thành dạngmạch kéo lênnằm giữa đầu ra của cổngvới đường cung cấp nguồn điện áp cao Mạch kéo lên,gồm cáctransistorkiểu p, mang tính bổ túc cho mạchkéo xuống, gồm các transistor kiểu n, sao cho khi các

transistorkiểu n tắt thì các transistor kiểu p sẽ dẫn vàngược lại

Mạch logic CMOS tiêu táncông suấtít hơn mạch logicNMOS bởi vì CMOS chỉ tiêu tán công suất trong thời

gian chuyển đổi trạng thái (công suất động) MộtASIC

điển hình được chế tạo vớicông nghệ 90nmthay đổitrạng thái đầu ra trong thời gian 120pico giây, và sựchuyển đổi này xảy ra trong mỗi thời gian 10nanogiây.Trong khi đó, mạch logicNMOStiêu tán công suất bất

kỳ lúc nào đầu ra ở mức thấp (công suất tĩnh), bởi vì

khi đó có dòng điện chạy từVđếnVthông qua điệntrở tải và mạch gồm các transistor kiểu n

MOSFET kiểu p được xem là dạng bổ túc cho MOSFETkiểu n bởi vì chúng chuyển sang dẫn khi điện áp cực

Trang 29

14 CHƯƠNG 7 CMOS

cổng của chúng thấp hơn điện áp cực nguồn và bởi vì

chúng có thể kéo cực máng lên đếnV Như vậy, nếu

cả hai transistor kiểu p và kiểu n có cực cổng nối chung

với nhau để trở thành một đầu vào chung thì MOSFET

kiểu p sẽ dẫn khi MOSFET kiểu n tắt và ngược lại

7.2.2 Ví dụ: cổng NAND

Như là một ví dụ, hình bên phải làsơ đồ mạchcủa một

cổng NANDtrong mạch CMOS

Nếu cả hai đầu vào A và B đều ở mức cao, khi đó cả hai

transistor kiểu n (nửa dưới của sơ đồ) đều dẫn, trong

khi đó không có transistor kiểu p nào (nửa trên của sơ

đồ) dẫn, như vậy chỉ có một đường dẫn điện được thiết

lập giữa đầu ra vàV, điều này khiến cho đầu ra ở mức

thấp Nếu một trong hai đầu ra A và B hoặc cả hai đầu

này đều ở mức thấp thì ít nhất sẽ có một transistor kiểu

n không dẫn, ít nhất một transistor kiểu p sẽ dẫn, tạo ra

một đường dẫn điện giữa đầu ra vàV, điều này khiến

đầu ra ở mức cao

Một ưu điểm khác của CMOS so với NMOS là cả hai quá

trình chuyển đổi từ thấp-đến-cao và từ

mức-cao-đến-mức-thấp của CMOS là nhanh vì các transistor

kéo lên có trở kháng thấp khi chuyển sang dẫn, không

giống như điện trở tải của mạch dùng NMOS.êm nữa,

tín hiệu ngõ ra có khả năng quét gần suốt tầmđiện áp

nằm giữa hai nguồn điện áp cung cấp nguồn thấp và

cao Đáp ứng gần đối xứng hơn, mạnh hơn này cũng

khiến CMOS có khả năng chống nhiễu tốt hơn

Trang 30

Chương 8

Cổng AND

Cổng AND là mộtcổng logicdùng để thực hiện hàm

AND hai hay nhiều biến Cổng AND có các ngõ vào

tùy thuộc số biến và một ngõ ra Ngõ ra của cổng là

hàm AND của các biến ngõ vào Bên phải làbảng chân

trịmô tả hoạt động của cổng AND 2 ngõ vào A và B

8.1 Ký hiệu

8.2 Toán học

Phương trình cổng AND có 2 ngõ vào:

Q = A · B

Trong biểu thức dấu ".” không phải tượng trưng cho

phép toán nhân bình thường mà nó tượng trưng cho

phép toán AND, đôi khi bỏ luôn dấu chấm ".”

• Ngõ ra cổng AND chỉ ở mức cao (1) khi tất cả các

Nếu không sẵn có cổng AND thì chúng ta có thể tạo

ra nó từcổng NAND haycổng NOR, vì cổng NAND

và cổng NOR được xem là các cổng đa năng, nghĩa là

chúng ta có thể chỉ cần sử dụng cổng NAND (hoặc

chỉ cần sử dụng cổng NOR) để tạo ra tất cả các cổng

logic khác.Cổng XORcũng có thể dùng để tạo ra cổng

NAND, nhưng người ta hiếm khi làm vậy

Trang 31

Chương 9

Cổng logic

Vi mạch 7400, 4 cổng NAND đóng gói kiểu PDIP Dòng mã loạt

có: sản xuất năm (19)76, tuần 45

Trongđiện tử học, cổng logic làmạch điệnthực hiện

mộthàm Boolelý tưởng hóa Có nghĩa là, nó thực hiện

một phéptoán logictrên một hoặc nhiều logic đầu vào,

và tạo ra một kết quả logic ra duy nhất, với thời gian

thực hiện lý tưởng hóa là không có trễ

Các cổng đơn giản nhất có số ngõ vào tối thiểu của

phép toán (1 hoặc 2) đôi khi được hiểu là cổng logic cơ

bản Đó là 8 cổng: cổng Đệm,cổng NOT(đảo),cổng OR,

cổng AND,cổng NOR,cổng NAND,cổng XOR,cổng

XNOR Các cổng phức hợp thì nhiều ngõ hơn Gắn với

cổng là bảng chân lý theođại số Boole.[1][2]

Cổng logic được lập bằng sử dụngđiốthoặctransistor

làm công tắc điện tử Trước đây nó có thể được xây dựng

từ cácđèn điện tử chân không,rơ leđiện từ, quang học,

thậm chí là cơ cấu cơ học, tuy nhiên những dạng này đã

lỗi thời hoặc không thích hợp với thực tế Công nghệlượng tử thì đang hướng đến sử dụng các phân tử.Tuy nhiên hiện nay trong công nghiệp điện tử chúngđược chế thànhmạch tích hợp(IC), hoặc là thành phầntrongICkhác lớn hơn, cho đến là thành phần của mạch tích hợp cỡ lớn LSI.[3]Các phần tử thực thi cũng đã đổikhác, bằngtransistortheo sơ đồ bù (complementary),với hai loạiICchính:[1]

• TTLdùngtransistorlưỡng cực, nhưhọ 7400, ví dụ

• Độ trễ thực thi: chênh thời gian nhận được kết quả

với thời gian tín hiệu đến

• Tần sốlàm việc cao nhất

• Mức điện áp ngưỡng của logic ngõ vào: Tuỳ thuộc

cách lập mạch ngõ vào của nhà sản xuất CácTTL

thường có mức 0.7 V, trong khiCMOSlà nửa mứcđiện áp nguồn Nó dẫn đến việc phải tính đếntương thích mức logic khi ghép các mạch logicthuộc họ khác nhau với nhau

• Khả năng chịu tải đầu ra.

9.2 Ký hiệu

Có hai bộ ký hiệu cho các cổng logic cơ bản Cả haiđịnh nghĩa trong ANSI / IEEE Std 91-1984, và trong phụbản của ANSI / IEEE Std 91a-1991 Các “hình dạng đặctrưng” thiết lập, dựa trên sơ đồ truyền thống, được sửdụng cho các bản vẽ đơn giản, và có nguồn gốc từ MIL-STD-806 của năm 1950 và 1960 Nó đôi khi không chínhthức được mô tả như là “quân đội”, phản ánh nguồn gốccủa nó

Bộ ký hiệu “hình chữ nhật” dựa trên ANSI Y32.14 vàtiêu chuẩn ban đầu khác, sau này tinh chế bởi IEEE và16

Trang 32

9.6 TRIỂN KHAI 17

IEC, có viền hình chữ nhật cho tất cả các loại cổng và

cho phép biểu diễn một phạm vi rộng hơn là chỉ có các

chi tiết truyền thống.[4]

Tiêu chuẩn IEC 60617-12 được nhiều bộ tiêu chuẩn

khác chấp nhận, chẳng hạn như EN 60617-12:1999 ở

châu Âu và BS EN 60617-12:1999 tại Vương quốc Anh

9.4 Cổng logic tổng quát

Charles Sanders Peirce(mùa đông 1880–81) đã chứng

minh rằng chỉ cần cổng NOR(hoặccổng NAND) có

thể được sử dụng để tạo ra các mạch chức năng tương

đương các cổng logic khác, nhưng công trình của ông

đã không được công bố cho đến năm 1933.[5] Bằng

chứng đầu tiên được xuất bản bởiHenry M Sheﬀernăm

1913, nên toán tử logic NAND thỉnh thoảng được gọi

làSheﬀer stroke; toán tửNORthỉnh thoảng được gọi là

Peirce’s arrow.[6]Do đó, các cổng này được gọi là Cổng

Một bộ đệm tri-state có thể được xem như một công tắc Nếu B

bật, công tắc là đóng và truyền đưa logic từ A Nếu B tắt, công

tắc là cắt.

Một cổng logic ba trạng thái(Tri-state logic) là cổng

logic có thể tạo ra ba loại tín hiệu đầu ra: cao (H),

thấp (L) và trở kháng cao (Z) Trạng thái trở kháng cao

không có vai trò gì trong logic, thứ mà quy luật chặt chẽ

là ở trạng thái nhị phân Các mạch này được sử dụng ở

buscủaCPUđể cho phép nhiều conchipgửi thông tin

lên đó Một nhóm ba trạng thái điều khiển một đường

dây với một mạch điều khiển thích hợp cơ bản là tương

đương với mộtmultiplexer, thứ mà được chia đều cho

các thiết bị riêng lẻ hoặc cácPlug-in card

Trong điện tử học, tín hiệu cao (H) có nghĩa là tín hiệu

đầu ra đang nhận năng lượng từ đầu năng lượng dương

(điện thế dương) Tín hiệu thấp (L) có nghĩa là đầu ra

đang giảm dòng điện sang đầu năng lượng âm (điện thế

0) Trở kháng cao có nghĩa là tín hiệu đầu ra đã được

ngắt khỏi mạch điện

9.6 Triển khai

Từ năm 1990s, hầu hết các cổng logic được làm bằngcông nghệCMOS(trong đótransistorNMOS và PMOSđược sử dụng) Hàng triệu cổng logic được gói gọn vàomộtvi mạch

Có nhiều logic familiesvới các đặc điểm khác nhau(độ tiêu thụ điện, tốc độ, chi phí, kích thước) như:RDL

(kháng trở-điốt logic),RTL(kháng trở-transistor logic),

DTL(điốt-transistor logic), TTL(transistor-transistorlogic) vàCMOS(chất bán dẫn bổ sung metal oxide).Ngoài ra còn có các biến thể, như CMOS logic thôngthường và loại nâng cao vẫn sử dụng công nghệ CMOS,nhưng có thêm các phần tối ưu hóa để tránh ảnh hưởng

tốc độdo các transistor PMOS chậm hơn

Các triển khai phi điện tử rất đa dạng, nhưng rất ítđược áp dụng vào thực tế Nhiều máy tính cơ điện tửđầu tiên, nhưHarvard Mark I, được xây dựng trên cáccổngrelay logic, sử dụng các relaycơ điện tử Cổnglogic có thể được tạo ra bằng các thiết bịpneumatic, như

Sorteberg relayhay cổng logic cơ học, bao gồm cả trênquy mô phân tử.[8]Cổng logic được xây dựng dựa trên

DNA(xemDNA nanotechnology)[9] và được sử dụng

để xây dựng một máy tính tên là MAYA (xemMAYA

II) Cổng logic có thể được làm bằng hiệu ứngquantummechanical(cho dùquantum computingthường phânhóa với thiết kế boolean) CổngPhotonic logicsử dụnghiệu ứngnon-linear optical

Trên lý thuyết, các phương pháp tạo ra một cổng

functionally complete (ví dụ, cả hai cổng NOR hoặcNAND) có thể được sử dụng để tạo ra mọi cổng logickhác Lưu ý rằng việc sử dụng cổng logic ba trạng tháicho hệ thống bus là không cần thiết, và có thể đượcthay thế bằngmultiplexer, thứ mà có thể được tạo rabằng các cổng logic đơn giản (như cổng NAND, NOR,AND hoặc OR)

9.7 Lịch sử và phát triển

Hệ thống số nhị phân đã được hoàn thiện bởi GofriedWilhelm Leibniz (xuất bản trong năm 1705) và ôngcũng công bố rằng các nguyên tắc của số học và logic cóthể được kết hợp bằng cách sử dụng hệ thống nhị phân.Trong một bức thư viết năm 1886, Charles SandersPeirce đã mô tả cách mà các phương thức logic có thểđược thực hiện bởi các mạch chuyển mạch điện Sau

đó ống chân không được sử dụng để thay thế rơ letrong các hoạt động mạch logic Sự thay đổi Lee DeForest vào năm 1907 của Fleming valve có thể được sửdụng như là một cổng logic AND & unclear translator.Ludwig Wigenstein đã giới thiệu một phiên bản củabảng dữ liệu logic 16-hàng như một đề xuất 5.101 củaTractatus Logico-Philosophicus (1921) Walther Bothe,

Trang 33

18 CHƯƠNG 9 CỔNG LOGIC

người phát minh ra mạch trùng hợp ngẫu nhiên, có một

phần của giải thưởng Nobel năm 1954 về vật lý về cổng

logic AND hiện đại đầu tiên trong năm 1924 Konrad

Zuse đã thiết kế và xây dựng các cổng logic cơ điện

cho máy tính Z1 của mình (từ năm 1935 đến năm 1938)

Claude E Shannon giới thiệu việc sử dụngđại số Boole

trong phân tích và thiết kế các mạch chuyển đổi vào

năm 1937 Hoạt động nghiên cứu đang diễn ra tại các

cổng logic phân tử hiện đại

9.8 Tham khảo

[1] Introduction to Digital Logic Gates Electronics

Tutorials, 2014 Truy cập 01 Apr 2015

[2] Jaeger, 1997 Microelectronic Circuit Design,

McGraw-Hill,ISBN 0-07-032482-4, p 226-233

[3] Tinder R F., 2000 Engineering digital design: Revised

Second Edition p 317–319.ISBN 0-12-691295-5

[4] Overview of IEEE Standard 91-1984 Explanation of

Logic Symbols, Doc No SDYZ001A, Texas Instruments

Semiconductor Group, 1996

[5] Peirce, C S (manuscript winter of 1880–81), “A Boolean

Algebra with One Constant”, xuất bản năm 1933 trong

tập Collected Papers v 4, đoạn 12–20 Tái bản năm

1989 trongWritings of Charles S Peircev 4, pp

218-21, Google Preview See Roberts, Don D (2009), e

Existential Graphs of Charles S Peirce, p 131.

[6] Hans Kleine Büning; eodor Lemann (1999)

Propositional logic: deduction and algorithms

Cambridge University Press tr 2 ISBN

Trang 34

Chương 10

Cổng NAND

Cổng NAND làcổng logictrái ngược vớicổng AND:

xuất ra 0 khi tất cả các đầu vào bằng 1.

Cổng NAND khá quan trọng vì cácphép tính boolean

như AND, OR hay XOR đều có thể sử dụng cổng NAND

CácIChỗ trợ cổng NAND đều thuộc dòng IC 4000 đối

vớiCMOSvà thuộc dòng IC 7400 đối vớiTTL

• CMOS

Sơ đồ IC 4011

• 4011: 4 cổng NAND, mỗi cổng 2 đầu vào

• TTL

10.3 Xem thêm

• Cổng AND

10.4 Tham khảo 10.5 Liên kết ngoài

19

Trang 35

Chương 11

Công tắc

Một số loại công tắc sử dụng trong vật lý điện tử

Công tắc là tên của một thiết bị (xét trongmạch điện),

hoặc một linh kiện (xét trong một thiết bị điện, sử dụng

với mục đích để đóng/bật - ngắt/mở/tắtdòng điệnhoặc

chuyển hướng trạng thái đóng-ngắt trong tổ hợp mạch

điện có sử dụng chung một công tắc Hay rõ hơn, trong

mạng điện, một công tắc có thể cùng lúc chuyển trạng

thái đóng-ngắt cho 1 hoặc nhiều mạch điện thành phần

Cầu dao,khóa điện,Rơ le,… là những dạng công-tắc đặc

biệt, được người Việt đặt tên riêng để phân biệt do cách

chế tạo, công năng sử dụng

11.1 Cấu tạo

Một công tắc được cấu tạo từ 2 điểm của đường dây tải

điện và cầu nối giữa chúng (giúp 2 điểm "tiếp xúc" với

nhau) Công tắc có thể là công tắc đơn (2 điểm, kết nối

1-1) hoặc đa điểm (kết nối 1-n hoặc n-1 hoặc n-n hoặc

n-m, trong đó n, m>1)

11.2 Phân biệt công tắc điện và

công tắc từ

Công tắc điện và công tắc từ khác nhau cơ bản ở cơ chế

điều khiển sự đóng-ngắt đường dây dẫn

• Công tắc điện hoạt động nhờ tác động cơ học di

chuyển cầu nối để nối-không nối 2 tiếp điểm củamạch điện, tác động này có thể là tác động chủđộng từ con người hoặc tự động nhờ cảm biến

nhiệt hoặc điện;

• Công tắc từ hoạt động nhờ một mạch điều khiển

khác sẽ hút/nhả 2 tiếp điểm với nhau

11.3 Tham khảo 11.4 Xem thêm

• Linh kiện điện tử

• Ký hiệu điện tử

• Sơ đồ mạch điện

20

Trang 36

Chương 12

Cuộn cảm

Cuộn cảm (hay cuộn từ, cuộn từ cảm) là một loạilinh

kiện điện tử thụ độngtạo từ một dây dẫn điện với vài

vòng quấn, sinh ratừ trườngkhi códòng điệnchạy qua

Cuộn cảm có mộtđộ tự cảm(haytừ dung) L đo bằng

đơn vịHenry(H)

12.1 Tổng quan

Đối với dòng điện một chiều (DC), dòng điện có cường

độ và chiều không đổi (tần sốbằng 0), cuộn dây hoạt

động như một điện trở có điện kháng gần bằng không

hay nói khác hơn cuộn dây nối đoản mạch Dòng điện

trên cuộn dây sinh ra một từ trường, B, có cường độ và

chiều không đổi

Khi mắc điện xoay chiều (AC) với cuộn dây, dòng điện

trên cuộn dây sinh ra một từ trường, B, biến thiên và

một điện trường, E, biến thiên nhưng luôn vuông góc

với từ trường Độ tự cảm của cuộn từ lệ thuộc vào tần

số của dòng xoay chiều

Cuộn cảm L có đặc tính lọc nhiễu tốt cho các mạch

nguồn DC có lẫn tạp nhiễu ở các tần số khác nhau tùy

vào đặc tính cụ thể của từng cuộn cảm, giúp ổn định

dòng, ứng dụng trong các mạch lọc tần số

12.2 Từ trường và từ dung

Khi có dòng điện chạy qua, cuộn dây sinh từ trường

và trở thànhnam châm điện Khi không có dòng điện

chạy qua, cuộn day không có từ Từ trường sản sinh tỉ

lệ vớidòng điện

B.A = IL

Hệ số tỷ lệ L làtừ dunghayđộ tự cảm, là tính chất vật

lý của cuộn dây, đo bằng đơn vịHenry - H, thể hiện

khả năng sản sinh từ của cuộn dây bởi một dòng điện,

A là diện tích bề mặt cuộn dây B.A ứng với từ thông

Từ dung càng lớn thì từ thông sinh ra càng lớn (ứng

với cùng một dòng điện), và cũng ứng với dự trữ năng

lượng từ trường (từ năng) trong cuộn dây càng lớn

Bảng dưới đây tóm tắt công thức tính từ dung cho một

Với từ dung không đổi theo thời gian:

V = L dI dt

Dòng điện chạy trên cuộn dây có liên hệ với điện thếqua:

I = L1 ∫

V dt

Trở kháng phức của cuộn cảm với dòng điện xoaychiều, phụ thuộc vào tần số của dòng điện xoay chiều.21

Trang 37

Trường hợp cuộn dây không có điện trở, R=0, điện thế

đi trước dòng điện mộtpha90° Trong trường hợp cuộn

dây có điện trở, R>0, điện thế đi trước dòng điện một

góc θ

tan θ = ωT = 2πf1

T

12.4 Năng lượng lưu trữ

Năng lượng từ trường lưu trữ trên cuộn dây được tính

theo công thức:

E =12LI2

12.5 Chỉ số chất lượng

Chỉ số chất lượng hay còn gọi là hệ số phẩm chất, Q,

được định nghĩa là tỉ số củađiện ứngtrênđiện trở

Nhiều cuộn dây có thể mắc nối tiếp với nhau để tăng

từ dung hay song song với nhau dễ giảm từ dung

Khi mắc nối tiếp nhiều (n) cuộn dây lại với nhau, tổng

từ dung sẻ tăng và bằng tổng của các từ dung:

L = L1+ L2+ + L

Khi mắc song song nhiều (n) từ dung lại với nhau, từ

dung tổng sẽ giảm, nghịch đảo của từ dung tổng bằng

Trang 38

Chương 13

Cuộn khử nhiễu

đầu bị lột vỏ rồi

một cái RF dẵn

Một cái đầu ferit hay ống khử nhiễu là một thiết bị

điện thụ động dùng khử dòng tần số cao trong mạch

điện tử/ Đầu feri này hoạt động dựa trên nguyên tắc

hấp thụ triệt để dòng cao tần trong các ống feri nhằm

xây dựng nên thiết bị khử nhiễu cao tần/ Có nhiều tên

gọi khác nhau như khóa feri, lõi feri, vòng feri, lọc feri,

sốc feri và cũng có cả gọi lỗi như gọi thành fero

13.1 Tổng quan

Đầu này cũng sử dụng như bọ lọc thấp dải, hình dạng

vật lý và tính chất điện từ của vòng tạo nên trở kháng

cao đối với tín hiệu cao tần, làm suy giảm nó (nhắc lại

là ZL=L*2pi*f và ZC=1/C*2pi*) Năng lượng phản hồilại cáp, hoặc hấp thụ vào lõi feri và chuyển dạng nhiệttiêu hao Chỉ trường hợp cực gay cấn, nhiệt không loại

bỏ mà phải nhúng nước

13.2 Tham khảo

23

Trang 39

Chương 14

DAC

DAC 8 kênh Cirrus Logic CS4382 trong soundcard.

DAC hay Mạch chuyển đổi số ra tương tự, hay

Digital-to-analog converter, là mộtLinh kiện bán dẫnthực hiện

chuyển đổi dữ liệu kỹ thuật số (thường là nhị phân)

thànhtín hiệu tương tự thường làđiện áp.[1][2]

Nó hoàn nguyên tín hiệu tương tự từng được số hóa bởi

Biến đổi DAC 8 bit

ông thường thì chuyển đổi DAC thực hiện bằng

mảngđiện trở, với số ngõ vào tương ứng với số bit của

số liệu, và một ngõ ra Giá trị điện trở được chọn tương

ứng với bậc của bit số, để tạo ra trọng số biến đổi, sao

cho khi điện áp vào ở mức logic quy định thì phần của

bit đó góp vào điện áp tổng đúng như bậc của bit đó

Kết quả là ở ngõ ra có mức điện áp tương ứng với giá

bố trí ghép kênh, mảng điện trở thực thi biến đổi chonhiều đường tín hiệu Ví dụ chip Cirrus Logic CS4382 làDAC 8 kênh, và trong ứng dụng soundcard thì sử dụng

2 đường

14.2 Các đặc trưng hoạt động

t f(t)

Hoàn nguyên DAC, cần đến bộ lọc làm trơn để cho ra tín hiệu (đường màu xám)

Kết quả DAC là tín hiệu có từng bậc, nên cần có bộ lọclàm trơn để lọc bỏ các hài tần cao

Hiện nay thì ứng dụng chủ yếu của DAC là hoànnguyên tín hiệu trong các thiết bị âm thanh, từ các dàncủa công nghiệp giải trí đếnmáy tính, điện thoại diđộng,PDA,… Ngoài ra nó được dùng trong các thiết bị

y tế, thí nghiệm,… có bộ điều khiển dạng số (máy tính

hoặcvi xử lý) để phát điện áp theo mức xác định vàođối tượng thí nghiệm

DAC còn là thành phần của ADC dấu phảy động, có thể

ráp rời hoặc chế sẵn thành chip Tín hiệu được đưa quatiền khuếch đại có một modul DAC điều chỉnh hệ số24

Trang 40

14.6 LIÊN KẾT NGOÀI 25

khuếch dạng nhị phân, sao cho tín hiệu ra nằm trong

dải động của ADC chính Những DAC này có bậc bit

thấp, cỡ 2 đến 4

14.4 Tham khảo

[1] Multiplying DACs, ﬂexible building blocks Analog

Devices inc 2010

[2] Rudy J van de Plassche: CMOS integrated

analog-to-digital and analog-to-digital-to-analog converters 2nd edition

Kluwer Academic, Boston 2003,ISBN 1-4020-7500-6

[3] ADC and DAC Glossary - Maxim

14.5 Xem thêm

• Audio codec

• Digital signal processing

• ADC(Analog-to-digital converter)

Định dạng
Số trang	149
Dung lượng	4,13 MB