Podstawy elektroniki„Technologia informacyjna a współczesna elektronika – bariery, wyzwania”Wykład wstępny

Katedra Inżynierii KomputerowejWydział Informatyki

Politechnika PoznańskaAndrzej Rybarczyk

Poznań University of Technology

Andrzej Rybarczyk KiK PP

Podstawy elektroniki – przybliżenie obwodowe

teorii pola elektromagnetycznego - 2

Usytuowanie teorii obwodów i powiązanej z nią analizą układów elektronicznych w ogólnej teorii pola elektromagnetycznego

Ogólną teorią opisującą całokształt zjawisk zachodzących w układzie, w którym mamy do czynienia z ładunkami elektrycznymi, ich przepływem (prąd elektryczny) i innymi zjawiskami elektromagnetycznymi jest teoria pola elektromagnetycznego opisywana przez fundamentalne równania Maxwell’a, wiążące ze sobą parametry następujących pól wektorowych, zależnie od punktu x w przestrzeni i od czasu t:• natężenie pola elektrycznego – E,• natężenie pola magnetycznego – H,• indukcja elektryczna – D,• indukcja magnetyczna – B,• gęstość prądu – j.

Poznań University of Technology

Andrzej Rybarczyk KiK PP

Podstawy elektroniki – przybliżenie obwodowe

teorii pola elektromagnetycznego - 3

Równania Maxwell’a pola elektromagnetycznego w postaci całkowej

Poznań University of Technology

Andrzej Rybarczyk KiK PP

Podstawy elektroniki - przybliżenie obwodowe

teorii pola elektromagnetycznego - 4Równania Maxwell’a pola elektromagnetycznego w postaci całkowej – cd.

Poznań University of Technology

Andrzej Rybarczyk KiK PP

Podstawy elektroniki – przybliżenie obwodowe

teorii pola elektromagnetycznego - 5Równania Maxwell’a pola elektromagnetycznego w postaci różniczkowej

Poznań University of Technology

Andrzej Rybarczyk KiK PP

Podstawy elektroniki - przybliżenie obwodowe

teorii pola elektromagnetycznego - 6

Poznań University of Technology

Andrzej Rybarczyk KiK PP

Podstawy elektroniki - przybliżenie obwodowe

teorii pola elektromagnetycznego - 7

Poznań University of Technology

Andrzej Rybarczyk KiK PP

Podstawy elektroniki - przybliżenie obwodowe

teorii pola elektromagnetycznego - 8

Poznań University of Technology

Andrzej Rybarczyk KiK PP

Podstawy elektroniki- przybliżenie obwodowe

teorii pola elektromagnetycznego - 9

Poznań University of Technology

Andrzej Rybarczyk KiK PP

Podstawy elektroniki - przybliżenie obwodowe

teorii pola elektromagnetycznego - 10

Spełnienie warunku quasi-stacjonarności oznacza w szczególności:

� możliwość pominięcia efektów opóźnieniowych w układzie(od momentu pojawienia się pobudzenia w układzie, lub też wystąpienia innego

zaburzenia w układzie do pojawienia się odpowiedzi (reakcji na zaburzenie) w miejscu obserwacji) upływa pomijalnie mały czas – mamy do czynienia z natychmiastowością reakcji. Oznacza to także, że z punktu widzenia wartości sygnałów występujących w układzie istotniejsze są zmiany wywołane przez czasowezmiany pobudzeń w układzie niż te, które są wywołane przez efekty związanez propagacją sygnałów w układzie,

� możliwość zaniedbania wymiarów geometrycznych przewodów i elementów –zakładamy, że elementy i układy mają cechy fizyczne skupione w jednym punkcie(nie należy tutaj mylić tej cechy z uwzględnieniem rezystancji przewodów zależnejod ich długości i przekroju).

Poznań University of Technology

Andrzej Rybarczyk KiK PP

Podstawy elektroniki - 11

� W świetle tego, co powiedziano o quasi-stacjonarnościPojawiają się następujące pytania dotyczące współczesnych

kierunków rozwoju elektroniki:

• Czy obserwowana od wielu lat tendencja do pomniejszania rozmiarów elementów (technologie submikronowe, nanotechnologie, itd.) ogólnie określane jako miniaturyzacja układów to jest:

MODA czy też KONIECZNOŚĆ?• Czy obserwowane dążenie do budowy coraz to większych

układów (złożonych nawet z kilkudziesięciu mln tranzystorów na jednym chipie) to jest:

MODA czy też KONIECZNOŚĆ?

Poznań University of Technology

Andrzej Rybarczyk KiK PP

Podstawy elektroniki - 12

� Kontynuując można zapytać w związku z wymienionymi uprzednio tendencjami współczesnych kierunków rozwoju elektroniki:

• Budowa coraz to większych układów umieszczonych na jednym chipie prowadzi (mimo obniżania napięć przy jakich te układy pracują) do wydzielania się bardzo dużych ilości ciepła z układu, co stanowi coraz to większy problem. Czy ma więc sens budowa coraz to większych układów

scalonych? • Czy mają związek obserwowane wspomniane uprzednio

procesy rozwojowe z powiększaniem częstotliwości, z jakimi pracują układy scalone?

Poznań University of Technology

Andrzej Rybarczyk KiK PP

Podstawy elektroniki - 12

� Wybrane etapy rozwoju elektroniki

•Układy aktywne RC• Logika oparta na tranzystorach PMOS• Logika oparta na tranzystorach NMOS•Układy z przełączanymi kondensatorami – „SC” •Układy SI z przełączanymi prądami•Układy logiki CMOS (aktualnie techniki

submikronowe)•Układy z matrycami programowalnymi FPGA,

PLD (standard VHDL) – Xilinx, Altera itp.

Poznań University of Technology

Andrzej Rybarczyk KiK PP

Podstawy elektroniki - 14

Układy aktywne RC - bezindukcyjne

Poznań University of Technology

Andrzej Rybarczyk KiK PP

Podstawy elektroniki - 15

Koniec wykładu wstępnego

Dziękuję za uwagę