Rückgekoppelte Schieberegister, als Beispiel ... - Stiftung HAMFU

Rückgekoppelte Schieberegister - Vorlesung Krieg im Aether 1967/1968 (ETH Zürich)HAMFU History-8-zwischen aktiver Fläche und äusserer Anschlusszahl. Auch in Figur 19 ist dieser Verhältnisunterschieddeutlich zu sehen. Auf der einen Seite sehen wir ein grosses 90-stelliges Schieberegistermit 500 Transistoren, 10 äusseren Anschlüssen, alles in MOS-Technik auf einem Plättchen von ungefähr1,5 x 2 mm Abmessung. Auf der anderen Seite ein relativ kleiner Aufwärts-Abwärts-Zähler mit4 Stufen und 18 äusseren Anschlüssen. Mit den 115 Transistoren benötigt diese Schaltung ungefährdenselben Flächenbedarf wie das 90-stellige Schieberegister.Auch bezüglich der Leistungsaufnahme schneiden die MOS-Register sehr günstig ab. So braucht einheute erhältliches 100-Bit-Schieberegister bei 1 MHz Taktfrequenz in der Grössenordnung von 100-Milliwatt. Es sind Massnahmen bekannt, MOS-Register mit einem Zehntel dieser Leistung und darunterzu betreiben, so dass man mit einer Grössenordnung von 10 bis 100 Mikrowatt pro Schieberegisterstuferechnen kann. Demgegenüber verbraucht das erwähnte 8-Bit-Schieberegister in bipolarer Technikungefähr 200 Milliwatt entsprechend einer Grössenordnung von 10'000 Mikrowatt pro Schieberegisterstufe.Allerdings wird sich auch die bipolare Technik in Richtung kleinerem Leistungsverbrauchweiter entwickeln. Man rechnet, dass das Leistungsverhältnis zwischen MOS- und bipolarerTechnik für gemischte Systeme, das heisst solche mit Speicher und Logik-Komponenten, sich ungefährwie 1 : 20 verhalten wird. Natürlich haben die MOS-Schaltungen auch Nachteile. In ersterLinie ist dabei die Geschwindigkeit zu nennen, denn vorläufig kommt man mit einem MOS-Schieberegisterder erwähnten Art nicht wesentlich Uber 1 Megahertz Taktfrequenz, wogegen man das 8-Bit-Schieberegister immerhin bereits mit 15 MHz betreiben kann. Dann haben auch einige der MOS-Schieberegister die Eigenschaft, dass ihre Anwendung durch eine untere Frequenzgrenze begrenztist; zum Beispiel darf die Taktfrequenz nicht unter 10 kHz sinken.Diese Eigenschaft rührt daher, dass diese Schieberegister auf eine kurzzeitige Zwischenspeicherungin einer kleinen Kapazität angewiesen sind. Es gibt aber auch da bereits andere Methoden ohne diesenNachteil. Dann ist auch zu sagen, dass MOS-Register relativ schwierig zu handhaben sind, denninfolge ihrer Hochohmigkeit sind sie ganz enorm empfindlich auf eingeführte Ueberspannungen, wasentweder zu Störungen im Ablauf oder gar zur Zerstörung der Schaltung führen kann. Nun noch etwaszum Preis. Man muss heute für eine Schieberegisterstelle noch ungefähr mit Fr. 1 . — bis Fr. 5 . —rechnen, wobei die untere Grenze eher für grosse Schieberegister in MOS-Technik gilt. Man rechnetaber allgemein damit, dass der Preis pro Schieberegisterstelle bei grossen Registern sich in einigenJahren vielleicht zwischen Fr. -.10 bis Fr. -.30 festsetzen wird.Die MOS-Schieberegister sind heute vorwiegend in T05-Gehäusen, wie sie von den älteren Transistorenher bekannt sind, verpackt. Figur 20 zeigt die Zusammenschaltung von 48 solchen Gehäusen auf einerPrintplatte von etwa 1 l/2 dm 2 Fläche. Als Abschluss der Ausführungen über die technische Realisierungender Schieberegister wollen wir einen Grössenvergleich in Erinnerung rufen. Figur 21 zeigtnebeneinander 3 integrierte Schaltungen in verschiedenen Gehäusen und eine Doppeltriode. Jedes dieserintegrierten Schaltungsgehäuse ist nach dem heutigen Stand der Technik in der Lage, ein ungefähr100-stelliges Schieberegister aufzunehmen. Hätte man vor der Existenz der integrierten Schaltungendasselbe Schieberegister mit Doppeltrioden realisiert, dann hätte man dafür 100 solcher Röhrennebst mindestens 1000 weiteren Komponenten aufwenden müssen.5. AnwendungenDie durch das linear rückgekoppelte Schieberegister gegebenen Möglichkeiten haben in den letztenJahren zu vielfältigen Anwendungen geführt. Einige davon sind von hervorragender Bedeutung für diemilitärtechnische Elektronik. Im folgenden wird nur eine Aufzählung einiger der wichtigsten Anwendungengegeben: lineare digitale SystemeEingangs wurde erwähnt, dass das rückgekoppelte Schieberegister als Grundschaltung wichtiger digitalerSchaltungskomplexe betrachtet werden kann. Hier als Anwendungsfall ein Beispiel: Eine beliebigelineare digitale Schaltung bestehe aus einer Anzahl Speicherstellen und aus einer Menge logischerVerknüpfungsglieder, mit denen die Speicherstellen gegenseitig und mit den Ein- und Ausgängen linearverknüpft werden. Ein solcher Schaltungskomplex, und mag er auch noch so kompliziert und verworrensein, lässt sich immer durch linear rückgekoppelte Schieberegister äquivalent nachbilden. Dabei istdie totale Schieberegisterlänge nie grösser als die Anzahl der Speicherstellen im ursprünglichenSchaltungskomplex.CodierungBei der Erzeugung fehlererkennender oder fehlerkorrigierender Codes spielt das linear rückgekoppelteSchieberegister eine fundamentale Rolle; man spricht dabei von sogenannten "Linear-Codes".Auch die günstigen Autokorrelationseigenschaften von PN-Sequenzen lassen sich zur Codierung bestensausnützen, wenn der Empfänger mit einem Korrelationsdetektor ausgerüstet ist.Radar, DistanzmessungStatt mit einem einzelnen Sendeimpuls wird der Radarsender mit einer FN-Sequenz moduliert. Das Echosignalwird mittels Autokorrelationsempfänger auf die Phasenlage und damit auf die Laufzeit überprüft,wobei auch bei schwachen Signalen und starken Störungen infolge der idealen Autokorrelationsfunktion© HAMFU - www.hamfu.ch Seite 8