Premessa 

Per ragioni economiche, la realizzazione pratica della topologia ATL non è stata compiuta con tutti i crismi necessari per l'analisi di una famiglia logica.

Innanzi tutto non si è integrato il circuito, né fatto uso di una ac-Test Motherboard a simmetria circolare. La strumentazione consigliata dalle case costruttrici è risultata molto costosa e non facilmente reperibile ¹.

Per motivi di modificabilità non è stato realizzato nemmeno un circuito stampato su cui montare i componenti discreti usati per implementare la topologia.

Si ha piena coscienza che, per quanto si possa essere precisi nel descrivere l'impostazione, difficilmente le misure (soprattutto dinamiche) che si sono condotte sulla ATL vanno al di là di semplici indicazioni e questo per motivi che è facile immaginare.

In questo caso induttanze delle linee, capacità di accoppiamento e resistenze di contatto sono determinanti. Infatti i tempi di transizione di una NOT ATL veloce realizzata in queste condizioni sono all'incirca di 4.5 ns mentre quelli di propagazione di circa 1.3 ns (unloaded): se non si controllavano tutti i contatti e non si minimizzavano le induttanze parassite, si rischiava di aumentare del 40% -50% i tempi suddetti.

L'estrema rapidità di commutazione richiede una certa accortezza nel ridurre l'eccitazione dei circuiti risonanti parassiti, in particolare quelli che si formano nel collegamento dei cavi di prelievo del segnale, al circuito; tali circuiti aumentano i tempi di propagazione e riducono i tempi di transizione in ragione della loro entità.

Infatti l'induttanza del collegamento di massa della sonda crea un circuito risonante serie con la rete formata dalle capacità della sonda e dell'oscilloscopio: l'azione di questo circuito risonante viene comunque smorzata dalla resistenza d'ingresso. Come qualsiasi circuito risonante, tenderà a risuonare se eccitato da un segnale contenente nel suo spettro la sua frequenza di risonanza (vedi figure seguenti).

La loro presenza è rivelata da un ringing sulla forma d'onda di uscita, sempre che non sia presente quello dovuto all'inadattamento delle linee di trasmissione che è in genere più rilevante². Come già detto, una eccessiva induttanza del collegamento di massa provoca anche una riduzione del tempo di salita. Proprio per limitare la spira del collegamento a massa che si è scelto di usare dei cavi coassiali per prelevare i segnali dinamici, al posto delle sonde passive a disposizione.

Possiamo elencare i punti principali del circuito in cui si realizzano altri induttori parassiti. La spira che si forma con i cavi dell'alimentazione ed il circuito crea un'induttanza che limita la dinamica; infatti la caduta di potenziale su tale induttanza in serie all'alimentazione provoca uno "slittamento" della Vcc (power shift) vista dal circuito e quindi una riduzione dinamica della soglia di commutazione: ciò ritarda la transizione H® L. Stesso dicasi per la resistenza dei cavi, se troppo lunghi o collegati male.

Analogo discorso si può fare per l'induttanza associata al collegamento di massa, la quale è responsabile del "rimbalzo" della stessa (ground bounce); se aumenta il livello della massa interna anche la tensione di soglia aumenta rispetto al segnale di ingresso esterno: il segnale d'ingresso impiega così più tempo per superarla nel passaggio L® H.

Un altro problema è l'energia persa per irradiazione. Un circuito discreto come quello da noi realizzato presenta delle maglie molto più grandi di quelle di un integrato; tali line loops sono assimilabili ad antenne che irradiano energia em la cui ampiezza è determinata dall'intensità delle correnti, dalla frequenza di ripetizione del segnale e dall'area geometrica dell'anello di corrente.

Determinanti sono poi le riflessioni causate dal disadattamento dei carichi, le quali possono falsare tutte le misure dinamiche se non le si tengono in giusta considerazione (vedi Realizzazione).

Oltre a questi problemi, vanno considerate le differenze nei dispositivi usati i quali essendo discreti presentano una vasta dispersione delle caratteristiche rispetto agli analoghi integrati. Il fatto non è da sottovalutare in quanto nel caso in cui la topologia risultasse sensibile ad almeno un parametro di un dispositivo non facilmente controllabile dal punto di vista costruttivo, vi sarebbe una dispersione delle caratteristiche tale da far rinunciare ad una produzione industriale. A tal fine abbiamo realizzato più di un prototipo della ATL; ben lungi dal costituire una statistica, lo studio comparato di 5 invertitori ATL discreti ha rilevato differenze (skews) sensibili solo nella tensione di soglia della transcaratteristica, mentre nulla di rilevante nelle prestazioni dinamiche (vedi Problemi o vantaggi?).

Nonostante queste difficoltà si possono fare alcune considerazioni a favore di un'impostazione sperimentale così poco affidabile.

Rispetto a quelli forniti dalle case costruttrici, i risultati dell'analisi condotta in tali condizioni si avvicinano molto di più a quelli ottenibili realmente dall'utente nelle sue applicazioni.

La quasi totalità dei problemi enunciati tendono a peggiorare e non a migliorare le prestazioni dinamiche del circuito: pertanto i risultati ottenuti sono delle stime in eccesso di quelli che si conseguirebbero se la topologia fosse implementata con tutte le accortezze necessarie.

1 Nei data sheets riguardanti porte logiche CMOS si dichiara che le specifiche dinamiche (propagazione e potenza) sono state ottenute con un ingresso avente tempi di transizione £ 2.5 ns. Il generatore usato in questa analisi, pur essendo moderno e costoso, presenta 17 ns. Per alcune misure si consiglia un'oscilloscopio da 300 MHz, meglio se da 1 GHz: quello a nostra disposizione, pur costando oltre 5 milioni, ha solo 150 MHz di banda [Torna al testo].

2Poichè i due fenomeni presentano frequenze di ringing diverse (è praticamente impossibile che siano uguali ed in fase) capita di osservarne l'interferenza subito dopo il fronte [Torna al testo].