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nand焊接曲线 ADALM2000实验：TTL逆变器和NAND门

发布时间 : 2024-10-06

作者 : 小编

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ADALM2000实验：TTL逆变器和NAND门

自20世纪60年代首次生产出集成逻辑门以来，各种数字逻辑电路技术层出不穷。本次实验将研究晶体管-晶体管逻辑(TTL)电路逆变器（非门）和2输入NAND门配置。

背景知识

TTL逆变器的原理图如图1所示。此电路克服了单晶体管逆变器电路的局限性。基本TTL逆变器由三级组成：电流导引输入、分相级和输出驱动级。

图1. TTL逆变器

输入级晶体管Q1执行电流导引功能，可以将它视为背靠背二极管布置。晶体管以正向或反向模式工作，使电流流入或流出第二级晶体管的基极Q2。正向电流增益ßF远大于反向电流增益ßR。关断时，它提供更高的放电电流来给基极放电。

图2. 输入电流导引级的等效电路

图1中的第二级晶体管Q2使用分相器来驱动上拉和下拉输出级的两半。它允许以相反相位产生输入条件，从而可以反相驱动输出晶体管。这样，Q4关断时Q3可以导通，反之亦然，

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如图3所示。

图3. 分相级

输出晶体管对Q3和Q4与二极管D1一起被称为图腾柱输出，如图4所示。这种输出配置提供了主动拉电流或灌电流的能力，对于驱动容性负载很有用。电阻R4用于限制VCC提供的电流。在稳态条件下，一次只有一个晶体管导通。

图4. 输出级

二极管D1用于提高Q4的有效导通电压，使其能够在Q3完全导通之前关断。这有助于防止逻辑状态转换期间潜在的大浪涌电流流入输出级。电阻R4还用于限制输出级中允许流动的电流。缺点是逻辑高电平会降低，降幅为二极管压降，如图11所示。

材料

● ADALM2000 主动学习模块

● 无焊试验板

● 跳线

● 一个100 kΩ电阻

● 一个2.2 kΩ电阻

● 一个470 Ω电阻

● 一个100 Ω电阻

● 一个小信号二极管(1N914)

● 五个小信号NPN晶体管（2N3904和/或SSM2212）

TTL逆变器

说明

ADALP2000 模拟部件套件随附五个2N3904 NPN晶体管。较旧的套件可能包含一对匹配的SSM2212。所示的建议试验板布局是针对SSM2212连接。如果只使用2N3904器件，请根据需要更改布局。

在无焊试验板上构建图5所示TTL逆变器电路。如果使用SSM2212 NPN对，它只能替代Q3和Q4（输出级），因为其基极和发射极端子上有内部保护二极管用以防止反向偏置。

图5. TTL逆变器

硬件设置

将电路连接到ADALM2000输入/输出连接器，如图5所示。对于未使用的示波器负输入，在不使用时最好将其接地。

试验板连接如图6所示。

图6. TTL逆变器试验板电路

程序步骤

将波形发生器W1配置为具有0 V偏移和6 V幅度峰峰值的100 Hz三角波。在x-y模式下使用示波器观察电路的电压传输曲线。

图7. TTL逆变器传输曲线

TTL NAND门

说明

给TTL逆变器再增加一个输入，便得到一个TTL NAND门。按照图8所示连接TTL逆变器电路。

图8. TTL 2输入NAND门

硬件设置

将电路连接到ADALM2000 I/O连接器，如图8所示。对于未使用的示波器负输入，在不使用时最好将其接地。

试验板连接如图9所示。

图9. TTL 2输入NAND门试验板电路

程序步骤

将波形发生器W1配置为具有0 V偏移和6 V幅度峰峰值的100 Hz三角波，将W2配置为具有0 V偏移、6 V幅度峰峰值和90°相位的100 Hz三角波。

使用示波器观察电路的输出Ch2。

图10. TTL NAND门输出波形

测量

传输特性

通过施加缓慢上升的输入电压，并确定相对于每个晶体管的导通状态变化而发生的事件序列以及这些变化发生的临界点，可以推导出TTL逆变器的传输特性。考虑图11所示的电路输入与输出传输特性曲线。

图11. TTL逆变器输入与输出传输曲线

断点P1

当输入接近0 V且基极电流提供给Q1时，该晶体管可以在正向模式下导通。集电极电流的唯一来源是Q2的漏电流，因此Q1将被驱动到饱和状态。这确保了Q2关断，进而又意味着Q3关断。在没有负载的情况下，输出级中有漏电流流动，这使得晶体管Q4和二极管D1在导通状态下几乎不传导电流。

断点P2

随着输入电压略微增加，上述状态一直持续，直到（在Q1导通并处于饱和状态的情况下）Q2基极的电压上升至导通点。则

断点P3

随着输入电压进一步增加，Q2传导更多电流，从而完全导通。Q2的基极电流由Q1的基极-集电极结（现在是正向偏置）提供，Q1仍处于饱和状态。最终，Q3达到导通点。这发生在：

请注意，当晶体管Q3刚刚导通时，VBE3 = 0.6 V，这意味着流过R3的电流为0.6 V/470 Ω = 1.27 mA。在线性活动区工作时，Q2的集电极电流为0.97 mA × 1.27 mA = 1.23 mA。

R2两端的电压降即为VR2 = 1.23 mA × 2.2 kΩ = 2.7 V。

在这种情况下，Q2上的集电极到发射极电压降为：

这证实了Q2仍在正向活动模式下运行。

随着Q3开始导通，电流通过Q4和二极管D1的传导路径，随后完全导通。这种情况下：

断点P4

随着输入电压进一步增加，Q2传导更多电流，最终进入饱和模式。Q3也传导更多电流，最终达到饱和点。当Q2传导更多电流时，其集电极电流增加。这导致R1两端的压降增加，意味着Q2上的电压（即VCE2）下降。当此电压降至Q4和二极管D1导通所要求的电压以下时，二者均关断，然后Q3饱和。

当Q3达到饱和边缘时：

问题：

1. 典型TTL逻辑门的输出电路通常被称为图腾柱输出，原因是其两个输出晶体管相互堆叠，就像图腾柱上的雕像一样。具有图腾柱输出级的门电路能否提供负载电流、吸收负载电流或既能提供又能吸收负载电流？

影驰擎PRO 1TB M2固态硬盘评测：旗舰主控释放国产颗粒速度潜力

今年的DIY市场可以用“难上加难”来形容，首先是全球半导体产能短缺，然后随着矿潮来临让整个市场雪上加霜，甚至连硬盘都能挖矿了，还记得两个月前硬盘的突然涨价和供应短缺，正是这场硬盘挖矿风波所引起，让许多刚需购买硬盘的用户叫苦不迭。

因此在主流价位的硬盘市场，除了传统硬盘大厂的存在，还需要更多“参与者”加入，为用户带来更多的购买选择。今天评测室就迎来了一位这样的大众选手，它就是影驰擎PRO1TB-M.2PCI-E2280（下面简称影驰擎PRO1TB），虽然名字上带“Pro”，但是它的定位和价格还是非常亲民的。让我们一起看看它的表现，是否值得成为大众的新选择吧。

现在影驰固态硬盘产品线已经相当齐全了，除了擎系列，还有名人堂、将等大众熟知的产品系列，而擎系列是面向游戏玩家和内容创作者用户而打造，主打高速、稳定，兼具高性价比。

我们今天拿到的影驰擎PRO1TB1TB固态硬盘，官方标称连续读写速度为3400MB/s和3000MB/s，通道为PCIe3.0x4，长度为2280。

容量方面，由于这是擎固态硬盘系列中的“旗舰型号”，因此只有1TB可选，当然，官方能增加512GB和2TB的型号就更好了。

外观赏析

话不多说，先来开箱。迷彩配色的产品盒，展示了产品的型号与各种信息。

盒子背面可以看到硬盘支持NGFF和M.2两种接口规格，平均无故障时间为200万小时，质保为三年包换。

打开盒内就能看到除了影驰擎PRO1TB1TB的本体之外，还附赠了导热贴和散热马甲。如果你的主板没有M.2固态被动散热马甲，这个原配的马甲就可以派上用场了，在散热马甲和导热贴的双重加持下，可以保证固态硬盘在高负载下的稳定使用。

散热马甲的面积完全覆盖整个硬盘，同时采用了多鳍片结构设计，可以扩大导热面积，提升散热效率。

在主流价位段能配备如此厚实的散热马甲和导热贴的固态硬盘并不多。另一方面，笔者认为有可能是主控和颗粒的规格较高，所以需要齐全的散热配备才能保持硬盘的高效运行。

硬盘本体，两面都贴有产品相关信息和认证的贴纸，小伙伴要注意贴纸如果撕毁，会失去官方保修哦。

接下来让我们取下贴纸，这样硬盘的主控、DRAM、颗粒就能一览无遗了。

可以看到，影驰擎PRO1TB采用了群联的解决方案，拥有DRAM缓存。

所有颗粒都焊接在PCB正面，不过背面的五个空焊位可以再容纳四个NAND颗粒和DRAM缓存，或许暗示着未来会有双面颗粒的2TB容量版本。

主控为群联的旗舰主控PS5012-E12S，生产日期为2020年第27周，一颗TSMC28nm工艺的双核心32-bit微控制器，支持PCIeGen3x4和NVMe1.3规范，可支持3DTLC与3DQLC的NAND颗粒，最高支持8通道32CE，也就是支持最高单PCB八个颗粒组成8TB容量，DRAM控制器支持DDR3L或DDR4的缓存颗粒。

主控旁的电源管理芯片，也是来自群联，型号为PS6102-22。

主控上方是DRAM缓存，来自金士顿，型号为D1216ECMDXGJD，DDR3L1866Mhz，容量为256MB。

NAND颗粒是群联自封的颗粒，根据型号查询笔者没有查到关于该颗粒的详细规格，但是利用FlashID软件可得知该颗粒的相关参数：来自YMTC（即长江存储）的TLC颗粒，2021年第5周生产，单颗容量为256GB，看来咱们的国产NAND颗粒已经打入OEM大厂的供应链中了，好评！

读写速度测试

本次测评所采用的测试平台，主板为华硕ROGSTRIXZ590-AGAMINGWIFI、CPU为i9-11900K、内存为影驰HOFProRGBDDR4-4400C18、系统盘为三星970EVOPLUS1TB、数据盘为三星870EVO4TB，测试盘为影驰擎PRO 1TB M.2PCI-E2280 ，测试过程中均覆盖导热贴和散热马甲。

首先来看一下这块硬盘的实际可用空间，可以看到系统中显示的可用空间达到953.87GB，符合1TB硬盘所应有的容量水平。

采用硬盘健康状况检测工具CrystalDiskInfo查看硬盘信息，我们看到影驰擎PRO1TB的固件版本位ECFM32.0，传输模式为PCIe3.0x4，支持NVMe1.3标准，支持S.M.A.R.T、TRIM以及VolatileWriteCache功能，待机温度为27度。

使用CrystalDiskMark测试软件，对固态硬盘进行空盘测试。在1GB的读写测试中，SeqQ8T1读取速度为3307.04MB/s，写入速度为3006.61MB/s，16GB的读写测试中，SeqQ8T1读取速度为3326.84MB/s，写入速度为3001.65MB/s，读写表现与官方宣称基本相符。

接下来是ASSSD软件，1GB读写测试中，影驰擎PRO1TB的4K多线程读取IOPS成绩为514769，写入IOPS成绩为720221；而在10GB读写测试中，4K多线程读取IOPS成绩为459365，写入IOPS成绩为560671，表现十分不错，达到了高速硬盘的水准。

ASSSD1GB测试下4K连续读取成绩为72.57MB/s，写入成绩为274.56MB/s；10GB下的4K连续读取成绩为52.63MB/s，写入成绩为262.28MB/s。

HDTune的SLCCache读写测试，可以看到在大约50GB时出写入缓存，出缓存前的读取速度超过了3000MB/s，速度几乎没有波动，写入速度在2800MB/s左右，出缓存后写入速度为1000MB/s左右。

在TxBENCH软件的基础测试中，影驰擎PRO1TB的SeqQ32T1读取速度为3118.833MB/s，写入速度为3019.944MB/s。

TxBENCHSLCCache缓存测试，影驰擎PRO1TB的成绩表现与HDTune测试基本一致，在46GB时缓存写满，写入速度在1000MB/s附近。

在ATTODiskBenchmark读写测试中，文件大小达到64KB以上时，写入速度均达到3000MB/s，符合官方标称水平，温度也只有30度。

接下来我们从数据盘中拷贝一个游戏文件夹来模拟日常的写入操作，可以看到影驰擎PRO1TB的拷贝速度达到了502MB/s，由于数据盘为SATAIII协议，这个速度基本达到了SATA协议读取速度的上限，可以看到拷贝时速度曲线并没有出现非常大的波动。

空盘状态下影驰擎PRO1TB的读写速度表现很是稳健，没有出现掉速的情况，那么在空间占用达到50%的半盘状态下，表现又如何呢？让我们接下来继续测试。

让我们再次出动CrystalDiskMark测试软件，对固态硬盘进行半盘速度测试。在1GB的读写测试中，SeqQ8T1读取速度为3294.87MB/s，写入速度为3007.60MB/s，16GB的读写测试中，SeqQ8T1读取速度为3303.16MB/s，写入速度为3002.11MB/s，依旧延续满血速度，相当强悍。

最后是HDTune的SLCCache测试，可以看到在写入30GB之后出缓存，出缓存前的读取速度超过了3000MB/s，写入速度在2800MB/s左右，出缓存后写入速度为1000MB/s左右，除了SLC缓存空间相比空盘状态减少了之外，速度表现上并无不同。

在进行SLCCache测试时，我们还对硬盘马甲表面的温度进行监测，可以看到温度有点“扎铁”，最高温处达到了64.1度，看来想要硬盘稳定发挥，散热马甲还是不可少。

评测总结：旗舰主控加持，释放国产颗粒速度潜力

在一系列的评测过后，可以看到影驰擎PRO1TB的速度表现和稳定性处于同价位固态硬盘中的顶级，得益于群联旗舰主控PS5012-E12S、还有出色的散热配备，将国产颗粒的速度发挥到相当出色的水准，当然代价就是较高的表面温度了，因此笔者还是建议装上散热马甲使用。

价格方面影驰擎PRO1TB比市面上的PCIe3.0顶级固态要便宜一些，颇具性价比，如果你的预算就在七八百元左右，又对速度和稳定性具有一定的要求，那么个人认为加一点预算上擎PRO还是非常值的。

ADALM2000实验：TTL逆变器和NAND门

影驰擎PRO 1TB M2固态硬盘评测：旗舰主控释放国产颗粒速度潜力

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