Часть 1

3. По степени интеграции Сложность ИМС оценивают степенью интеграции, определяемой

коэффициентом интеграции К, значение которого округляется до ближайшего большего целого числа.

где N – число элементов и компонентов, входящих в ИМС.

Микросхемы первой степени интеграции (К = 1) содержат до 10 элементов и компонентов, второй степени интеграции (К = 2) – от 13 до 100 и

т.д. Все они относятся к малым интегральным микросхемам (МИС) –

ИС, содержащая до 100 элементов и (или) компонентов включительно.

Средняя интегральная микросхема (СИС) – ИС, содержащая вы-

ше 100, но не более 1000 элементов и (или) компонентов для цифровых ИС и свыше 100, но не более 500 – для аналоговых ИС.

Большая интегральная микросхема (БИС) – ИС, содержащая вы-

ше 1000 элементов и (или) компонентов для цифровых ИС и свыше 500 – для аналоговых ИС.

Сверхбольшая интегральная микросхема (СБИС) – ИС, содер-

жащая свыше 100000 элементов и (или) компонентов для цифровых ИС с регулярной (однородной) структурой, свыше 50000 – для цифровых ИС с нерегулярной структурой и свыше 10000 – для аналоговых ИС.

Первые опыты по созданию полупроводниковых интегральных схем были осуществлены в 1953 г., а промышленное производство интегральных схем началось в 1959 г.

В1966 г. был начат выпуск интегральных схем средней степени интеграции (число элементов в одном кристалле до 1000). В 1969 г. были созданы интегральные схемы большой степени интеграции (БИС), содержащие до 10000 элементов в одном кристалле.

В1971 г. были разработаны микропроцессоры, а в 1975 г. – интегральные схемы сверхбольшой степени интеграции (СБИС), содержащие более 10000 элементов в одном кристалле.

Микропроцессором называют построенное на одной или нескольких СБИС программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки информации и управление им. Микропроцессор является центральным элементом микропроцессорной системы (микро-ЭВМ), в которую также входит память и устройства ввода/вывода (внешние устройства).

231

При выборе микросхем для аппаратуры определенного типа необходимо руководствоваться не только функциональным предназначением микросхемы, но и ее характеристиками и параметрами, т.е. величинами, определяющими свойства микросхемы, режим и условия ее работы. Обычно это:

-функциональные параметры микросхемы, определяющие ее возможности;

-параметры рабочего режима, определяющие совокупность условий, необходимых для правильного функционирования микросхемы;

-эксплуатационные характеристики, определяющие уровень воздействия факторов окружающей среды (механических, климатических), не нарушающий нормального функционирования микросхемы в пределах гарантированного ресурса при заданной надежности;

-конструктивные параметры, характеризующие габаритные и присоединительные размеры.

Что касается эксплуатационных характеристик, то они являются об-

щими для всех изделий электронной техники. Конкретные численные значения параметров и указания по применению приводятся в нормативнотехнической документации на изделие и в справочниках.

13.2. Аналоговые интегральные микросхемы

Аналоговые интегральные микросхемы находят применение в аппа-

ратуре связи, телевидения и телеуправления, в аналоговых вычислительных машинах, магнитофонах, в медицинском оборудовании, в измерительных приборах, системах контроля.

Благодаря совершенствованию технологии и методов проектирования номенклатура интегральных микросхем постоянно расширяется. В настоящее время в интегральном исполнении реализуются самые различные аналоговые функциональные элементы и устройства. В большом количестве выпускаются интегральные микросхемы для различных по назначению и функциональным возможностям генераторов, детекторов, модуляторов, преобразователей, усилителей, коммутаторов, ключей, фильтров, вторичных источников питания, схем селекции и сравнения, а также многофункциональные микросхемы и микросхемы, представляющие собой наборы элементов.

Аналоговые микросхемы, так же как и цифровые, выпускаются сериями.

232

Серии существенно различаются по областям преимущественного применения, функциональному составу и количеству входящих в них интегральных микросхем.

Основными признаками при разделении ИМС на серии являются:

-технология изготовления;

-степень совершенства технологии производства (в последнее время наиболее часто используется понятие минимального разрешения в технологии изготовления – микронное, нанометровое);

Частные признаки:

-электрические и энергетические характеристики;

-климатическое исполнение;

-другие.

Большая группа серий предназначена в основном для создания приемопередающей аппаратуры радиосвязи, выпускаются серии для телевизионной аппаратуры, магнитофонов, электрофонов и линейно-импульсных устройств. Все эти серии условно можно подразделить на функционально полные и функционально неполные. Функционально полные состоят из широкого круга специализированных микросхем, относящихся к разным функциональным подгруппам. Каждая из этих серий позволяет создать практически все реализуемые сейчас в микроэлектронном исполнении узлы таких устройств, как радиоприемники, телевизоры и подобные им по сложности.

Функционально неполные серии состоят из небольшого числа специализированных микросхем. Они предназначены в основном для создания отдельных трактов аналоговой аппаратуры.

Кроме серий специализированного назначения промышленность выпускает широкий круг серий, микросхемы которых одинаково успешно могут применяться для создания отдельных узлов аппаратуры различных классов.

Для характеристики микросхем различных серий и для сравнительной оценки микросхем, относящихся к одному виду, в основном используют совокупности функциональных параметров. Однако в инженерной и радиолюбительской практике важную роль играют и такие факторы, как напряжение питания, конструктивное оформление, масса, предельно допустимые условия эксплуатации микросхем. В ряде случаев именно они имеют решающее значение при выборе элементной базы для конкретной аппаратуры.

Для питания микросхем используется широкая градация номинальных значений напряжений положительной и отрицательной полярности.

233

При этом допуск в большинстве случаев составляет ±10 %. Различие по величине питающих напряжений во многих практических случаях затрудняет или делает невозможным использование в одном устройстве микросхем различных серий, даже если они отвечают требованиям по основным функциональным параметрам.

Разнообразно конструктивное оформление микросхем различных серий. Они отличаются по форме, размерам, материалу корпусов, количеству и типу выводов, массе и т.д.

По предельно допустимым условиям эксплуатации микросхемы разных серий существенно отличаются друг от друга.

Имеется существенное различие по температурному диапазону применения аналоговых микросхем. Очевидно, что микросхемы, характеризуемые нижним пределом температурного диапазона –10 или –25 °С, не могут быть рекомендованы для применения в аппаратуре, предназначенной для работы в зимних условиях. В отдельных случаях серьезные ограничения накладывает верхняя граница +50 или +55 °С.

По устойчивости к механическим нагрузкам микросхемы различных серий близки друг к другу. Большинство микросхем выдерживает вибрационную нагрузку в диапазоне от 1 до 600 Гц с ускорением 10 g.

13.3. Классификация микросхем по функциональному признаку, система обозначений. Функциональная классификация микросхем

Функциональная классификация интегральных микросхем определена ГОСТ 18682-73. Интегральные микросхемы по роду выполняемой функции разбиваются на подгруппы (усилители, преобразователи, триггеры и т.д.); внутри каждой подгруппы микросхемы подразделяются по виду выполняемой функции (УВЧ, преобразователи фазы, RS-триггеры и т.д.). В соответствии с функциональной классификацией микросхемам присваиваются определенные наименования (табл. 13.1).

236

Система обозначений

Условное обозначение интегральных микросхем включает в себя основные классификационные признаки. (Пример маркировки микросхемы показан на рис. 13.4.) Она состоит из четырех основных элементов.

238

Рис 13.4. Маркировка микросхем

Первый элемент – цифра, соответствующая конструктивнотехнологической группе. Цифрами 1, 5, 6 и 7 в первом элементе обозначаются полупроводниковые интегральные микросхемы. Гибридным микросхемам присвоены цифры 2, 4 и 8. Пленочные, вакуумные и керамические интегральные микросхемы обозначаются цифрой 3.

Второй элемент, определяющий порядковый номер разработки серии, состоит из двух (от 00 до 99) или трех (от 000 до 999) цифр.

Третий элемент, обозначающий подгруппу и вид микросхемы, состоит из двух букв (см. табл. 13.1).

Четвертый элемент, обозначающий порядковый номер разработки микросхемы данной серии, состоит из одной или нескольких цифр.

К этим основным элементам обозначений микросхем могут добавляться и другие классификационные признаки. Дополнительная буква в начале четырехэлементного обозначения указывает на особенность конструктивного исполнения:

Р – пластмассовый корпус типа ДИП; А – пластмассовый планарный корпус;

Е – металлополимерный корпус типа ДИП; С – стеклокерамический корпус типа ДИП; И – стеклокерамический планарный корпус; Н – керамический «безвыводной» корпус.

В начале обозначения для микросхем, используемых в условиях широкого применения, приводится буква К.

239

Серии бескорпусных полупроводниковых микросхем начинаются с цифры 7, а бескорпусные аналоги корпусных микросхем обозначаются буквой Б перед указанием серии.

Через дефис после обозначения указывается цифра, характеризующая модификацию конструктивного исполнения: 1 – с гибкими выводами; 2 – с ленточными (паучковыми) выводами, в том числе на полиамидном носителе; 3 – с жесткими выводами; 4 – на общей пластине (неразделенные); 5 – разделенные без потери ориентировки (наклеенные на пленку); 6 – с контактными площадками без выводов.

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЗАРУБЕЖНЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

За рубежом существуют различные системы кодирования (обозначения) ИМС, действующие как в международном масштабе, так и внутри отдельных стран и фирм.

В европейских странах система кодирования ИМС аналогична системе, принятой для кодирования дискретных полупроводниковых приборов, и используется примерно 40 фирмами различных стран (Англии, Бельгии, Италии, Испании, Нидерландов, Швеции, Германии), выпускающими полупроводники. Основные принципы кодирования, по которым обозначения присваиваются организацией Association International Pro Electron, приводятся ниже.

Код состоит из трех букв, за которыми следует серийный номер (на-

пример, ТВА810, SAB2000).

Первая буква (для одиночных схем) отражает принцип преобразования сигнала в схеме: S – цифровая схема; Т – аналоговая схема; U – смешанная аналого-цифровая схема.

Вторая буква не имеет специального значения (выбирается фирмойизготовителем), за исключением буквы Н, которой обозначаются гибридные схемы.

Для серий (семейств) цифровых схем первые две буквы обозначают: FL, F2, GD – цифровые схемы;

GA – маломощные ТТЛ-схемы;

GF – стандартные ТТЛ-схемы;

240