1.7 Інтегральні мікросхеми

1.7.1 Загальні положення

Елементи комп’ютерів класифікують за такими принципами:

• фізичні прилади, що використовуються;

• виду інформаційних сигналів;

• функціональному призначенню;

• конструктивно-технологічному виготовленню;

• рівню і ступеню складності.

За типом фізичних приладів розрізняють такі елементи: побудовані на електронних лампах – перше покоління; на транзисторах – друге покоління; на ІМС малого і середнього ступеню інтеграції третє покоління; на великих і надвеликих ІМС – четверте покоління.

По виду інформаційних сигналів виділяють;

• потенціальні елементи – використовуються тільки потенціальні сигнали;

• імпульсні елементи - використовуються тільки імпульсні сигнали;

• потенціально-імпульсні елементи – використовують потенціальні і імпульсні сигнали.

По конструктивно-тхнологічному виготовленню елементну базу сучасної комп’ютерної схемотехніки складають інтегральні мікросхеми.

Інтегральна мікросхема (ІМС ) - мікроелектронний виріб, що має не менше п'яти активних (транзистори, діоди) і пасивних (резистори, конденсатори, дроселі) елементів, які виготовляються в єдиному технологічному процесі, електрично зв'язані між собою, об'єднані в загальний корпус і являють собою нероздільне ціле.

За технологією виготовлення розділяють напівпровідникові й гібридні інтегральні мікросхеми.

Напівпровідникова інтегральна мікросхема — ІМС , всі елементи й міжелементні з'єднання якої зроблені в обємі й на поверхні напівпровідника.

Гібридна інтегральна мікросхема — ІМС , пасивні елементи якої зроблені шляхом нанесення різних плівок на поверхні діелектричної пластини зі скла, кераміки, а активні елементи — безкорпусні напівпровідникові прилади.

У напівпровідникових інтегральних мікросхемах у ролі активних елементів використовують біполярні або польові транзистори. У зв'язку з цим ІМС підрозділяють на біполярні і на МДН-мікросхеми.

У біполярних мікросхемах використовуються майже винятково транзистори типу . Пасивні елементи в біполярних мікросхемах виготовляють на основі переходів (діод, конденсатор) і шарів напівпровідника (резистори).

У МДН-мікросхемах переважно одержали поширення польові транзистори з індукованим каналом.

При відповідному включенні МДН-транзистори можуть бути застосовані як резистори.

По ступені інтеграції мікросхеми підрозділяються: мала інтегральна мікросхема (до 100 елементів); середня інтегральна мікросхема (до 1000 елементів); велика інтегральна мікросхема – БІС (до 10000 елементів); над велика інтегральна мікросхема (більше 10000 елементів).

Інтегральні мікросхеми призначені для вирішення різноманітних завдань. Відповідно до функціонального призначення, інтегральні мікросхеми підрозділяють на логічні елементи, підсилювачі, генератори. У загальному виді їх можна розділити на два великих класи: цифрові та аналогові (лінійні) мікросхеми.

До лінійних мікросхем відносяться ІМС , які забезпечують приблизну пропорційну залежність між вхідними й вихідними сигналами. Для лінійних ІМС головними функціональними параметрами є коефіцієнт підсилення по напрузі К, вхідний опір , максимальна вихідна напруга , максимальний вхідний струм і частотний діапазон.

Цифрові мікросхеми, як правило, представляють прилад з декількома входами й виходами. У них як вхідна, так і вихідну напругу можуть приймати тільки відповідні значення, при цьому вхідна напруга залежить від наявності або відсутності напруги на різних входах приладу. Головними параметрами цифрових ІМС є вхідна й вихідна напруга, швидкодія й навантажувальна здатність.

Набір цифрових мікросхем із загальними конструктивно-технологічними і схемотехнічними ознаками утворюють серію ІМС. В комп’ютерній схемотехніці широко застосовуються цифрові напівпровідникові корпусні ІМС на основі кремнію і арсеніду галія.

Складність мікросхем характеризується рівнем інтеграції N, ступенем інтеграції K=lgN і ступенем функціональної складності F=lgL, де N – число компонентів, комп.; L – число двоходових логічних елементів.

Мала інтегральна мікросхема містить до 100 комп.; середня – 100-1000 комп.; велика – до 100000 комп.; надвелика – до 1 млн.комп, а ультра велика – до 10 млн.комп. На малих ІМС будують елементи, на середніх – реалізують типові вузли, на великих, над великих і ультра великих – забезпечується будова мікропроцесорів і мікрокомп’ютерів.

Враховуючи вищевикладене можна сказати, що система елементів представляє собою функціонально і технічно повний набір елементів, який використовує однакові способи представлення інформації, а також має загальні конструктивно-технологічні характеристики.

Контрольні питання

1. Дайте визначення ІМС.

2. Наведіть класифікацію ІМС.

3. Дайте визначення напівпровідникових ІМС.

4. Дайте визначення гібридних ІМС.

5. Дайте визначення біполярних напівпровідникових ІМС.

6. Дайте визначення напівпровідникових МДН ІМС.

7. Класифікація ІМС по ступені інтеграції.

8. Охарактеризуйте ІМС малого ступеня інтеграції.

9. Охарактеризуйте ІМС середнього ступеня інтеграції.

10. Охарактеризуйте ІМС великого ступеня інтеграції.

11. Наведіть класифікацію ІМС по функціональному призначенню.

12. Охарактеризуйте лінійні ІМС.

13. Наведіть параметри лінійних ІМС.

14. Охарактеризуйте цифрові ІМС.

15. Наведіть параметри цифрових ІМС.