2.5. Вибір і обґрунтування елементної бази

Розвиток мікроелектроніки за останній час сприяв появі малогабаритних, високонадійних і економічних обчислювальних пристроїв на основі цифрових ІС. Постійне підвищення вимог до збільшення швидкодії і зменшенню потужності споживання обчислювальних засобів привело до створення різних біполярних ЦІС, розробка яких, як правило, проводиться серіями.

Серія являє собою комплект ИС, що мають єдине схемне і конструктивно-технологічне виконання. До складу серій, поряд з комбінаційними схемами, що виконують прості логічні функції, і тригерними схемами (елементи пам'яті), входять також ІС, що представляють собою цілі вузли і блоки арифметичних пристроїв.

Випускаються електронною промисловістю серії біполярних ЦІС по типах базових електронних ключів розділені на схеми:

- резистивно-транзисторної логіки (РТЛ);

- діодно-транзисторної логіки (ДТЛ);

- резистивно-ємкостної транзисторної логіки (РЄТЛ);

- транзисторно-транзисторної логіки (ТТЛ);

- емітерно-зв'язаної транзисторної логіки (ЕЗТЛ).

У цих позначеннях словом логіка заміняється поняття електронний ключ.

Поряд з біполярними схемами одержали широке поширення цифрові ІС на Моп-структурах (на транзисторах р-типа зі збагаченим каналом, Кмоп-схеми на доповнюючих транзисторах і ін.), а також схеми з базовим ключем інтегрально-інжекційної логіки (ІІЛ).

Серії РТЛ-, РЄТЛ- і Дтл-типів, хоча і продовжують випускатися промисловістю, але використовуються для комплектації серійної радіоелектронної апаратури і не застосовуються в нових розробках. Найбільш широке поширення в сучасній апаратурі одержали серії ІС ТТЛ, ЕЗТЛ, ІІЛ і схеми на Моп-структурах. Досвід показав, що ці типи ЦІС відрізняються кращими електричними параметрами, зручні в застосуванні, мають більш високий рівень інтеграції і володіють великою функціональною розмаїтістю.

Вибір елементної бази полягає в обґрунтуванні застосування в пристрої тих або інших елементів, які серійно випускаються промисловістю. Вибір здійснюється на основі аналізу структурної схеми, що дозволяє визначити вимоги до елементів, що забезпечують задане функціонування. Перевагу варто віддавати тим елементам, що задовольняють технічним вимогам (надійність, швидкодія, споживана потужність, навантажувальна здатність, умови потенційного узгодження і т.д.) і є доступними і відносно дешевими. З метою уніфікації пристрою доцільно ширше використовувати однотипні елементи.

На підставі аналізу розробленої структурної схеми модуля і типу використовуваного мікропроцесора, спочатку необхідно обґрунтувати вибір типу базового ключа, а потім приступити до вибору й обґрунтування застосування конкретної серії ІС, що мається в номенклатурі, яка серійно випускається.

Для приклада розглянемо кілька різновидів серій ТТЛ. Це:

- стандартні серії - 133, К155 (функціональні аналоги серій SN54/74, розроблених фірмою Texas Іnstruments);

- серії з високою швидкодією - 130, К131 (функціональні аналоги серій SN54H/74H, тут Н позначає підвищену швидкодію);

- мікропотужна серія 134 (функціональні аналоги серій SN54L/74L, тут L позначає малу споживану потужність);

- серії з діодами Шоттки - 530, К531 (функціональні аналоги серій SN54S/74S, тут S позначає наявність у схемах діодів Шоттки);

- мікропотужна серія з діодами Шоттки КР1533 (функціональний аналог SN74LS);

- удосконалена серія з високою швидкодією і малим споживанням потужності К1531 (функціональний аналог 54F/74F, тут F означає FAST-удосконалені ТТЛШ фірми Faіrchіld).

- удосконалена мікропотужна серія з діодами Шоттки К1533 (функціональний аналог SN54ALS/74ALS).

До числа основних електричних параметрів, що досить повно характеризують усі схеми Ттл-типу і дозволяють порівнювати їх між собою, відносяться: швидкодія, споживана потужність, навантажувальна здатність, перешкодостійкість і коефіцієнт об'єднання по входу. До цих параметрів варто додати також величину логічних рівнів, тому що вони визначають можливість спільної роботи мікросхем різних серій. Ці рівні важливо знати при сполученні сигналів ІС ТТЛ із сигналами інших цифрових і аналогових схем.

Логічні елементи ТТЛ володіють великою навантажувальною здатністю (Кроз = 10). Великі вихідні і, порівняно, невисокі вхідні струми сприяють гарному узгодженню схем між собою. Як правило, до складу серій ТТЛ включаються схема з відкритим колекторним виходом і логічний елемент із великим коефіцієнтом розгалуження по виходу (підвищеною навантажувальною здатністю). Безпосередня електрична сумісність дозволяє зменшити число джерел живлення і виключає необхідність розробки спеціальних схем узгодження рівнів.

При розробці апаратури необхідно враховувати також гранично припустимі режими експлуатації ІС, перевищення яких може привести до виходу ІС з ладу.

Аналогічним образом вибирається й аналогова елементна база.