Загальні вимоги до логічних імс

Логічні ІМС реалізуються на основі логічних вентилів, число яких визначається функцією, виконуваною мікросхемою. З розвитком технологічної бази мікроелектроніки розширилася номенклатура ІМС, що випускалися, - від простих (на декількох вентилях) до вузлів обчислювальних пристроїв.

Характеристики логічних ІМС визначаються набором електричних і експлуатаційних параметрів, обумовлених внутрішньою структурою н конструктивним виконанням мікросхем. Деякі з цих параметрів характерні для конкретних мікросхем, інші - для усіх виробів цієї серії ІМС. Виготівники мікросхем зазвичай гарантують нормальне функціонування ІМС за умови, якщо значення параметрів відповідають технічним умовам (ТУ) на мікросхему (виріб).

Серед основних класифікаційних параметрів ІМС, можна виділити наступні: швидкодію, коефіцієнти об'єднання по входу і виходу, коефіцієнт розгалуження по виходу, завадостійка, споживану потужність, енергію (роботу перемикання), номінальну величину і допустимі відхилення напруги живлення та ін.

Швидкодія характеризується максимальною граничною частотою зміни вхідних сигналів, при якій забезпечується нормальне функціонування ІМС. Швидкодія оцінюється по різних параметрах, найчастіше по затримці поширення сигналу (це інтервал часу між вхідними і вихідними імпульсами ІМС, виміряними на рівні 0,5).

Оскільки в реальних ІМС значення часу затримки поширення сигналу при включенні н виключенні розрізняються, використовують усереднений параметр (середній час затримки поширення), що представляє напівсуму часу затримки при включенні і виключенні ІМС. Для тригерних і последовательностных схем знаходять застосування також специфічні параметри: час затримки перемикання, максимальна частота перемикання. Швидкодію мікропроцесорних ІМС можна визначити наступними характеристиками: кількістю виконуваних операції в одиницю часу (зазвичай секунду, максимальною тактовою частотою, часом циклу, часом виконання операції з даними, що зберігаються в акумуляторі, та ін.

Коефіцієнт об'єднання по входу визначає число входів мікросхем, по яких реалізується логічна функція І (ЧИ).

Коефіцієнт об'єднання по виходу характеризує число однотипних мікросхем, які можна об'єднати виходами для створення додаткової логічної функції АБО.

Коефіцієнтом розгалуження по виходу є число одиничних навантажень, які можна одночасно підключити до виходу мікросхеми.

Важливими електричними параметрами, що визначають вид організації обміну інформацією і здатність навантаження, для мікропроцесорних ІМС являються кількість і амплітуди імпульсів сиихросерий, вхідна і вихідна місткості, опір навантаження.

Завадостійка характеризує максимальне значення напруги статичної перешкоди на вході, при якому залишається незмінним логічний стан ІМС. Розрізняють завадостійку по низькому і високому рівням (відповідно при логічному нулі і одиниці на вході). При дії короткочасних перешкод виділяють також динамічну завадостійку, яка із-за паразитних місткостей виявляється вище за статичну. Динамічна завадостійка визначається не лише типом ІМС. але і значною мірою умовами її функціонування в ТС ЕОМ.

Споживана потужність дорівнює сумарній потужності, споживаною ІМС. Енергія (робота) перемикання визначається як твір споживаної потужності на середній час затримки поширення сигналу. Енергія перемикання характеризує якість розробки осередку схемотехніки і конструктивно - технологічній реалізації ІМС.

У таблиці 1.1 приведені основні характеристики серій логічних ІМС, які знаходять застосування як елементну базу сучасних ЕОМ.

Таблиця 1.1

Серії мікросхем ТТЛ розрізняються швидкодією, споживаною потужністю, температурним діапазоном, допустимим відхиленням живлення, типом корпусу.

Усі серії ІМС твань ТТЛ живляться від одного джерела живлення напругою 5В і узгоджуються між собою по вхідних і вихідних рівнях при певному коефіцієнті розгалуження, тобто передбачається можливість безпосереднього під'єднування ІМС різних серіїв. Подібне дозволяє використовувати спільно різні за характеристиками ІМС для оптимізації конструктивних модулів ТС ЭВМ по основних електричних параметрах - швидкодії і споживаній потужності.

Серії мікросхем ТТЛ - серіїв можна виділити ряд функціональних груп : схеми елементарні логічні, селекторы - мультиплексори, дешифратори, шифратори, тригери, лічильники, регістри, суматори, формувачі і генератори імпульсів, схеми приймальний - передавальні і арифметико - логічні.

Питання:

Які ІС частіше всього використовуються?

Які загальні вимоги до логічних ІМС?

Перерахуйте основні характеристики серій логічних ІМС?

Література:

Тилл У., Лаксон Дж. Интегральные схемы:

Материалы, приборы, изготовление: Пер. с англ. / Под ред.

М.В.Гальперина. - Москва: Мир, 1985. - 504 с.

Лекція №10

Конструкція плівкових та гібридних ІМС

План

Конструкція плівкових ІМС

Виготовлення гібридних ІМС

Підкладки плівкових інтегральних мікросхем

У плівкових інтегральних мікросхемах елементи реалізуються у вигляді плівок різної конфігурації з різних матеріалів. В залежності від товщини плівок, які використовуються, та способу їх нанесення розрізняють тонкоплівкові та товстоплівкові інтегральні мікросхеми. Усі елементи плівкової ІМС та з’єднання між ними наносять в необхідній послідовності та конфігурації через трафарети на нагріту відполіровану підкладку (найчастіше керамічну). ІМС, в яких пасивні елементи ( резистори, конденсатори) виконані у вигляді плівок, а активними є напівпровідникові прилади або кристали мікросхем, називають гібридними (рис. 1 а). У даний час не існує стабільних плівкових елементів (діодів, транзисторів), оскільки виникають великі труднощі при виготовленні якісних монокрис-талічних напівпровідникових плівок. Так, наприклад, монокристалічні напівпровідникові плівки, одержані напиленням у вакуумі, незважаючи на заходи, що вживаються, завжди містять небажані домішки, які призводять до нестабільності і короткого терміну служби активних елементів.

Рисунок 1 - Структура гібридної інтегральної мікросхеми (а),

загальний вигляд товстоплівкової ІМС (б)

При виготовленні гібридних ІМС активні елементи розміщують на платі з пасивними елементами - тонко-С плівковій або товстоплівковій ІМС. Активними елементами гібридної ІМС є дискретні напівпровід-никові мініатюрні елементи ( діоди і транзистори), а також діодні і транзисторні матриці. Активні елементи для гібридних ІМС застосовують або безкорпусними, поверхня яких захищена за допомогою спеціальних захисних покриттів (лак, емаль, смола, компаунд та ін.), або в мініатюрних металевих корпусах. Найбільш поширеною є конструкція товстоплівкової інтегральної мікросхеми, яка являє собою кераміч-ну підкладку з пасивними та активними елементами з необхідною кількістю виводів, закриту з боку елект-ричної схеми металевим колпачком та залиту із зворот-ного боку ізолюючим компаундом (рис. 1 б). Основні переваги товстоплівкових ІМС- невеликі витрати при експлуатації обладнання та можливість виготовлення резисторів великих номіналів. Недоліком мікросхем на товстих плівках є труднощі при одержанні конденсаторів великої ємності (c ≥ 0,2 мкмФ/см2). Перевагами гібридних ІМС є: можливість створення широкого класу цифрових та аналогових мікросхем при короткому циклі їх розробки; універсальність методу конструювання мікросхем, яка дозволяє застосовувати безкорпусні ІМС, МДН-прилади, діодні та транзисторні матриці як активні елементи; високий процент виходу придатних мікросхем.

Підкладки плівкових інтегральних мікросхем

Підкладки в технології виготовлення та конструюванні плівкових та гібридних інтегральних мікросхем в мікрозборках відіграють дуже важливу роль. Підкладки є основою для групового формування на них С ІМС, головним елементом ІМС і мікрозборок, які виконують роль механічної опори, забезпечують тепловідвід та електричну ізоляцію елементів. Підкладка - це заготовка для нанесення елементів гібридних та плівкових ІМС,міжелементних або міжком- понентних з’єднань, а також контактних площинок. Матеріал, геометричні розміри та стан поверхні визначають якість елементів, які формуються, та надій-ність функціювання ІМС та мікрозбирань. Різноманітні способи формування плівкових елементів, монтажу та збирання, а також різноманітність функцій, які виконують гібридні ІМС, диктують різноманітні та суперечливі вимоги до підкладок. Матеріал підкладки повинен мати:

1. високий питомий електричний опір ізоляції, низьку діелектричну проникність та малий тангенс кута діелектричних втрат, високу електричну міцність для забезпечення якості електричної ізоляції елементів та компонентів як на постійному струмі, так і в широкому діапазоні частот;

2) високу механічну міцність в малих товщинах;

3) високий коефіцієнт теплопровідності для ефективної передачі теплоти від тепловидільних елементів та компонентів до корпусу ( для ІМС) або елементів конструкції блока (для мікрозбирань);

4) високу хімічну інертність до осаджених матеріалів для зменшення нестабільності параметрів плівкових елементів, зумовленої фізико-хімічними процесами на межі плівка - підкладка;

5) високу фізичну та хімічну стійкість до високої температури в процесі нанесення тонких плівок, термообробки при формуванні товстих плівок та зборки ІМС; С

6) стійкість до хімічних реактивів при електрохімічних та хімічних методах обробки та формування плівкових елементів;

7) мінімальне газовиділення у вакуумі для уникнення забруднення плівок, які наносяться;

8) здатність до гарної механічної обробки (полірування поверхні, різання). Крім того, матеріал підкладки повинен мати температурний коефіцієнт лінійного розширення ( ТК l), близький до ТК l плівок, які напилюються для забез- печення достатньо малих механічних напружень в плівках, бути недефіцитним і недорогим.

Структура матеріалу підкладки та стан її поверхні має суттєвий вплив на структуру плівок та параметри плівкових елементів. Для забезпечення високої надійності плівкових елементів підкладки повинні мати мінімальну шорсткість поверхні, бути без пор і тріщин. Так, при нанесенні тонких плівок товщиною до 100 нм припустима висота нерівностей не повинна перевищу-вати 25 нм, що відповідає 14-му класу чистоти поверхні підкладок для тонкоплівкових ІМС. Товсті плівки наносять товщиною до 50 мкм, тому підкладки для товстоплівкових ІМС можуть мати нерівності до 2 мкм, що відповідає 8-му класу чистоти. Останнім часом немає такого матеріалу для підкладок, який би в однаковій мірі задовольняв різноманітні вимоги. Багато органічних матеріалів не можуть бути використані як матеріал для підкладок, тому що виготовлення плівкових елементів мікросхем проводиться у вакуумі та при підвищених температурах. Виняток - лавсан ( полімерний матеріал). Тому для виготовлення підкладок використовують в основному скло, кераміку, ситал та фотоситал. Скло. Найкращими для підкладок є боросилікатні та алюмосилікатні сорти скла. Шляхом листового прокату цих С сортів скла одержують досить гладку поверхню без полірування. Полірування зменшує мікронерівності (менше 10 нм), але воно значно дорожче, ніж листовий прокат. Крім того, при поліруванні скляних підкладок можуть погіршитися їх поверхневі власти-вості. Недолік підкладок із скла - мала теплопровідність, що не дозволяє застосовувати їх при підвищеному нагріві. При інтенсивному нагріві використовують скло «Пирекс», кварц та кварцове скло. Кераміка. Керамічними матеріалами для підкладок тонкоплівкових та товстоплівкових мікросхем є кераміка на основі окису алюмінію, кераміка «Поликор» та берилієва кераміка. Важливою перевагою керамічних підкладок у порівнянні із скляними є їх висока теплопровідність. Так, наприклад, кераміка на основі окису берилію має в 200 - 250 разів більшу теплопровідність, ніж скло. Однак навіть незначна добавка деяких домішок ( наприклад, окису алюмінію) різко зменшує теплопровідність кераміки. До недоліків кераміки слід віднести значну шорсткість поверхні. Мікронерівності необробленої кераміки можуть складати декілька тисяч ангстремів і дуже зменшуються після полірування. Однак полірування може забруднити поверхню та змінити властивості кераміки. Суттєве зниження шорсткості досягається глазуруванням поверхні кераміки тонким шаром спеціального скла або тонким шаром окису танталу. При цьому висока теплопровідність керамічної основи поєднується з гладкою поверхнею скляної глазурі. Ситал. Ситал - склокерамічний матеріал, який одер- жують шляхом термообробки (кристалізації) скла. За своїми властивостями ситал перевершує скло. Він добре обробляється: його можна пресувати, витягувати, прокатувати та відливати центробіжним способом. Ситал витримує в повітряному середовищі різкі перепади температури від -60 до +700 о С. Він має високий електричний опір, який зменшується з підви-щенням температури. За електричною міцністю ситал не поступається кращим сортам вакуумної кераміки, а за механічною міцністю він в два-три рази міцніше за скло. Ситал має високу хімічну стійкість до кислот, не пористий, дає незначну усадку, газонепроникний і має малу газовіддачу при високих температурах. Фотоситал. Фотоситал - матеріал, який одержують шляхом кристалізації світлочутливого скла. Він склада- ється з SiO (75%), Li 2O (11,5%), Al 2O 3 (10%) та K 2O (3,5%) з невеликими добавками Ag 2NO 3 та CeO 2. Фотоситал є стійким до кислот, він має високу механічну та термічну стійкість, його теплопровідність в декілька разів більша, ніж у ситалу.

Питання:

З чого роблять плівкові ІМС?

Як виготовляють гібридні ІМС?

Які особливлсті плівкових інтегральних мікросхем?

Література:

Блех А., Селло Х., Грегор Л.В. Тонкие пленки в интегральных схемах // Технология тонких пленок. - Т.2

Лекція №11

ВЕЛИКІ ІНТЕГРАЛЬНІ СХЕМИ (ВІС)

План

Загальна характеристика та основні параметри ВІС

Класифікація та сфери застосування ВІС

Загальна характеристика та основні параметри ВІС

Основною тенденцією інтегральної мікроелектроніки є підвищення ступеня інтеграції мікросхем. Поряд з цим зростає функціональна складність ІМС. Для сучасної мікроелектроніки характерна комплексна інтеграція: технологічних процесів, елементів на підкладці, схемних функцій у межах єдиної структурної одиниці, нових фізичних явищ, методів проектування й етапів процесу створення мікросхем. Збільшення ступеня інтеграції пов'язано зі зменшенням розмірів активних і пасивних елементів, удосконаленням технології виготовлення й обробки підкладок великих розмірів, використанням нових активних елементів, які мають технологічні та функціональні переваги і підвищену надійність. Збільшення числа елементів і зростання функціональної густини обумовили створення мікро-схем з високим ступенем інтеграції - великих інтегральних схем (ВІС). Основними параметрами, що характеризують конструктивно-технологічні і схематичні особливості ВІС, є ступінь інтеграції, функціональна складність, інтегральна густина, функціональна густина і інформаційна складність. Функціональна складність - середнє число перетво- рень у мікросхемі, що припадають на одну змінну:

,

де - кількість однокаскадних логічних елементів в інтегральній мікросхемі; - кількість розгалужень на виході кожного і-го каскаду; n - кількість змінних, поданих на входи інтегральної мікросхеми.

Інтегральна густина - кількість елементів, які припадають на одиницю площі ВІС:

Функціональна густина - кількість перетворень з однією змінною, які припадають на одиницю площі ВІС:

Інформаційна складність - середня кількість елементів у ВІС, які припадають на перетворення однієї змінної:

Великі інтегральні схеми є складними мікросхемами. В їх об’ємі реалізуються блоки, вузли та навіть електронні пристрої. Тому ВІС не мають широкої універсаль-ності та використовуються в основному для конкретних типів апаратури.

Класифікація та сфери застосування ВІС

Перехід до великих інтегральних схем вимагає нових якісних змін у конструюванні радіоелектронної апаратури. Виготовлення в єдиному технологічному процесі складного функціонального вузла дозволяє робити найкращу оптимізацію його параметрів, тому що ведеться розрахунок не окремих моментів, а вузла в цілому. Об'єднання елементів у ВІС підвищує швидкодія вузлів, зменшує їх сприйнятливість до перешкод: скорочується затримка передачі сигналу, досягається добрий захист елементів від зовнішніх перешкод. Крім підвищення ступеня інтеграції в межах конструктивно оформленої мікросхеми, ВІС дає можливість одержати більш високі якісні показники і велику надійність радіоелектронних пристроїв при менших витратах. Підвищення надійності ВІС досягається шляхом зменшення числа з'єднань у межах одного реалізованого вузла і скорочення кількості технологічних операцій. Зниження вартості ВІС у порівнянні з вузлами на звичайних мікросхемах обумовлюється прогресом технології, що дозволяє збільшувати ступінь інтеграції, і зменшенням обсягу монтажних робіт. За видом інформації, яка обробляється, ВІС можна класифікувати на цифрові й аналогові. Цифрові ВІС використовують у пристроях обробки інформації, до яких відносять напівпровідникові запам'ятовувальні пристрої, багаторозрядні регістри, лічильники, суматори й ін. Прикладами аналогових ВІС є перетворювачі напруга - код і код - напруга, блоки апаратури зв'язку (тракти високої і проміжної частот, формувачі сигналів, багатокаскадні схеми радіопристроїв і т.д.). За ступенем застосованості в розробках апаратури розрізняють ВІС загального і спеціального призначен-ня. Прикладами цифрових ВІС загального призначення є різні напівпровідникові запам'ятовувальні пристрої, регістри, дешифратори, субсистеми і спеціальні обчислювачі. Аналогові ВІС загального призначення - це субсистеми взаємного перетворення напруги в код, прецизійні операційні підсилювачі вищого класу, підсилювачі для високоякісного відтворення звуку, НВЧ-субсистеми модулів для фазованих антенних решіток та інші пристрої. До аналогових ВІС спеціального призначення відносяться підсилювальні тракти радіоприймальних і радіопередавальних пристроїв на фіксовані частоти, формувачі частот з послідовності, обумовленої частотами генераторів, що задають, чи зовнішньою тактовою частотою, інші субсистеми. Найбільше застосовуються ВІС в обчислювальних системах із продуктивністю порядку декількох мільйонів операцій за секунду, де використовують в основному напівпровідникові і гібридні ВІС. Розвиток ВІС відбувається в напрямку збільшення ступеня їхньої інтеграції і створення надвеликих інтегральних мікросхем (НВІС). Кількість функціональних елементів у них може складати кілька тисяч і навіть десятків тисяч. Багатокристальні НВІС можуть поєднувати в одному корпусі кілька кристалів ВІС і дискретних безкорпусних активних елементів, що утворять, наприклад, всю електронну частину обчислювальної машини. При розробленні таких мікросхем вирішують задачі не тільки схемотехніки, але й системотехніки.

Питання:

Які основні параметри, котрі характеризують конструктивно-технологічні і схематичні особливості ВІС?

Де застосовують ВІС?

Література:

Агаханян Т.М. Интегральные микросхемы. - Москва: Высшая школа, 1983. - 464 с.

Лекція №12

Особливості конструкції великих напівпровідникових мікросхем

План

Загальна інформація про конструкцію напіпровідникових ВІС

Особливості конструкції гібридних ВІС

Надійність інтегральних мікросхем

Конструкція напівпровідникових ВІС визначається типом використовуваних активних елементів і їх структурою, кількістю рівнів і методом створення системи внутрішньосхемних міжз′єднань, а також типом корпусу, причому від конструктивних способів реалізації ВІС залежать їх схемотехнічні можливості. Основними активними елементами, на базі яких створюються сучасні ВІС, є біполярні транзистори планарно- епітаксіального типу (БT) та МДН-транзистори (МДНТ). Найбільшого поширення дістали ВІС на основі МДН - транзисторів, що обумовлено їх унікальними властивостями і можливістю збільшення ступеня інтеграції. Порівняння ВІС однакового функціонального призначення на БТ і МДНТ показує, що за електричними параметрами - швидкодією і добротністю ( відношення швидкодії до споживаної потужності) - схеми на біполярних транзисторах перевершують схеми на МДН-транзисторах. Однак площа, займана МДНТ разом з контактними площадками, приблизно в 5 разів менша від площі БТ. Великі інтегральні мікросхеми на МДН-транзисторах мають ряд переваг перед ВІМС на біполярних транзисторах, а саме: значно менші розміри активних елементів; низький рівень розсіюваної потужності; додаткові схемотехнічні можливості; простота технології виготовлення МДН-структур. Наведемо приклад. Велика інтегральна мікросхема процесора кишенькового мікрокалькулятора на МДН - структурах містить 3400 елементів на кристалі розміром 5,2х5,2 мм. ВІС запам'ятовувального пристрою цього калькулятора реалізована на кристалі розміром 3х2,5 мм з кількістю елементів 1490. Технологія виготовлення напівпровідникових ВІС базується на стандартних технологічних методах, які використовують у промисловості при виготовленні ІМС- термічному окислюванні кремнію, фотолітографії, дифузії С та епітаксіальному нарощуванні. За допомогою цих методів в об’ємі та на поверхні напівпровідникової пластини створюють активні і пасивні елементи та ізоляцію між ними.

Особливості конструкції гібридних ВІС

Гібридний метод конструювання та виготовлення ВІС полягає в компонуванні двох частин, виконуваних окремо: безкорпусних дискретних елементів та інтегральних мікросхем; плівкової багатошарової комутаційної плати на діелектричній підкладці. Гібридний спосіб створення ВІС є найбільш універсальним, оскільки в ньому поєднуються переваги плівкової і напівпровідникової технології, забезпе-чується можливість використання різних інтегральних мікросхем (напівпровідникових, тонкоплівкових), що розрізняються як за функціональним призначенням, так і за конструктивним виконанням. За надійністю та густиною упакування гібридні ВІС поступаються напівпровідниковим, але за функціональним призначенням і ступенем інтеграції можуть їх перевершувати. Оскільки в гібридних ВІС використовуються ІМС й інші елементи різного функціонального призначення, вони найбільш придатні для побудови неоднорідних аналогових пристроїв, наприклад, перетворювачів напруга - код чи код - напруга. Технологічний процес виготовлення гібридних ВІС значно простіший і дешевший за рахунок застосування структур стандартної конструкції та можливості автоматизації процесу складання. Основним конструктивним елементом гібридних ВІС є комутаційна плата, що являє собою систему багатошарового розведення й утримує в окремих випадках плівкові резистори і конденсатори. Проекту- вання комутаційних плат здійснюють машинними методами, оскільки топологію плівкових провідників С розраховують з урахуванням усіх необхідних схемотехнічних, конструктивних та технологічних параметрів для оптимального розміщення начіпних компонентів і мікросхем. Формування структури гібридної ВІС являє собою складання-монтаж начіпних компонентів і мікросхем на комутаційній платі.

Надійність інтегральних мікросхем

Надійність інтегральної мікросхеми - це її властивість зберігати значення встановлених параметрів функціонування в означених межах, які відповідають заданим режимам та умовам користування, технічного обслуговування, зберігання та транспортування. Це комплексна властивість, яка в залежності від призначення виробу та умов його експлуатування може містити безвідмовність, довговічність, та ремон-топридатність окремо або поєднання цих властивостей як виробу в цілому, так і його частин. При оцінці надійності ІМС використовують такі поняття: - критерій придатності - параметр, за значенням або зміною якого ІМС враховують придатною або такою, що відмовила; - відмова - повна втрата роботоздатності ІМС або відхід одного або декількох параметрів, які були встановлені технічними умовами як критерії придатності, за межі заданих норм; - повна відмова - порушення електричної, механічної або теплової міцності ІМС (коротке замикання, пробій діелектрика, відрив виводу та ін.), а також відхід параметрів за критичні значення, при яких ІМС стає практично нероботоздатною в будь-якому пристрої при допустимих умовах експлуатування; - умовна відмова - відмова, що виникає в результаті поступового відходу одного або декількох параметрів (без утрати роботоздатності мікросхеми) за умовну норму, яка С зазначена в технічних умовах. Розрізняють катастрофічні, поступові та параметричні умовні відмови; - довговічність - властивість ІМС довго ( з можливими у процесі експлуатації перервами) зберігати роботоздат-ність в означених режимах та умовах експлуатації до повного виходу із строю. Календарну тривалість експлуатування мікросхем до повного виходу із строю називають терміном приданості; - інтенсивність відмов - середня кількість відмов за одиницю часу; - ймовірність безвідмовної роботи P(t) - ймовірність того, що за певними умовами експлуатації протягом певного проміжку часу не відбудеться жодної відмови; - ризик замовника β - ймовірність того, що за результатами відбіркового контролю можуть бути взяті ІМС, які не відповідають вимогам технічних умов; - ризик виготовлювача α - ймовірність того, що за результатами відбіркового контролю можуть бути забраковані ІМС, які не відповідають вимогам технічних умов. Важливими показниками надійності ІМС також є : мінімальний наробіток на відмову t н - час роботи ІМС в заданому режимі, в якому відмови практично відсутні; ресурс роботи t γ - час наробітку ІМС до граничного стану; термін зберігання t зб - час, протягом якого ІМС зберігає свої технічні та експлуатаційні показники при зберіганні в спеціальних приміщеннях або апаратурі. Показники t н , t γ , t зб використовують для задання вимог з надійності в технічному завданні та нормативно- технічній документації, у тому числі в технічному паспорті на ІМС. Для інтегральних мікросхем широкого використання встановлені наступні вимоги до показни-ків надійності. Мінімальна ймовірність безвідмовної роботи P(t) при експлуатації в максимально допусти-мому електричному режимі та максимальній температурі протягом 500 годин повинна бути не менше 0,95 для ІМС першого ступеня інтеграції), 0,90 - другого ступеня інтеграції та 0,85 - для ІМС третього ступеня інтеграції. Мінімальний наробіток на відмову повинен складати 10000 годин, термін зберігання ІМС в корпусному виконанні - не менше 6 років, в безкорпусному - не менше 2 років. На надійність ІМС можуть впливати також різка зміна навколишньої температури, вологість середовища, механічні навантаження та радіоактивне випроміню-вання. Постійне відпрацьовування технологічних операцій, удосконалювання корпусного захисту та автоматизація виробничих процесів дозволяють підвищувати надійність інтегральних мікросхем.

Питання:

Які особливості конструкції гібридних ВІС?

В чому полягає надійність мікросхем?

Література:

Сенько В.І., Панасенко М.В., Сенько Є.В. Електроніка і мікросхемотехніка. - Т.1. Елементна база електронних пристроїв. - Київ: Обереги, 2000. -300 с.

Лекція №13

Плівкові резистори і конденсатори

План

Плівкові резистори

Плівкові конденсатори

Плівкові резистори

При виготовленні плівкових резисторів на підкладку наносять резистивні плівки. В залежності від опору резистора, плівка робиться або зі сплаву високого опору (наприклад, ніхрому), або із суміші металу з керамікою (кермету). На кінцях резистивної плівки роблять виводи у вигляді металевих плівок, що разом з тим є лініями, що з'єднують резистор з іншими елементами. Опір плівкового резистора залежить від товщини і ширини плівки, її довжини та матеріалу. Для збільшення опору використовують плівкові резистори зиґзаґоподібної форми. На рисунку 2 показана структура плівкових резисторів.

Рисунок 2 - Плівковий резистор: 1 - резистивна плівка; 2 - вивід; 3 - підкладка

Питомий опір плівкових резисторів виражають в особливих одиницях - омах на квадрат (Ом/2), тому що опір даної плівки у формі квадрата не залежить від розмірів цього квадрата. Дійсно, якщо зробити сторону квадрата, наприклад, у два рази більшою, то довжина шляху струму збільшиться вдвічі, але й площа поперечного перерізу плівки для струму також збільшиться вдвічі; отже, опір залишиться без зміни. Найважливішим параметром для плівкових резисторів є термічний коефіцієнт опору β . Як правило, його визначають для стабільних плівок, які пройшли термообробку. Установлено, що коефіцієнт β залежить від товщини плівки, причому із зменшенням товщини β зменшується, а при збільшенні наближається до значення, яке характерне для масивного металу. Для окремих типів металевих плівок β < 0 і може бути різним в залежності від технології одержання плівок. Важливим завданням при розробленні резисторів ІМС є одержання найменшого значення β в діапазоні робочих температур. Як показують результати досліджень, існує область товщин плівок, для якої є характерним малий термічний коефіцієнт опору, який наближається до нульового значення. Ця область товщин називається перехідною. Для конкретного матеріалу вона визначається умовами одержання плівки та може переміщуватися в залежності від цих умов. Розглянемо характеристики плівкових резисторів та матеріали, які застосовують для їх виготовлення (таблиця 1).

Товстоплівкові резистори мають такі параметри: питомий опір 5Ом/2 -1 МОм/2, номінали (0,5 - 5.10 8 ) Ом, точність без підгонки ±15%, точність з підгонкою ±0,2%, β ∼ 2 . 10 -4 К -1 . Їх стабільність гірша, ніж у тонкоплівкових резисторів.

На сучасному етапі розвитку електроніки для створення терморезисторів широко застосовуються дво- та багатошарові плівкові матеріали у зв’язку з їх високою функціональністю. Понад 30 світових фірм займаються виготовленням терморезисторів: «Bell and Howell», «Micro Gauge Inc.», «Micro Measurements» (США); «Gauge Technique», «Welwyn Electric» (Великобританія); «Philips» (Голландія) та ін.

Матеріали для виробництва терморезисторів повинні давати можливість регулювання провідності в широких межах, мати малий коефіцієнт β∼10 -5 - 10 -6 К -1 та стабільні характеристики у робочому діапазоні температур. Розроблені різноманітні методики одержання малого значення β ( в основному вони базуються на методі термічної обробки багатошарових, шаруватих та багатокомпонентних матеріалів) і стабільних робочих характеристик плівкових елементів терморезисторів. Накопичений значний теоретичний і експериментальний матеріал з досліджень електрофізичних та термодинамічних властивостей , мікроструктури та фазового складу, дифузійних процесів в багатошарових та багатокомпонентних плівкових матеріалах мікроелектроніки.

Плівкові конденсатори

Плівкові конденсатори виготовляють з двома обкладинками, одна з яких формується на підкладці у вигляді з‘єднувальної лінії, потім на неї наноситься діелектрична плівка, а зверху - друга обкладинка, яка також переходить в з’єднувальну лінію (рис. 4.3). В залежності від товщини діелектрика плівкові конденсатори бувають тонко- та товстоплівковими. Діелектрик плівкового конденсатора повинен відповідати таким вимогам: бути ізолюючим матеріалом, здатним утворювати непористі плівки; мати високу адгезію до матеріалу підкладки; бути стійким до змін температури; мати пробивну напругу 100 - 200 В;

Рисунок 3 - Плівковий конденсатор температуру випаровування 1000 - 1200 о С; бути сумісним з матеріалом обкладинок. Для виготовлення плівкових конденсаторів використовують такі сполуки: SiO, SiO 2, GeO, ZnS, MgF 2, BaTiO 3, CrTiO 3, Al 2O 3, TaO (таблиця 2). Матеріалом для обкладинок найчастіше є Al, тому що він має низький електричний опір та температуру випаровування. У конденсаторах ІМС використовують плівки досить великої товщини. Так, товщина анодованих плівок складає d >100А, а товщина оксидних d > 500А. Необхідність використання більш товстих діелектричних плівок обумовлена тим, що одержання суцільних плівок малої товщини з постійними параметрами є досить складним. Оцінку діелектричних властивостей плівок проводять за результатами одночасного вимірювання

Таблиця 2 - Характеристики плівкових конденсаторів ємності та тангенса кута нахилу діелектричних втрат на визначеній частоті.

Коефіцієнт втрат δ складається з діелектричних втрат відносно різних механізмів ( вектор поляризації діелектрика не встигає переміщуватися за перемінним електричним полем) та втрат, які виникають за рахунок послідовного з’єднання електродів з діелектриком і характеризуються частотною залежністю. Отже, для зменшення коефіцієнта δ необхідно виконувати електроди на досить високих частотах і з металів з малим питомим опором. Діелектричні втрати також сильно залежать від умов осадження плівок. Дослідження коефіцієнта δ, проведене в широкому діапазоні частот для різних діелектричних плівок, дозволяє виявити такі загальні закономірності: діелектричні втрати зменшуються через старіння плівок; на частотах, нижчих 100 кГц, коефіцієнт δ зменшується із збільшенням частоти і збільшується при адсорбуванні плівками вологи.

Питання:

Поняття плівкового резистора?

Яка характеристика плівкового резистора?

Поняття плівкового конденсатора?

Яка характеристика плівкового конденсатора?

Література:

Проценко І.Ю. Технологія та фізика тонких металевих плівок. - Суми: СумДУ,200.-148с.

Лекція №14

Класифікація і характеристики приладів для відображення інформації

Аналогові прилади видачі інформації

План

Прилади для відображення інформації

Аналогові прилади видачі інформації

У вимірювальному пристрої прилади можуть бути використані або для безпосереднього відображення вимірювальної інформації, або як пристрої, що відображують аналогові значення перетворених цифро-аналоговим перетворенням дискретних значень вимірюваних величин. Реєстровані прилади, звані самописцями, встановлюють в тих випадках, коли необхідно фіксувати зміну вимірюваних величин в часі. Діаграмні записи наочні; при правильному виборі діапазону вимірам швидкості переміщення паперу вони фіксують істотні зміни вимірюваних величин і є надійним документом, що відбиває хід виробничих процесів. В основному застосовують точкові реєстратори і прилади з безперервним записом, При підвищених вимогах до точності використовують компенсаційні реєстратори або пристрої запису в координатах X - Y(координатні реєстратори).

Показуючі прилади

В першу чергу до цієї групи приладів відносяться прилади з магнітоелектричною системою, в яких жорстко пов'язана із стрілкою поворотна рамка обертається в однорідному полі по-стоянного магніта. Що виникає при протіканні струму по рамці момент, що крутить, відхиляє її до тих пір, поки зусилля, що розвивається поворотною пружиною, не урівноважить його. Шкала при-бора строго лінійна. Напрям відхилення стрілки залежить тільки від напряму струму, так що нульова відмітка може знаходитися усередині шкали. Мінімально досяжні диапа-зоны виміру прецизійних приладів складають приблизно 0,3 мкА (чи 0,3 мВ), а для щитових приладів 1 мкА (чи 10 мВ). Споживана потужність в найкраще випадку не превы-шает ~1 мкВт. У електромагнітних приладах залізний сердечник, що обертається, жорстко пов'язаний із стрілкою, і нерухомий сердечник намагнічуються полем котушки, що охоплює їх. Під дей-ствием сил взаємного відштовхування виникає мо-мент, що обертає, урівноважується зусиллям поворотної пружини. Под-бирая форму сердечників і обмотки, можна забезпечити приблизно лінійне градуювання шкали, хоча залежність між струмом в котушці і виштовхуючим зусиллям, що розвивається, - квадратич-ная. Прилади електромагнітної системи вимірюють ефективне значення струму і тому застосовні для вимірів як постоян-ного, так і змінного струмів. Мінімально досяжні диапа-зоны вимірів складають 1 мА (чи 1,5 В). Споживана мощ-ность ~0,1 В*А. У приладах з поворотним магнітом плоский магніт, жорстко сполучений з покажчиком, встановлюється у напрямі ре-зультирующей полів, що створюються нерухомою, обтічною то-ком котушкою і встановлюючим магнітом. Шкала приблизи-тельно лінійна. Оскільки рухливий елемент не пов'язаний із струмопровідними дротами і не несе на собі поворотних пружин, він досить легкий і вібростійкий. Мінімально досяжні діапазони вимірів складають ~400 мкА (чи 4 В).

Точкові реєстратори

У точкових реєстраторах вільно підвішена стрілка (задаюча душка) періодично притискається до фарбувальної стрічки, встановленої над діаграмним папером. Кромка, що пише, утворює хорду кола, описуваною стрілкою вимірника, що забезпечує достатню лінійність шкали. Послідовність точок, утворює лінію, що характеризує значення зміни вимірюваної величини. Метод реєстрації дозволяє використовувати високочутливі механізми, з малою споживаною потужністю, що розвивають малий момент, що крутить. При реєстрації величин, що повільно змінюються, реєстратор може бути використаний для багатоточкової реєстрації. Одночасно з перемиканням контрольованих точок зміщується фарбувальна стрічка, внаслідок чого окремі криві записуються різними кольорами. Споживана потужність ~10 -7 Вт.

Вимірники і реєстратори з безперервним записом

У реєстраторах цього типу стрільця вимірювального пристрою жорстко сполучена з реєструючим механізмом. Стрілка таких приладів повинна мати більшу жорсткість, чим в точкових реєстраторах, а вимірювальний пристрій повинен розвивати великий момент, що крутить, оскільки необхідно здолати тертя між пером і папером. Прямолінійний запис досягається за допомогою еліптичного такою, що випрямляє механізму. У приладах з безперервним записом стрільця забезпечується пером з капіляром; чорнило подається по тонкій трубці (шлангу) із спеціального балончика. Такий пристрій дозволяє запа-сать лінію завдовжки до 4500 м (споживана потужність 10 -3 Вт, за наявності підсилювача 10 -7 -10 -9 Вт). Необхідну швидкість пере-мещения паперової стрічки при відомих коливаннях вимірюваної величини можна визначити по приведених нижче даним: Середній час між змінами вимірюваної величини, з ..... 90 30 15 6 3 1,5 0,5 Швидкість переміщення паперу, мм/ч 20 60 120 300 630 1200 3600 При виборі реєстратора його чутливість не завжди є обмежуючим чинником, оскільки існують реєстратори зі вбудованими вимірювальними підсилювачами.

Компенсаційні реєструючі прилади

Часто точність реєструючих приладів прямого преобразо-вания виявляється недостатньою. У цих випадках застосовують автоматичні реєстратори компенсаційного типу. Такі самописні прилади випускаються з точковим записом на 6 або 12 точок виміру і з лінійним записом на 1-6 точок виміру. Вхідна напруга U x зіставляється з вихідною напругою моста Уитстона U r . При нерівності цієї напруги виникає різниця напруги D U, яка приводить в рух двигун, що переміщає движок компенсуючого потенціометра P до моменту изчезновения D U . Одночасно з движком переміщається каретка з пером, реєструючим вимірювану величину. Мінімальний діапазон виміру 1 мВ, досяжна точність ± 0,25%. Подібні пристрої дозволяють представити вимірювані величини у вигляді функції часу. При необхідності представлення залежності між значеннями двох вимірюваних величин застосовують двокоординатні реєстратори компенсаторного типу. Діапазони виміру 0,1; 0,3; 1; 3; 10 мВ; точність ± 0,25%.

Прилади видачі цифрової інформації

У цифровій техніці теж застосовують показуючі і реєструючі способи представлення інформації, а також цифро-аналогові перетворювачі, позволяю-щие представляти цифрові величини і аналоговій формі. Цифрові прилади У багатьох випадках можна обмежитися видали вимірювальній інформації у ви-де візуально прочитуваних свідчень, що висвічуються на різного типу цифрових табло, На відміну від аналогової форми цифрове представлення измери-тельной інформації вигідне тим, що воно обмежує суб'єктивні помилки прочитувань. Механічні прилади цифрової індикації

Існуючі механічні прилади візуальної цифрової індикації забезпечують видачу даних цифрами заввишки до одного метра. У загальному випадку свідчення приладів легко прочитуються і зберігаються при відключенні приладу. Внаслідок їх механічної інерційності ці прилади застосовні тільки при вимірах величин, що повільно змінюються, і споживають велику потужність. Найбільш поширеними типами приладів є прилади з цифровою стрічкою і з цифровим роликом. Цифри кожної декади нанесені на нескінченну рухому стрічку. Окремим цифрам виміряного значення, які мають бути представлені в десятковому коді відповідають контакти ступінчастого перемикача цифрового показуючого при-бора. При відповідності між положенням перемикача і имею-щІМСя кодовим значенням контакт реле відключає двигун. У приладах з цифровим роликом останній укріплений на поворотному магніті трьохкотушкового логометра і встановлюється в положення, відповідне вимірюваному значенню, при по-мощи трьох обмоток, що сполучаються зіркою, перемиканих кодовим перетворювачем. Оптичні цифрові показуючі прилади У оптичних цифрових показуючих приладах представлення цифр здійснюється за допомогою діапозитивів (проекційні цифрові показуючі прилади) або у вигляді цифр, що виділяються заливаючим світлом. Обидва методи мають украй малий час встановлення свідчень в порівнянні з механічними індикаторами. Проте вони не забезпечують запам'ятовування. Максимальна висота цифр близько 10 см У проекційних цифрових покажчиках нанесені на діапозитив цифри від 0 до 9 проектуються кожна своєю лампочкою і системою лінз на матове скло. Інший спосіб передбачає використання заливаючого світла. При цьому цифри гравіюються ан передній пластині з оргскла і освітлюються лампою поміщеною у її торця. Кожній цифрі відповідає власна пластинка; пластинки встановлені один за одним і є світлопроводами; світло випромінюється тільки в місцях гравіювання цифр, які при цьому стають видимими.

Електронні цифрові прилади

Електронні цифрові прилади застосовують найчастіше. Використовуються, зокрема, газорозрядні покажчики - газо-наполненные лампи з холодним катодом, покажчики зі свето-1иодами ( LED ) і покажчики з рідкими кристалами [ LCD, li - quid - crystal display ]. У газонаповнених лампах з холодними катодами проти сітчастого анода для кожної цифри встановлений відповідній конфігурації катод з тонкого дроту. Анод і десять катодів (від 0 до 9) розміщені в просторі один за одним. Зважаючи на високу робочу напругу при управ-лении напівпровідниковими елементами необхідно приділяти особливу увагу вибору розмірів. У цифрових приладах зі світлодіодами (з арсеніду галію) цифри утворюються з точкових або штрихових сегментів. Світлове випромінювання збуджується в результаті напівпровідникового эф-фекта: під дією електричної енергії, що підводиться, носії зарядів переміщаються на вищий енергетичний рівень. Після короткої витримки вони знову повертаються на нижчий енергетичний рівень, Цей процес супроводжується рекомбінацією електронів і дірок, при якій частина енергії віддається у вигляді випромінювання (фотонів). Введення відповідних домішок в матеріал напівпровідників забезпечує випромінювання у видимій області спектру. Можуть поставлятися матеріали з випромінюванням наступних кольорів : помаранчевим (240 мЛб*/'Вт), жовтим (3б0 мЛб/Вт) і зеленим (150 мЛб/В ). Індикатори на рідких кристалах застосовуються в багатьох областях. Ці з'єднання є з'єднаннями з вуглецем і киснем, які нижче певної температури є кристалами, а вище за цю температуру перетворюються на рідину. Переваги застосування цих елементів полягає в тому, що не потрібно застосовувати енергію для виклику світлової емісії, а досить енергії світла, що самого падає. Споживана потужність дуже мала всього 4* 10 -6 Вт/см 2 .У індикаторів з штриховими сегментами найбільша висота цифр складає близько 18 мм. У елементів у вигляді матриці розміром 6х7 точок висота може складати приблизно 13 см Робоча температура від - 25 до 85 С. Дискретно - аналогові перетворювачі.

Найбільш часто вживаними способами є наступні: дискретно-аналоговий (цифро-аналоговий) перетворювач із ступінчастим дільником омічного опору, дискретно аналоговий перетворювач із ступінчастим дільником (розгалуженням) струмів і дискретно-аналоговий перетворювач з це-почками опорів. Менш споживані способи з моду-ляцией тривалості імпульсів або з непрямим інтегруючим (що підсумовує) перетворенням. Кожен дискретно-аналоговий перетворювач містить наступні конструктивні елементи: перемикач аналогових величин, блок (сітка) опорів і джерело опор-ного напруги. Як перемикачі застосовують діоди:, транзистори і тепер все частіше інтегральні схеми. Блоки со-противлений складаються з дротяних або тонкошарових (пленоч-ных) резисторів або ж з елементів товстоплівкової техніки. Джерела опорної напруги, виконані на інтегральних схе-мах, забезпечують в сьогодення вре-мя точність ±0,005 % .

Друкуючі пристрої для результатів вимірів

Вирішальне значення для розшифровки результату вимірів має документування і протоколювання виміряних даних за допомогою відповідних друкуючих пристроїв. У зв'язку з усе більш широким застосуванням друкуючих пристроїв в різних системах переробки інформації - починаючи від персональних комп'ютерів і кінчаючи потужними ЕОМ - в технології друкування 22 останні роки досягнутий значний прогрес. Зокрема застосування мікропроцесорів для управління різними функціями в друкуючих пристроях дозволило істотно розширити об'єм цих функцій. Пропозиція різних друкуючих пристроїв дуже широко, що видно вже по діапазону цін на них. Ці ціни коливаються в межах приблизно від 1000 до 700 000 марок ФРН. Друкуючі пристрої можуть бути підрозділені на два класи: ударної і ненаголошеної дії. У друкуючих пристроях ударної дії процес друкування відбувається в результаті удару важеля з літерою або символом або голок (у матричних друкуючих пристроях) на фарбувальну стрічку. Є наступні типи ударних друкуючих пристроїв : з циліндричною голівкою, з сферичною голівкою з колесом у вигляді маргаритки ( daisy - wheel ), матричне, барабанячи ланцюгове і стрічкове. Швидкість друкування пристроїв від 10 знаків в секунду до 2000 рядків в хвилину. У ненаголошених друкуючих пристроях процес друкована полягає у фізичній або хімічній дії на спеціально підготовлений папір. Є наступні типи таких друкуючих пристроїв : теплові матричні, електрочутливі, електростатичні, ксерографії і лазерні, а також з безперервною подачею фарби і з подачею фарби на вимогу. Швидкість друкування тут досягає від 300 до 45 000 рядків в хвилину. Далі показані деякі приклади застосованих що друкують пристроїв для видачі результатів вимірів. Сучасні друкуючі пристрої відрізняються високою ефективністю у від носінні якості друку, швидкості друкування, вибору форматів (довжини рядків) і вибору різних шрифтів (нормальною прямого, курсивного, напівжирного). Для управління цими функціями зазвичай застосовується приладова схема з власним "інтелектом" (мікропроцесор). Інтерфейс між системою переробки результатів вимірів і цією приладовою схемою зазвичай є паралельним восьмирозрядним, а інтерфейс між приладовою схемою і самим друкуючим пристроєм являється сериальным з постійним струмом або ж тут приме-няется інтерфейс типу v 24/ v 28. Сериальная (послідовна) передача інформації виконується асихронно по семиразряд-ному коду ИСО з одним розрядом контролю парності. Процедура передачі система переробки результатів измере-ний - приладова схема - друкуючий пристрій осущесвляется під контролем організаційної програми (мал. 2.6-15). Найчастіше застосовуються матричні друкуючі пристрої, причому або з голчастим друкуючим механізмом, або з по-сылкой струменя чорнила (фарби). У обох варіантах застосовується однакове матричне представлення. Для помірних швидкостей друкування (від 250 знаків в се-кунду до 200 рядків в хвилину) можна застосувати матричні друкуючі пристрої, описані в літературі 115, 161. Для високих швидкостей друкування (близько 600 рядків в хвилину) потрібні барабанні друкуючі пристрої. Усі друкуючі пристрої управляються за процедурою пере-дачи інформації.

Електронно-променеві візуальні прилади

Електронно-променевими візуальними приладами (дисплеї) разом зі своєю клавіатурою є універсальні пристрої для введення і видачі інформації в системах переробки результатів вимірів. Разом з алфавітно-цифровим введенням і вы-дачей тексту вони можуть також наочно показувати в графічному виді стан процесу і хід зміни вимірюваних величин. Можливі три методи: - растровий; - світлового олівця; - профільний. При растровому способі, як і в телевізійній техніці, вы-полняется развертка-электронный промінь відхиляється по строч-кам і стовпцям. В результаті формування світлих і темних місць при скануванні виходять окремі точки зображення, відтворюючі необхідну інформацію. При методі світлового олівця електронний промінь, вызываю-щий світіння, при скануванні відтворює на екрані после-довательности штрихів, що відображують необхідну інформацію. При профільному методі знаки (символи) зображаються масками. Нині впроваджений переважно растровий метод, тому що для нього можуть бути використані дешеві чорно-білі і кольорові монітори. Є наступні можливості зображення : алфавітно-цифровий, напівграфічний і повністю графічний методи. При усіх трьох методах зображення, як і в телебаченні, виходять з тактового растр. На відміну від методу чересстрочной розгортки побутового теле-видения з двома напівзображеннями, що взаємно переплітаються, нерідко обидва напівзображення записують одне над іншим. Замість 625 рядків у такому разі є тільки 311 рядків, з яких внаслідок спотворення у країв використовують тільки 288 рядків. Якщо кожен рядок має роздільну здатність, наприклад, 488 точок, то усе зображення є матрицею, що складається з 129 024 точкових зображень. Щоб не треба було запам'ятовувати кожну точку окремо, на матрицю точкових зображень накладають польову матрицю, що складається з 32 рядків і 64 стовпців. Кожне поле може адресуватися і складається з 7х9 точок. У кожному полі може бути зображений алфавітно-цифровий знак або символ. Знаки або сим-волы зберігаються в пам'яті знаків або символів і можуть бути викликані звідти пам'яттю відтворення зображень, яка містить жит усю структуру зображення. При зображенні кривих можуть бути представлені сім кривих з 256 точками кожна з раз-вирішальною здатністю по амплітуді в 255 східців. Роздільна здатність при підлозі графічному зображенні, яке показане вище, нерідко виявляється недостатньою. У такому разі можна перейти до повністю графічному изобра-жению [181. Цим методом можна отримувати двомірні (плоскі) і тривимірні (об'ємні) зображення. Зазвичай застосовують 512Х <512 точки зображення або в системах з високою разрешаю-щей здатністю 3024 X 1024 точок. Тут теж застосовують растровий метод з тактовим растром. Оскільки в пам'ять відтворення зображень має бути закладена кожна точка зображення - а при 16 кольорах це -ответствует об'єму інформації в 4 мегабіт - такі дисплеї стали економічними тільки після того, як з'явилися дешеві високоінтегральні модульні блоки для ЗУ і быстродействую-щие графічні процесора. Графічний процесор раз-гружает центральну ЕОМ від графічних операцій, що віднімають багато часу. Для цієї мети він управляється програмними командами високого рівня, наприклад draw line ("накресли ли-нию"), draw arc ("накресли дугу") і так далі .Додатковий контрольний пристрій бере на себе завдання повторення зображень, запам'ятовування нових зображень, освіження (актуазации) пам'яті відтворення зображень. Простим завданням графічного процесора є зображення якої-небудь точки на екрані. Для цього, проте, повинне статися відображення ( mapping ) фізичного рівня в пам'ять яка побудована послідовно із слів по 16 біт (розрядів в логічну адресу на дисплеї ( bit mapping ). За допомогою "примітиву" (елементарного оператора), наприклад викреслювання прямої, можна сформувати складніші "примітиви". Для тривимірного зображення графічних структур потрібно додаткову схемно-апаратну частину, в яка здійснювалися б алгоритми з великим об'ємом операторів множення. Потрібно операційний час множення 16х 16 розрядів близько 65 нс. Близько 500 кінцевих точок кінцевого зображення.

Питання:

Які ви знаєте прилади для відображення інформації?

Які є аналогові прилади видачі інформації ?

Література:

Прищепа М.М.. Погребняк В.П. Мікроелектроніка. -Частина 1. Елементи мікроелектроніки - Київ: Вища школа, 2004. - 432 с.

Лекція №15

Булева алгебра

План

Поняття логіки

Поняття вимови

Логічні операціі «ні», «або», «і», «Стрілка Пірсу», «Штрих Шеффера»

Більшість схем управління і розрахунку в ЕОМ є логічні схеми. Складові частини цих схем логічні елементи, які виконують визначені логічні функції. В основу будови логічних елементів і схем покладені закони і правила математичної логіки.

Логіка - це наука про закони людського мислення. Алгебра логіки є інструментом розробки складних схем, з яких складаєть сучасна ЕОМ. Велике значення для розробки логічних схем ЕОМ має числення вимов.

Вимова – це таке положення про яке можна говорити тільки одне - істина чи неістина.

істина – “1”, неістина– “0”.

Вимова може бути проста та складна.

Проста – містить одну завершену дію. Прості вимови з допомагою спеціальних символів (логічних операцій) об’єднуються в складні, істина яких залежить від істини простих вимов та логічних зв’язків між ними. Прості вимови наз. двійковими змінними.

Складні – логічними функціями цих змінних або перемикальними функціями.

У пристрої ЕОМ неправдивість и правдивість вимов уявляється сигналами різного рівня.

Прості вимови позначаються: А, В, С; складні – Х, У, Z

Перемикальні функції можуть задаватися у вигляді таблиці істинності.

Наприклад: х =  (А,В,С)

А	В	С	Х
0	0	0	1
0	0	1	0
0	1	0	1
1	0	0	1
0	1	1	0
1	0	1	0
1	1	0	1
1	1	1	1

Утворення складних вимов з простих виконується за допомогою трьох основних логічних операцій: НІ, АБО, І, схеми, з допомогою яких реалізують ці операції, які наз. логічними схемами.

1. Логічна операція НІ (інверсія, негативність): функція приймає значення істини, коли вимова, яка входить до неї неправда.

Н егативна вимова А позначається А і читається “не А”

Н егативне А - істинно, коли А неправда, і правда, коли А істинно, тобто 0 = 1 1 = 0 Х = А

Електронна схема, реалізуюча логічну операцію віднімання, наз. інвертером або схемою НІ.

2. Логічні операції АБО (логічні додавання, дизьюнкція). Для двох вимог позначається АvВ і читається: А або В.

Це вимова істинна, якщо хоч би одне з вимов А або В істине.

Х = АvВ або Х = А + В

А	В	Х
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

1

А Х = АvВ

В дизьюнктор

3 . Логічна сперація І (логічне множення, коньюкция двох вимог А і В. Позначається А В, читається: А і В.

А В – це вимова, яка істина, коли А і В істині, і неістинні – в усіх останніх випадках:

Х = А В або Х = А х В

A	B	X
0	0	0
0	1	0
1	0	0

4. Логічні операції “Стрілка Пірсу” (АБО – НІ)

vФункція приймає значення істини коли всі вхідні в неї вимови ложні.

, тобто прямо- протилежні операції логічного додавання.

A	B	X
0	0	1
0	1	0
1	0	0
1	1	0

5. Логічна операція “Штрих Шеффера” (І-НІ)

функція приймає значення істини, коли хоч би одна вхідна вимова ложна. Х = АВ. Читається: не вірно, що функція Х є А і В.

Таблиця для операції Шиффера по суті прямо пропорційна таблиці для операцій логічного множення.

Питання:

Що таке логіка?

Що таке вимова?

Які ви знаєте логічні операції, дайте їм визначення?

Література:

Ком’ ютерна дискретна математика: Підручник/ М.Ф. Бондаренко, Н.В. Білоус, А.Г. Руткас.-Харків: «Компанія СМІТ», 2004.-480с

Лекція №16

Арифметичні основи ЕОМ. Системи числення

План

Системи числення

Десятична система числення

Двійкова система численя

Шістнадцятирічна система числення

Двійково-десятична система числення

Системи числення

Сукупність прийомів найменування та обозначення (запису) чисел наз. системою числення.

Існує два типи систем числення:

• непозиціонні;

• позиціонні.

Непозиційна – це така система численя, у якій кількісний зміст цифри виявляється тільки ї графічним обозначением, тобто кожний символ зберігає своє значення, незалежно від позиції в числі.

Наприклад: Римська система числення:

1 – І 100 – C 1000 - М

5 – V 50 – L

10 – X 500 – Д

Така система числення важка способом запису – читання чисел, правилами виконання арифметичних операцій, тому в ЕОМ не застосовується.

Позиційна – це така система числення, в якій один і той же цифровий знак має різноманітний кількісний зміст в залежності від його позиції в послідовності цифр.

Наприклад: в числі 505,15

Цифра 5, яка знаходиться зліва на першому місці (позиція сотих), вказує кількість сотих, які містяться в цьому числі, цифра 5 перед комою (позиція одиниць), вказує кількість одиниць, а 5 в останній правій позиції – кількість сотих частин.