ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный

технический университет»

А.В. Строгонов

ОСНОВЫ

МИКРОСХЕМОТЕХНИКИ

ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ

Утверждено Редакционно-издательским советом

университета в качестве учебного пособия

Воронеж 2012

УДК 621.3.049.77

Строгонов А.В. Основы микросхемотехники интегральных схем: учеб. пособие / A.B. Строгонов. Воронеж: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет», 2012. 238 с.

В учебном пособии рассматриваются основы булевой алгебры и основные логические элементы. Приводится микросхемотехника комбинационных устройств: преобразователей кодов, шифраторов и дешифраторов, мультиплексоров и демультиплексоров, сумматоров, а также последовательностных устройств: триггеров, регистров, счетчиков на ИС средней степени интеграции по ТТЛ-технологии. Основное внимание уделено схемотехническим решениям, используемым для проектирования цифровых и аналого-цифровых БИС по КМОП-технологии, а также цифровым методам обработки сигналов.

Издание соответствует требованиям Федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки бакалавров 210100 «Электроника и наноэлектроника», профилю «Микроэлектроника и твердотельная электроника», дисциплинам «Проектирование БИС», «Проектирование ПЛИС», «Проектирование цифровых устройств в базисе ПЛИС». Учебное пособие подготовлено в электронном виде в текстовом редакторе MS Word for Windows и содержится в файле Микросхемотехника.doc.

Табл. 39. Ил. 170. Библиогр.: 12 назв.

Научный редактор д-р физ.-мат. наук, проф. С.И. Рембеза

Рецензенты: кафедра физики полупроводников и

микроэлектроники Воронежского государственного

университета (зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук,

проф. Е.Н. Бормонтов);

д-р техн. наук, проф. М.И. Горлов

© Cтрогонов А.В., 2012

© Оформление. ФГБОУ ВПО «Воронежский

государственный технический университет», 2012

Введение

Первая интегральная схема (ИС) была сконструирована летом 1958 Джеком Килби из фирмы Texas Instruments. В это же время основатели компании Fairchild Semiconductor швейцарский физик Джин Хорни и американский физик Роберт Нойс разработали основы оптической литографии. А уже к середине 60-х Texas Instruments разработала первые серии коммерческих ИС. В начале 70-х фирма Intel представила первую 1024-битную ИС динамической оперативной памяти, а компания Fairchild первую 256-битную ИС статической памяти. Всего лишь год спустя в 1971 Intel демонстрирует первый в мире микропроцессор, который представлял собой “компьютер на кристалле” и состоящий из 2300 транзисторов.

Переходный период споров между конкурирующими полупроводниковыми фирмами Texas Instruments, Fairchild Semiconductor, National и AMD закончился принятием серии 7400.

В учебном пособии даются сведения по интегральным схемам (ИС) средней степени интеграции, которые включают в себя от 10 до 100 логических элементов на транзисторно-транзисторной логике (ТТЛ) на примере зарубежной серии 7400, предложенной фирмой Texas Instruments (отечественный аналог серия К155). Для исключения ошибок в пособии сохранены оригинальная система обозначения логических элементов 7400 серии и целесообразно продуманные схемные решения по комбинационной и последовательностной логике.

Рассмотрены схемотехнические решения, используемые для проектирования цифровых и аналого-цифровых больших интегральных схем (БИС) по современной КМОП-технологии (комплементарные приборы со структурой металл-оксид-полупроводник) а также цифровые методы обработки сигналов.

Цифровые методы обработки сигналов находят широкое применение в самых различных областях науки и техники, включая обработку изображений, анализ и синтез речи, обработку радио- и гидролокационных сигналов, а также в технике связи, робототехнике, автомобильной электронике, системах сбора и обработки информации, для управления и контроля производственных процессов, в контрольно-измерительной технике, устройствах управления бытовыми приборами и другой радиоэлектронной аппаратуре. В связи с этим большое значение имеют устройства обмена информацией между ЭВМ и устройствами автоматизированных систем. В качестве устройств связи с объектами контроля и управления используются различные типы преобразователей данных.

Книга состоит из четырех глав. В первой и второй главах рассматриваются основы булевой алгебры, цифровые логические элементы, особенности микросхемотехники комбинационных и последовательностных устройств на основе ИС средней степени интеграции по ТТЛ-технологии.

В третьей главе рассмотрены цифровые логические элементы по КМОП-технологии для интегрального исполнения в составе БИС.

В четвертой главе основное внимание уделено операционным усилителям и их основным характеристикам. Рассмотрены различные виды аналого-цифровых и цифро-аналоговых преобразователей (АЦП и ЦАП), вопросы сопряжения ЦАП/АЦП с микроконтроллерами, системы сбора данных и микроконверторы.

В основу книги положены лекции, читаемые автором в Воронежском государственном техническом университете на кафедре полупроводниковой электроники и наноэлектроники студентам очной и заочной форм обучения.