2. Интегральные микросхемы

1. Технологии цифровых интегральных схем

2. Параметры интегральных микросхем

3. Логические элементы транзисторно-транзисторной логики

4. Логические элементы эмиттерно-связанной логики

5. Логические элементы на МОП-транзисторах

6. КМОП микросхемы

7. Простейшие интегральные схемы

8. Шинные формирователи и приемопередатчики

9. Вопросы и задания для самоконтроля

В настоящее время для реализации цифровых устройств разработано и используются микросхемы различных технологий, которые различаются по уровням сигналов, быстродействию, входным и выходным параметрам. Для успешной разработки цифровых систем на микросхемах необходимо знать их характеристики и особенности применения.

Ц ель главы – ознакомление с основными характеристиками и особенностями применения основных типов логических микросхем.

ПОСЛЕ ИЗУЧЕНИЯ ГЛАВЫ НЕОБХОДИМО ЗНАТЬ:

• основные характеристики микросхем различных технологий

• типы выходных каскадов

• характеристики входов микросхем;

• состояние неиспользуемых входов;

• особенности совместного использования микросхем разных серий;

• условные графические обозначения микросхем, реализующих простейшие логические функции.

2.1. Технологии цифровых интегральных схем

Интегральная микросхема – это микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию обработки сигнала и имеющее высокую плотность размещения электрически соединенных элементов, которые выполнены в едином технологическом цикле методами интегральной технологии на общей подложке. На одном кристалле могут размещаться от нескольких десятков до сотен тысяч элементов.

Интегральная технология изготовления всех элементов партии микросхем в едином технологическом цикле с большой плотностью упаковки элементов позволяет:

- сократить трудоемкость изготовления, повысить надежность изделия за счет качественной технологии, тщательного ее соблюдения, уменьшения количества наименее надежного элемента в электронном изделии - пайки;

- уменьшить размеры изделия: размеры элементов и соединений сокращаются до технологически возможных пределов, обусловленных возможностями технологического оборудования и физическими процессами, сопровождающими работу элементов;

- повысить быстродействие изделия и качество обработки элек­трических сигналов за счет уменьшения длины соединительных эле­ментов (уменьшения времени передачи сигналов между узлами и бло­ками ЭВМ) и паразитных параметров электрических цепей (уменьшения искажений сигналов, вызванных паразитными параметрами);

- снизить стоимость изделия.

Например, совершенствование элементной базы и технологии изготовления микрокалькуляторов позволило снизить потребляемый ток от десятков и сотен миллиампер до микроампер, значительно расширив при этом их возможности (перейти от вычисления простейших арифметических выражений к вычислению значений сложных функций, к хранению в памяти данных и работе по вводимым пользователем программам).

Интегральные микросхемы (ИМС) могут быть изготовлены с использованием различной элементной базы. Элементная база определяет разные свойства микросхем и разные возможности их совместной работы. Например, для совместной работы логических элементов последние должны создавать необходимые для работы входные и выходные токи и напряжения (логические сигналы), либо использовать специальные схемы сопряжения.

Наиболее распространены микросхемы на базе биполярных транзисторов (транзисторно-транзисторная логика – ТТЛ, эмиттерно-связанная логика – ЭСЛ) и полевых транзисторов (КМОП, р-МОП, n-МОП технологии).

Функционально схема логического элемента состоит из трех частей: логическая часть выполняет логические операции, усилительная часть производит усиление маломощного входного сигнала до уровня, обеспечивающего работу выходной (согласующей) части микросхемы, которая обеспечивает формирование необходимых потенциальных уровней выходных сигналов и согласование выходов и входов микросхем по сопротивлению, току и напряжению.

В зависимости от технологии изготовления ИС подразделяются на серии (семейства) различающиеся физическими параметрами базовых элементов, числом и функциональным назначением входящих в их состав микросхем. В настоящее время разработано несколько десятков технологий. Наиболее широкое применение находят микросхемы ТТЛ и КМОП технологий. Технологии непрерывно совершенствуют с целью увеличения быстродействия, уменьшения потребляемой мощности и увеличения степени интеграции.