1.3. Цифровые интегральные микросхемы

Интегральная микросхема (ИМС) – это микроэлектронное изделие, изготовленное методами интегральной технологии (чаще полупроводниковой), заключенное в самостоятельный корпус и выполняющее определенную функцию преобразования дискретных (цифровых) сигналов. В зависимости от технологии изготовления интегральные микросхемы подразделяются на серии (семейства), различающиеся физическими параметрами базовых элементов и их функциональным назначением.

ИМС обязательно имеет следующие выводы («ножки»), рисунок 1.1:

Рис. 1.1 – Внешний вид ИМС

• выводы питания: общий («земля») и напряжение питания. Данные выводы на схемах обычно не показываются;

• выводы для входных сигналов («входы»), на которые поступают внешние цифровые сигналы;

• вывод или выводы для выходных сигналов («выходы»), на которые выдаются цифровые сигналы из самой микросхемы.

Каждый вывод имеет свой номер, например «Uп» – 14, «Общий» – 7 и т.д.

Каждая микросхема преобразует тем или иным способом последовательность входных сигналов в последовательность выходных сигналов или сигнал.

1.4. Основные характеристики и параметры лэ

Конструктивно-технологическая реализация цифровых ИМС (биполярные ИС, ИС на основе МОП-транзисторов, ИС на основе комбинированной биполярно-комплементарной технологии или иначе КМОП-технологии) во многом определяет их основные характеристики:

• амплитудную передаточную характеристику: Uвых = F(Uвх );

• входную характеристику: Iвх = F(Uвх);

• выходную характеристику: Uвых = F(Iвых).

Основные характеристики в свою очередь определяют технические параметры ЛЭ.

Uвых = F(Uвх ) определяет формирующие свойства ЛЭ, его помехоустойчивость, амплитуду и уровни стандартного сигнала.

Iвх = F(Uвх) – зависимость входного тока ЛЭ от входного напряжения определяет нагрузочную способность ЛЭ и режим работы линий связи.

Uвых = F(Iвых) – зависимость выходного напряжения ЛЭ от выходного тока нагрузки. Эта характеристика в совокупности с входной позволяет определить нагрузочную способность ЛЭ, режим его работы и способ согласования переходных процессов в линиях связи.

Рассмотрим типовую амплитудную передаточную характеристику (рисунок 1.2) инвертирующего ЛЭ (рисунок 1.3).

Рис. 1.2 – Амплитудная передаточная характеристика	Рис. 1.3 – Инвертирующий элемент

В статическом состоянии выходной сигнал (F) ЛЭ может находиться на верхнем U^в или на нижнем U^н уровне напряжения.

Верхний (U^в) и нижний (U^н) уровни логических сигналов находятся как точки пересечения амплитудной передаточной характеристики (кривая 1) с ее зеркальным отображением (кривая 2) относительно прямой единичного усиления Uвых = Uвх.

Разность U^в_вых – U^н_вых является логическим перепадом U_л выходных уровней ЛЭ.

Зоны статической помехоустойчивости ЛЭ по нижнему (U^н_пом)′ и верхнему (U^в_пом)′ уровням напряжения в комбинационных логических цепях определяются выражениями: (U^н_пом)′ = Uкв – U^н_{вых пор} ; (U^в _пом)′ = U^в_{вых пор} – Uкв, где (U^н_пом)′ и (U^в_пом)′ характеризуют максимально допустимые уровни статической помехи на входе ЛЭ в комбинационных логических цепях; U^н_{вых пор} – выходное логическое напряжение нижнего уровня; U^в_{вых пор} – выходное логическое напряжение верхнего уровня.

Однако, из-за наличия схем с положительной обратной связью, в технической документации на все интегральные схемы зоны статической помехоустойчивости по входу ограничиваются входными пороговыми напряжениями: U^н_{вх пор} – по нижнему уровню; U^в_{вх пор} – по верхнему уровню.

Эти пороговые напряжения называются соответственно пороговым напряжением зоны переключения (порог зоны переключения) нижнего уровня и пороговым напряжением зоны переключения верхнего уровня.

В зоне переключения, заключенной между пороговыми напряжениями, работа ЛЭ в статическом режиме запрещается.

Т.о. статическая помехоустойчивость ЛЭ по нижнему уровню входного сигнала определяется выражением U^н_пом = U^н_{вх пор} – U^н_{вых пор}, а по верхнему уровню входного сигала – выражением U^в_пом = U^в_{вых пор} – U^в_{вх пор}.

Максимальная помехоустойчивость ЛЭ по нижнему и верхнему уровням достигается при идеальной амплитудной передаточной характеристике, для которой U^н_{вх пор} = U^в_{вых пор} = Uкв.

С помощью снятых характеристик определяют следующие основные параметры ЛЭ: нагрузочную способность, помехоустойчивость, быстродействие, величины U0 и U1, потребляемую мощность и т.п.

Различают статические и динамические параметры ЛЭ.