- •1. Основы микросхемотехники ИС
- •1.1. Основные термины и определения
- •1.2. Этапы и направления развития ИС
- •1.3. Классификация ИС
- •1.3.4. Классификация по степени интеграции
- •1.4. Последовательность разработки ИС
- •2. Основы цифровой техники
- •2.3. Основные логические операции
- •2.4. Формы представления логической функции
- •2.5. Структурное проектирование цифровых схем комбинационного типа
- •3. Основные параметры и характеристики ЦИС
- •3.1. Основные параметры ЦИС
- •3.2. Характеристики ЦИС
- •3.3. Определение измеряемых параметров по характеристикам
- •4.1. Формирование биполярных транзисторов
- •4.3. Эквивалентная модель интегрального n–p–n биполярного транзистора
- •4.4. Режимы работы биполярного транзистора
- •4.6. Статические ВАХ транзистора
- •5. Диоды в интегральных схемах
- •5.1. Модель идеального диода
- •5.2. Эквивалентная схема интегрального диода
- •5.3. Аппроксимации ВАХ диода
- •5.4. Варианты реализации интегральных диодов
- •6. Пассивные элементы ИС
- •6.1. Основные параметры резисторов
- •6.2. Реализация интегральных резисторов
- •6.4. Реализация интегральных конденсаторов
- •7. Элементная база статических ЦИС на биполярных транзисторах
- •7.1. Резисторно-транзисторная логика (РТЛ)
- •7.1.1. Характеристики РТЛ
- •7.2. Эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ)
- •7.2.1. Принцип работы
- •7.2.2. Входная характеристика
- •7.2.3. Передаточная характеристика
- •7.2.4. Выходная характеристика
- •7.2.6. Многоярусные ЭСЛ (МяЭСЛ)
- •7.3. Диодно-транзисторная логика
- •7.3.1. Расчет передаточной и входной характеристик
- •7.3.2. Выходная характеристика
- •7.3.3. Влияние нагрузки на логические уровни
- •7.4. Транзисторно-транзисторная логика
- •7.4.1. ТТЛ-элемент с простым инвертором
- •7.4.2. Передаточная характеристика
- •7.4.3. Входная характеристика
- •7.4.4. Выходная характеристика
- •7.4.6. Основные параметры
- •7.4.7. Многоэмиттерный транзистор
- •7.4.8. ТТЛ-элемент со сложным выходным каскадом
- •7.4.9. Модификация логического элемента
- •7.5. Интегральная инжекционная логика
- •7.5.2. Реализация логических функций
- •8. Полевые транзисторы
- •8.1. Типы полевых транзисторов
- •8.2. Определение физических параметров
- •8.3. модель полевого транзистора
- •8.4. Режимы работы и уравнения ВАХ полевого транзистора
- •9. Элементная база на полевых транзисторах
- •9.2. Передаточная характеристика и параметры инвертора с линейной нагрузкой
- •9.3. Передаточная характеристика и параметры инвертора с нелинейной нагрузкой
- •9.4. Передаточная характеристика и параметры инвертора с квазилинейной нагрузкой
- •9.5. Передаточная характеристика и параметры инвертора с токостабилизирующей нагрузкой
- •9.6. Передаточная характеристика и параметры комплементарного инвертора
- •9.8. Логические элементы на МОП-транзисторах
- •9.9. Определение эквивалентной крутизны группы переключающих транзисторов
- •9.11. Влияние параметров транзисторов на характеристики логического элемента
- •9.12. Сопряжение ТТЛ- и КМОП-схем
tС (t10 ) - длительность среза или переключения из 1 в 0, это раз-
ность времен, при которых UВЫХ изменяется от UВЫХ0 |
+ 0,9 × DUЛ |
|
до UВЫХ0 + 0,1× DUЛ ; |
|
|
tЗД01 |
- время задержки распространения сигнала, это разность вре- |
|
мен, определяемая по уровням UВХ0 + 0,5× DUЛ и UВЫХ0 |
+ 0,5× DUЛ |
между напряжениями UВЫХ и UВХ , когда UВЫХ изменяется из 0 в 1;
- время задержки распространения сигнала, это разность вре- мен, определяемая по уровням UВХ0 + 0,5× DUЛ и UВЫХ0 + 0,5× DUЛ
между напряжениями UВЫХ и UВХ , когда UВЫХ изменяется из 1 в 0;
t01 + t10
tЗДСР = ЗД 2 ЗД - среднее время задержки распространения сигна- ла;
Т - период сигнала (Т > 2 ¸ 3×tЗДСР );
f- частота сигнала ( f = 1Т ).
3.3.Определение измеряемых параметров по характеристикам
I.Определение статических измеряемых параметров по передаточной характеристике (рис.3.8).
Номер |
Неинвертирующая пере- |
Инвертирующая переда- |
опера- |
даточная характеристика |
точная характеристика |
ции |
(рис.3.8,а) |
(рис.3.8,б) |
1 |
Проводится прямая UВЫХ = UВХ |
|
2 |
Определяются рабочие |
Определяется точка пере- |
|
точки Р0, Р1 и точка пере- |
ключения Рп. |
44
|
ключения Рп |
|
Строится |
зеркальная ха- |
||||
|
|
|
|
рактеристика. |
|
|
||
|
|
|
|
Определяются |
рабочие |
|||
|
|
|
|
точки Р0, Р1 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
Определяются: |
|
|
|
||
|
∙ |
напряжение |
∙ |
напряжение логи- |
||||
|
логического уровня нуля |
ческого уровня нуля U 0 |
||||||
|
U 0 |
как UВХ в рабочей |
как UВХ в рабочей точке |
|||||
|
точке Р0 ; |
|
Р1 ; |
|
|
|
|
|
|
∙ |
напряжение |
∙ |
напряжение логи- |
||||
|
логического |
уровня |
ческого уровня единицы |
|||||
|
единицы U1 как UВХ в |
U1 как UВХ в рабочей |
||||||
|
рабочей точке Р1 |
точке Р0 |
|
|
|
|||
4 |
∙ |
|
Определяются: |
|
|
|
||
|
помехозащищенность нуля UПЗ0 |
= UП − U 0 ; |
||||||
|
∙ |
помехозащищенность единицы UПЗ1 |
= U1 − UП |
|||||
5 |
Строится касательная к передаточной характеристике, |
|||||||
|
параллельная UВЫХ = UВХ |
параллельная |
|
|
||||
|
|
|
|
UВЫХ = −UВХ |
или прямой, |
|||
|
|
|
|
соединяющей |
|
рабочие |
||
|
|
|
|
точки Р0, Р1 |
|
|
||
6 |
∙ |
|
Определяются: |
|
|
|
||
|
точки единичного усиления D0, D1; |
|
||||||
|
∙ |
помехоустойчивость нуля |
UПУ0 |
= UD0 |
− U 0 ; |
|||
|
∙ |
помехоустойчивость единицы UПУ1 |
= U1 − U1D ; |
|||||
|
∙ |
ширина |
активной |
области |
переключения |
|||
|
UDD = U1D − U D0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
Неинвертирующая |
|
Инвертирующая |
||||
Номер |
передаточная |
характери- |
передаточная |
|
характери- |
|||
опе- |
стика (рис.3.8,а) |
стика (рис.3.8,б) |
45
рации |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Проводится прямая UВЫХ = UВХ |
|
|
|
|
|||
|
|
Определяются |
ра- |
Определяется точ- |
|||||
|
бочие точки Р0, Р1 и точка |
ка переключения Рп. |
|
||||||
|
переключения Рп |
|
Строится |
зеркаль- |
|||||
|
|
|
|
|
ная характеристика. |
|
|||
|
|
|
|
|
Определяются ра- |
||||
|
|
|
|
|
бочие точки Р0, Р1 |
|
|
||
|
|
Определяются: |
|
|
|
|
|
||
|
|
∙ |
напряжение |
∙ |
напряжение |
||||
|
|
|
логического |
|
логического |
||||
|
|
|
уровня |
нуля |
|
уровня |
нуля |
||
|
|
|
U 0 как UВХ в |
|
U 0 как UВХ в |
||||
|
|
|
рабочей точке |
|
рабочей точке |
||||
|
|
∙ |
Р0; |
|
∙ |
Р1; |
|
|
|
|
|
напряжение |
напряжение |
||||||
|
|
|
логического |
|
логического |
||||
|
|
|
уровня |
еди- |
|
уровня |
еди- |
||
|
|
|
ницы U1 |
как |
|
ницы |
U1 |
как |
|
|
|
|
UВХ в рабо- |
|
UВХ в рабо- |
||||
|
|
|
чей точке Р1 |
|
чей точке Р0 |
||||
|
|
Определяются: |
|
|
|
|
|
||
|
∙ |
помехозащищенность нуля UПЗ0 |
= UП − U 0 ; |
|
|||||
|
∙ |
помехозащищенность единицы UПЗ1 |
= U1 − UП |
||||||
|
|
Строится касательная к передаточной характе- |
|||||||
|
ристике, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
параллельная |
|
параллельная |
|
||||
|
UВЫХ = UВХ |
|
|
UВЫХ = −UВХ |
или прямой, |
||||
|
|
|
|
|
соединяющей |
|
рабочие |
||
|
|
|
|
|
точки Р0, Р1 |
|
|
|
46
|
|
|
Определяются: |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
∙ точки единичного усиления D0, D1; |
|
|
||||||||
|
|
∙ |
помехоустойчивость нуля |
UПУ0 |
= UD0 − U 0 ; |
|||||||
|
|
∙ |
помехоустойчивость единицы UПУ1 = U1 − U1D ; |
|||||||||
|
|
∙ |
ширина |
активной |
области |
|
переключения |
|||||
|
|
|
|
UDD = U1D − U D0 |
|
|
|
|
|
|
||
UВЫХ, В |
|
|
|
|
|
|
UВЫХ, В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P1 |
U1 |
P1 |
D1 U = U |
||||
1 |
|
|
|
1 |
|
|||||||
U |
|
|
D |
|
|
|
|
|
ВЫХ |
ВХ |
||
|
|
PП |
|
UВЫХ = UВХ |
|
|
|
PП |
|
|
||
0 P0 |
|
D0 |
|
|
|
|
U0 |
|
|
D0 |
|
P0 |
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UВХ0 |
UВХ0 |
D UП UВХ1 |
D |
UВХ1 UВХ, В UВХ0 |
UВХ1 |
D |
UП UВХ0 |
D UВХ1 UВХ, В |
||||
|
UПУ0 |
UDD |
UПУ1 |
|
|
UПУ1 |
UDD UПУ0 |
|
||||
|
UПЗ0 |
|
|
UПЗ1 |
|
|
UПЗ1 |
UПЗ0 |
|
|
||
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
Рис.3.8. Дополнительные построения на неинвертирующей (а) и |
||||||||||||
инвертирующей (б) передаточных характеристиках для опреде- |
||||||||||||
ления характерных точек и статических измеряемых параметров |
II. Определение статических измеряемых параметров по входной и выходным характеристикам (рис.3.9).
47
|
|
IВЫХ IВХ1 |
|
|||||
ЦИС |
ЦИС |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|||
исследуемая |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
IВХN |
|
|||
|
|
|
|
|
||||
|
ЦИС |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
IВЫХ
UВХ1
|
0 |
|
|
|
|
|
|
UВЫХ1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
UВЫХ1 |
|
|
UВЫХ1 |
|
N=0 UВЫХ,UВХ |
|||||||
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
IВЫХ |
|
|
|
|
P0 |
|
|
|
|
|
|
|
N=2 |
|
|
|
|
|
N=1 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
IВЫХ1 |
|
|
UВЫХ0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
UВХ0 |
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
N=1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P1 |
N=1 |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
IВЫХ1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
N=2 |
|
|
|
|
|
|
|
P1 |
N=2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
IВХ = f(UВХ) N=1
IВХ = f(UВХ) N=2
Рис.3.9. Совместное построение входной и выходных характеристик для определения логических уровней напряжения
При подключении N нагрузочных подобных элементов можно записать, что
IВЫХ = N × IВХ
ì |
0 |
= N |
0 |
0 |
ïIВЫХ |
|
× IВХ |
||
í |
|
= N |
1 × I1 . |
|
ïI1 |
||||
î |
ВЫХ |
|
|
ВХ |
48
Предельное значение нагрузочной способности N выбирается по
наименьшему значению Nmin = {N 0 , N1}.
Совместное построение входной и выходных характеристик по-
зволяет получить рабочие точки P0 , P1 и значения токов и напряжений в них.
49