- •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
ассоциативный: А + (В + С)= В + (А + С)= С + (А + В);
А ×(В ×С)= В × (А×С)= С ×(А× В);
дистрибутивный: |
А × (В + С)= АВ + АС; |
||||||||
А + ВС = (А + В)×(А + С); |
|||||||||
|
|
||||||||
поглощения: |
A(A + B) = A; |
|
|
|
|
|
|
||
A + AB = A; |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
= |
|
× |
|
; |
|
дуальности (теорема де-Моргана): |
А + В |
А |
В |
||||||
|
|
|
|
|
|
А× В = А + В.
2.3.Основные логические операции
1. Логическое умножение - конъюнкция:
А |
& |
|
F = А Ù В = А × В = АВ |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
И |
В |
|
|
||
|
|
|||
|
|
|
|
AND |
|
|
|
||
|
|
|
|
|
2. Логическое сложение - дизъюнкция:
|
А |
1 |
|
|
F = А В = А + В |
||
|
|
F |
|||||
|
|
|
|||||
|
В |
|
|
|
|
|
ИЛИ |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
OR |
||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Логическое отрицание - инверсия: |
|||||||
|
|
1 |
|
|
F = |
А |
|
|
А |
|
F |
||||
|
|
|
|
|
|
|
НЕ |
|
|
|
|
|
NOT |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
20
2.4. Формы представления логической функции
Логическая функция F может быть представлена четырьмя формами:
·словесной;
·алгебраической;
·табличной;
·графической.
1.Словесная форма - это определение входных переменных, при
которых функция принимает конкретное значение (либо F = 0 , либо F = 1). Например, словесная форма описания дизъюнкции - логическая функция дизъюнкции равна 0 ( F = 0 ), только когда
значения логических переменных равны нулю ( A = B = 0 ), при остальных значениях логических переменных логическая функция равна единице.
2.Алгебраическая форма имеет два представления:
1)совершенная дизъюнктивная нормальная форма (СДНФ) - алгебраическое представление функции в виде суммы минтермов, соответствующих наборам переменных, для которых fi = 1;
2)совершенная конъюнктивная нормальная форма (СКНФ)
-
алгебраическое представление функции в виде произведения макстермов, соответствующих наборам переменных, для которых fi = 0.
q−1 |
|
FСДНФ = å fi × mi |
|
i =0 |
, |
где fi - значение логической функции F (0 или 1); mi - минтерм, соответствующий i-му набору входных логических переменных.
Минтерм (конституента 1) - конъюнкция всех переменных, которые входят в прямом виде, если значение данной переменной в
21
наборе равно 1, либо в инверсном виде, если значение переменной в наборе равно 0.
Для k входных логических переменных составляются минтермов.
Рассмотрим пример составления минтермов и функции в СДНФ
(табл.2.1).
Таблица 2.1
Минтермы, макстермы и значения функции
В |
Минтермы mi Макстермы Mi Значения функции fi |
А |
|
0 |
0 |
|
|
m0 = |
|
|
× |
|
|
|
|
|
M0 = A + B |
|
f0 = 0 |
||||||||||||||||
A |
|
|
B |
||||||||||||||||||||||||||||
0 |
1 |
|
|
m = |
|
|
× B |
M |
|
= A + |
|
|
|
|
|
f1 = 1 |
|||||||||||||||
A |
1 |
B |
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
1 |
0 |
|
|
m = A × |
|
|
|
|
M |
|
= |
|
|
|
+ B |
|
f2 = 1 |
||||||||||||||
|
B |
2 |
|
A |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
1 |
1 |
|
|
m3 = A× B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f3 = 0 |
||||||||||||||
|
|
M 3 = A + B |
|
||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
F = f0 × m0 + f1 × m1 + f2 × m2 + f3 × m3 = |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
|
= 0 × ( |
|
× |
|
) + 1× ( |
|
× B) + 1× (A × |
|
) + 0 × (A × B) = |
|
× B + A × |
|
; |
||||||||||||||||||
|
A |
B |
A |
B |
A |
B |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
q−1 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
FСКНФ = ∏( fi + Mi ) |
, |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i=0 |
|
|
|
|
|||||||||
|
где |
fi - значение логической функции F (0 или 1); Mi - |
макстерм, соответствующий i-му набору входных логических переменных.
Макстерм (конституента 0) - дизъюнкция всех переменных, которые входят в прямом виде, если значение данной переменной в наборе равно 0, либо в инверсном виде, если значение переменной в наборе равно 1.
Воспользуемся табл.2.1 для получения функции в СКНФ.
22
F = ( f0 + m0 ) ( f1 + m1) ( f2 + m2 ) ( f3 + m3) =
= (0 + A + B) (1 + A + B) (1 + A + B) (0 + A + B) = (A + B) (A + B)
3. Табличная форма может быть выражена в виде таблицы истинности или карты Карно.
Таблица истинности содержит в первых столбцах перебор всех q возможных наборов значений логических переменных и в последнем столбце - значения логической функции, соответствующие каждому набору переменных (табл.2.2).
Таблица 2.2
Таблица истинности для конъюнкции и дизъюнкции двух переменных
переменных
А |
В |
F = A×B |
F = A+B |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
Карта Карно - представление логической функции в виде карт минтермов. Эта форма наиболее удобна для представления логической функции с небольшим количеством переменных (k < 6). Карта Карно используется для упрощения логических функций.
Карта содержит q = 2k клеток, причем каждой клетке соответст-
вует один из q минтермов, который определяется столбцом и строкой, на пересечении которых находится клетка (рис.2.1).
23
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CD |
AB |
00 |
01 |
11 |
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
A |
|
0 |
|
|
1 |
|
|
|
00 |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
01 |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0 |
|
|
|
AB |
AB |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
11 |
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
|
|
|
AB |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
AB |
10 |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
Рис.2.1. Карта Карно для двух (а) и четырех (б) перемен-
ных
Входные логические переменные перебираются по одной оси по строгому правилу изменения только одной входной переменной при переходе к следующему состоянию. На рис.2.2 показана карта Карно для пяти переменных.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|
|
|
|
|
C |
|
|
|||
|
|
|
|
ABC |
|
000 |
|
001 |
|
011 |
|
010 |
|
110 |
|
111 |
|
|
101 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
||||||||
|
|
|
|
DE |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
00 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E |
01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
D |
11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.2.2. Карта Карно для пяти переменных
4. Графическая форма - это временные зависимости логических входных переменных и выходных функций (рис.2.3). Такая форма используется обычно для представления результатов моделирования или измерений ЦИС.
24