- •К лабораторным работам
- •1 Компьютерное моделирование с помощью ewb
- •1.1 Основные технические характеристики микросхем
- •1.2 Типы логики
- •1.3 «Стандартные» микросхемы
- •1.4 Семиотика «стандартных» микросхем
- •1.5 Микросхемы-аналоги
- •1.6 Техническая документация
- •1.7 Краткий англо-русский словарь терминов
- •2 Разработка испытательного стенда
- •3 Структурное моделирование с помощью сапр aldec active-hdl
- •4 Моделювання мікропрограмного автомата
- •4.1 Мікропрограмний автомат
- •4.2 Абстрактний автомат
- •4.3 Мова опису цифрових систем vhdl
- •4.4 Модель мікропрограмного автомату
- •4.5 Побудова графу переходів
- •X: in std_logic_vector (1 to 4); -- логічні умови
- •4.6 Моделювання роботи автомата
- •4.7 Отримання часових діаграм
- •4.8 Хід роботи
- •4.10 Контрольні запитання
- •5 Економічне кодування станів автомату
- •5.1 Структурний автомат
- •5.2 Тригери
- •5.3 Економічне кодування станів
- •5.4 Хід роботи
- •5.6 Контрольні запитання
- •6 Канонічний метод структурного синтезу
- •6.1 Кодована форма пст
- •6.2 Складання логічної схеми
- •6.3 Ціна логічної схеми за Квайном
- •6.4 Хід роботи
- •6.6 Контрольні запитання
- •7 Проектування мікропрограмного автомата
- •7.1 Реалізація автомату на плм
- •7.2 Хід роботи
- •7.4 Контрольні запитання
- •Література
1.2 Типы логики
Существует ряд типов логики (способов промышленного изготовления) функционально эквивалентных микросхем.
Функциональная эквивалентность базируется на неизменности исходной логической схемы цифрового прибора.
Наиболее радикально между собой различаются следующие типы логики:
резистивно-транзисторная логика (РТЛ) – наиболее простой вариант, где базовый переключательный элемент представлен транзистором с резисторами на входе; имеет низкое быстродействие и недостаточную помехозащищенность;
диодно-транзисторная логика (ДТЛ) – базовый элемент представляет собой транзистор с включенными на входе диодами; обеспечивается максимальная защита от помех;
транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ) основана на применении биполярных транзисторов с несколькими эмиттерами, каждый из которых является самостоятельным входом.
Логика ТТЛ показала себя универсальной. Интегральные схемы, реализованные на ее основе, обладают сбалансированными техническими показателями: большой нагрузочной способностью, сравнительно высоким быстродействием и низкой потребляемой мощностью.
Существуют типы логики, созданные на основе ТТЛ:
транзисторная эмиттерно-связанная логика (ЭСЛ) – позволяет максимально увеличить быстродействие за счет включения базового транзистора в ненасыщенном режиме; недостаток – сравнительно высокая потребляемая мощность;
логика с диодами Шоттки (ТТЛШ) – использует эффект Шоттки, не позволяющий базовому транзистору войти в режим насыщения, в результате чего значительно сокращается задержка переключения и снижается энергопотребление.
Биполярная микроэлектронная технология на основе эффекта Шоттки широко распространена. Немаловажную роль играет тот факт, что микросхемы ТТЛ и ТТЛШ имеют одинаковое напряжение электропитания +5В и сходные значения логических уровней, что облегчает их электрическое сопряжение.
Основные технические параметры ТТЛ и ТТЛШ приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1 – Основные параметры отечественных серий микросхем
|
Параметр |
133, 155 |
130, 131 |
136, 158 |
134 |
530, 531 |
533, 555 |
1531 |
1533 |
|
I0вх , мА |
-1.6 |
2.3 |
-0.4 |
-1.18 |
-2 |
-0.4 |
0.6 |
-0.2 |
|
I1вх , мА |
0.04 |
0.07 |
0.02 |
0.01 |
0.05 |
0.02 |
0.02 |
0.02 |
|
U0вых , В |
0.4 |
0.35 |
0.3 |
0.3 |
0.5 |
0.4 |
0.8 |
0.4 |
|
U1вых , В |
2.4 |
2.4 |
2.4 |
2.3 |
2.7 |
2.5 |
2.0 |
2.5 |
|
Kраз |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
10 |
30 |
20 |
|
t0/1зад , нс |
22 |
10 |
60 |
100 |
4.5 |
10 |
3.9 |
4 |
|
t1/0зад , нс |
15 |
10 |
60 |
100 |
5 |
10 |
3.8 |
4 |
|
Pпот, мВт |
22 |
44 |
6 |
2 |
19 |
2 |
4 |
1 |
|
fмакс , МГц |
10 |
30 |
5 |
3 |
50 |
15 |
5000 |
100 |
|
Uпом , В |
0.4 |
0.4 |
0.4 |
0.35 |
0.5 |
0.7 |
0.8 |
0.8 |
Перспективы развития советской микроэлектроники связывались с интегрально-инжекционной логикой (И2Л), которая, не смотря на ограниченное быстродействие, могла стать альтернативой биполярным технологиям. Преимущества И2Л – высокая степень интеграции и низкое энергопотребление. С развалом СССР исследования инжекционных технологий замедлились.
Подавляющее большинство современных микросхем, в том числе, микропроцессоров и систем на кристалле, изготовляется по технологии КМОП – комплементарной логики на полярных транзисторах «металл-оксид-полупроводник» (МОП).
По сравнению с другими МОП-структурами (n-МОП, p-МОП), комплементарный базовый элемент объединяет в себе части полевых транзисторов n- и p-типа. Микросхемы КМОП обладают высоким быстродействием и сравнительно малым энергопотреблением, хотя сложнее в изготовлении.
В 2011 году по КМОП-технологии с технологическим допуском 0.28 нм была изготовлена самая «большая» в мире микросхема, состоящая из 3.9 млрд. транзисторов (фирма Altera).