1 Інтегральні схеми. Короткий огляд

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Інтегральна схема - це мікроелектронний прилад певної складності, виготовлений на основі матеріалу, що має властивість напівпровідника (кремній, германій, арсенід галію та ін.), поміщений в стандартний, жорсткий корпус. Масове застосування мікросхем істотно спрощує технологію монтажу дискретних компонентів (діодів, конденсаторів, резисторів, транзисторів та ін.).

Пріоритет винаходу мікросхем (1958 рік) розділили між собою два американські інженери: Дж. Кілбі (Texas Instruments) та Р. Нойс (Fairchild Semiconductor). Вільний продаж інтегральних схем почався в 1961 році (Fairchild Semiconductor).

Перша радянська напівпровідникова мікросхема була створена в Таганрозькому радіотехнічному інституті (1961 рік), під керівництвом Л. Н. Колесова.

У сучасній обчислювальній техніці і цифровій автоматиці алгоритмічна обробка інформації здійснюється із застосуванням мікросхем. Елементна база мікросхемотехніки постійно росте і оновлюється. Покращуються технічні показники приладів, зростає їх функціональна і логічна складність.

Прийнято розрізняти цифрові інтегральні схеми по ступеню інтеграції (числу транзисторів на кристалі) :

• мала інтегральна схема, МІС - до 10²

• середня інтегральна схема, СІС - до 10³

• велика інтегральна схема, ВІС - до 10⁴

• надвелика інтегральна схема, СБІС - до 10⁶

• ультравелика інтегральна схема, УБІС - до 10⁹

• гигавелика інтегральна схема, ГБІС - більше 10⁹.

Сучасні спеціалізовані системи автоматизованого проектування (САПР) дозволяють автоматизувати і прискорити процес розробки, виробництва і верифікації проектів цифрових пристроїв на основі інтегральної технології.

Рівні проектування мікросхем і цифрових систем на їх основі:

• фізичний;

• електричний;

• схемотехніка;

• логічний;

• системотехнічний;

• топологічний;

• мікропрограмний;

• програмний.

1.1 Основні технічні характеристики мікросхем

Розробникові мікропроцесорної техніки необхідно уміти обґрунтовано вибирати серію мікросхем для реалізації проекту. Передусім, необхідно отримати певну швидкодію, після чого вибір серії мікросхем обмежується споживаною потужністю.

Основні технічні показники мікросхем :

I 0вх	- вхідний струм лог.0;
I 1вх	- вхідний струм лог.1;
U 0вых	- максимальне значення вихідної напруги, відповідне рівню лог.0, при якому забезпечується нормальна робота мікросхем наступного каскаду;
U 1вых	- мінімальне значення вихідної напруги, відповідне рівню лог.1, при якому забезпечується нормальна робота мікросхем наступного каскаду;
Kраз	- коефіцієнт розгалуження по виходу визначає число входів мікросхем цієї серії, яке може бути підключене до виходу мікросхеми попереднього каскаду;
t0/1	- час затримки переходу із стану лог.0 в стан лог.1;
t1/0	- час затримки переходу із стану лог.1 в стан лог.0;
Pпот	- потужність, споживана базовим логічним елементом мікросхеми від джерела електроживлення;
fмакс	- максимальна частота перемикання;
Uпом	- максимально допустиме значення статичної перешкоди.

Остаточно вибір робиться з урахуванням модельного ряду певної серії, чому, можливо, доведеться приймати рішення про спільне використання приладів декількох серій. В кінцевому рахунку, вибір цільової елементної бази відбивається на складності схемотехніки проекту, ціні готового виробу і, як наслідок, комерційному успіху.