11.5.3 Класифікація цифрових інтегральних схем

Цифрові інтегральні мікросхеми характеризуються широким діапазо­ном виконуваних функцій та багатьма варіантами конструкторсько-технологічного виконання.

Цифрові інтегральні мікросхеми, як і АІС, випускаються серіями. Мікросхеми однієї серії мають однакові напруги живлення, електричні та експлуатаційні характеристики і у разі сумісного використання не потребують додаткових елементів.

Належність ІМС до тієї чи іншої серії показують в її умовному позначенні. Серед великої кількості серій ЩС виділяються такі групи: серії функціонально повного складу; серії, які спеціалізуються за функціональним призначенням; мікропроцесорні комплекти великих ІМС. До. серії функціонально повного складу належать ІМС різного функціонального призначення: логічні, тригери, регістри, лічильники, дешифратори, кодоперетво-рювачі і т. ін. Чим ширший функціональний склад серії, тим краще вона забезпечує виконання вимог до мікроелектронної апаратури, таких, як надійність, компактність, економічність, технологічність, зручність експлуатації та ремонту. Деякі серії складаються з 100 і більше типів ІМС. Прик­ладами серій ІМС з розвинутим функціональним складом можуть бути серії К500, К155, К555, К561, К564 і т. ін. Такі серії можна називати універсальними, оскільки вони мають широку область використання.

Серії ІМС, які об'єднуються за функціональним призначенням, харак­теризуються вужчою спеціалізацією. До них належать: серії ІМС пам'яті (К537, К565, К556, К573, К1601 та ін.); серії ІМС узгодження з лініями передачі і керування різними пристроями - інтерфейсні ІМС (К169, К170, К1102); серії ІМС аналого-цифрового і цифро-аналогового перетворень (К572, К1107, К1113 та ін.); серії ІМС вторинних джерел живлення тощо.

До мікропроцесорних комплектів ВІС належать ІМС, які необхідні для побудови мікропроцесорних обчислювальних систем та пристроїв керу­вання. Сюди відносять мікропроцесори, ВІС введення-виведення, тайме­ри, генератори, різні допоміжні ІМС. Прикладами мікропроцесорних комплектів є ІМС К580, К1810, К588, К1801, К1862, К1804 та ін.

Докладно сучасні великі ІМС, складні функціональні вузли, їх структура, принципи будови, номенклатура та призначення розглядаються у відповідних підручниках радіоелектронного профілю, а також у навчальній дисципліні «Цифрова та мікропроцесорна техніка».

Розглянемо лише елементну базу таких пристроїв, основу якої складають інтегральні логічні елементи (ІЛЕ). Такі елементи, з одного боку, пов'язані з технологією і типом активного приладу, а з іншого боку, їх параметри чинять безпосередній вплив на параметри вузлів та систем. Вибір типу ІЛЕ значною мірою визначає якісні показники апаратури.

Логічні ІМС належать до мікросхем комбінаційного типу. Вони не мають елементів пам'яті (тригерів), а їх стан одночасно визначається комбінацією вхідних сигналів і не залежить від попереднього стану.

У цифрових пристроях і системах як базові елементи найширше застосовують такі ІЛЕ: НІ, І, АБО, І - НІ, АБО - НІ і т. ін.

Промисловість випускає різноманітні ІЛЕ. Залежно від типу базових ключів виділяють такі типи інтегральних логічних схем:

- діодно-транзисторна логіка (ДТЛ);

- резисторно-транзисторна логіка (РТЛ);

- резисторно-ємнісна транзисторна лоґіка (РЄТЛ);

- транзисторно-транзисторна логіка (ТІЛ);

- емітерно-зв'язана транзисторна логіка (ЕЗТЛ);

- транзисторно-транзисторна логіка з бар'єром Шотткі (ТТЛШ);

- логіка на МОН-структурах (МОНЛ);

- логіка на комплементарних МОН-структурах (КМОН);

- інжекційно-інтегральна логіка (І²Л).

На перших етапах розвитку інтегральної схемотехніки ІЛЕ виконувалися за схемами, створеними на основі дискретних приладів. До таких ІЛЕ належать ДТЛ, РТЛ, РЕТЛ та деякі інші. Серії таких типів продовжує випускати промисловість, але їх використовують лише для комплектації серійної PEA і не застосовують в нових розробках. Принципові схеми цих ІЛЕ показано на рис. 11.4. Усі вони виконують, логічну операцію 2 АБО - НІ, якщо за рівень логічної одиниці взято високий рівень сигналу («позитивна логіка»). Дійсно, якщо на обох входах Х₁ та X₂. інформаційного сигналу немає (рівень логічного нуля), транзистори закриті, на виході формується високий рівень (майже Е_C), тобто логічна одиниця. З подачею сигналу (логічна одиниця) хоча б на один вхід, або на обидва входи одночасно транзистор відкривається і на виході формується рівень логічного нуля. Умовне графічне позначення логічної операції 2 АБО -НІ показано на рис. 11.4, г.

Розглянемо випадок використання «негативної логіки», коли логічному нулю відповідає високий рівень потенціалу. Тоді під час дії на входах X₁ та Х₂ сигналів рівня логічного нуля транзистори будуть відкриті, а на виході сформується низький рівень - логічна одиниця. У такому випадку логічна операція відбудеться лише за умови, якщо транзистори перемкнуться в режим відсікання. Для цього необхідно, щоб одночасно на обидва входи поступили сигнали логічної одиниці. Тобто у разі використання негативної логіки схеми (рис. 11.4) реалізується логічна функція 2I - НІ. Як правило, паспортне позначення ІЛЕ відповідає функції, яка реалізується в режимі «позитивної логіки».

За видом виконуваної логічної функції базові логічні елементи поділяють на найпростіші одноступеневі (І, АБО, НІ, І - НІ, АБО - НІ) та двоступеневі (І - АБО, І - АБО - НІ та ін.) логіки.

У процесі розвитку і вдосконалення інтегральної технології та схемотехніки були створені нові типи ІЛЕ, які знайшли широке застосування як закінчені функціональні вузли та як базові компоненти для побудови складних функціональних цифрових блоків. Зупинимося на деяких з таких ІЛЕ.

Рис. 11.4 - Логічні елементи:

а - схема ДТЛ; б - схеми РТЛ;в – схеми РЕТЛ;

г - умовне позначення схем 2 АБО - НІ