Класифікація інтегральних схем, технологія виготовлення Ступінь інтеграції

У СРСР минулому запропоновані наступні назви мікросхем у залежності від ступеня інтеграції (у дужках кількість елементів для цифрових схем):

· МІС — мала інтегральна схема (до 100 елементів у кристалі);

· СІС — середня інтегральна схема (до 1 000);

· ВІС — велика інтегральна схема (до 10 000);

· ЗВІС — зверхвелика інтегральна схема (до 1 мільйона);

· УВІС — ультравелика інтегральна схема (до 1 мільярда);

· ГВІС — гігавеликі (більш 1 мільярда).

В даний час назва ГВІС практично не використовується (наприклад, останні версії процесорів Pentium 4 містять поки кілька сотень мільйонів транзисторів), і всі схеми з числом елементів, що перевищують 10 000, відносять до класу ЗВІС, вважаючи УВІС його підкласом.

47 Нету

50

Тригер Шмітта (не Шмідта) - електронна модель двохпозиційного релейного елемента, статична характеристика якого має зону неоднозначності (петлю гістерезису). Структурно, тригер Шмітта являє собою підсилювач з досить великим коефіцієнтом посилення, охоплений глибокою позитивним зворотним зв'язком. Тригер Шмітта використовується для відновлення цифрового сигналу, спотвореного у лініях зв'язку, фільтрах брязкоту, як двохпозиційного регулятора в системах автоматичного регулювання. Цей тригер стоїть осібно в сімействі тригерів: він має один аналоговий вхід і один вихід.

53

а                                                     б Рис.5.11. Кільцевий лічильник: а – схема; б – часові діаграм­и Практичне використання кільцевих лічильників пояснюється такими його перевагами:  не потребує вихідного дешифратора, оскільки всі ст­ани відрізняються наявністю одиниці лише в одному якому-небудь тригері; в процесі лічби завжди переключається в одиничний стан лише один тригер, що забезпечує мінімальне значення tвст; спрощується побудова схеми контролю лічильника. Схема лічильника Джонсона будується на основі кільцевого, в якому обернений зв’язок реалізується підключенням інверсного виходу старшого розряду до входу молодшого. Лічильник Джонсона (рис.5.12) характеризується модулем лічби КЛЧ=2n і ємністю лічби Nmах=2n – 1. Таким чином, число станів лічильника Джонсона в два рази більше аналогічного параметра кільцевого лічильника. Проте інформація на виходах лічильника Джонсона представляється не в двійковій позиційній системі числення, яка потребує додаткового перетворення.  Рис.5.12. Лічильник Джонсона: а – схема; б – часові діаграм­и

56

Суматором називається функціональний вузол комп'ютера, призначений для додавання двох n-розрядних слів (чисел). Операція віднімання замінюється додаванням слів в оберненому або доповнювальному кодах. Операції множення таділення перетворюються на реалізації багаторазового додавання та зсуву. Тому суматор є важливою частиноюарифметично-логічного пристрою.

Компаратор (аналогових сигналів) (англ. comparator - порівнює пристрій [1]) - електронна схема, яка бере на свої входи два аналогових сигналу і видає логічний «1», якщо сигнал на прямому вході («») більше ніж на інверсному вході (« - »), і логічний« 0 », якщо сигнал на прямому вході менше, ніж на інверсному вході.

Найпростіший компаратор є диференціальний підсилювач. Компаратор відрізняється від лінійного операційного підсилювача (ЗУ) пристроєм і вхідного, і вихідного каскадів:

Вхідний каскад компаратора повинен витримувати широкий діапазон вхідних напруг між інвертує і неінвертуючий входами, аж до розмаху живлячих напруг, і швидко відновлюватися при зміні знака цієї напруги. В ОУ, охопленому зворотним зв'язком, це вимога некритично, так як диференціальне вхідна напруга вимірюється мілівольтах і мікровольт.

Вихідний каскад компаратора виконується сумісним за рівнями і струмів з конкретним типом логічних схем (ТТЛ, ЕЗЛ і т. п.). Можливі вихідні каскади на одиночному транзисторі з відкритим колектором (сумісність з ТТЛ і КМОП логікою).

57

Запам'ятовуючі пристрої (ЗП) є важливою частиною мікропроцесорних систем (МПС). Вони призначені для запису, зберігання та читання, або тільки для зберігання та читання інформації поданої у вигляді двійкових кодових слів.  Розглянуті раніше регістри, побудовані на тригерах, використовуються для тимчасового зберігання та перетворення одного чи декількох кодових слів (наприклад, у надоперативній пам'яті мікропроцесора). Використання регістрів для зберігання великих масивів інформації виявилося занадто нераціональним через те, що при цьому ЗП стають громіздкими, а їх ціна надмірно збільшується. Це пояснює застосування у МПС запам'ятовуючих пристроїв, побудованих на інших принципах. Для зберігання великих обсягів інформації будують ЗП з використанням спеціальних мікросхем, у кожній з яких можуть знаходитись мільйони біт.  Дана лекція присвячена розгляду основних показників та класифікації ЗП, які застосовуються у МПС та вивченню принципів побудови та функціонування оперативних запам’ятовуючих пристроїв статичного та динамічного типів. Матеріал даного заняття важливий для розуміння принципів функціонування будь-якої МПС.  1. Класифікація запам’ятовувальних пристроїв.  За виконуваними функціями розрізняють такі типи ЗП:  - оперативні запам'ятовуючі пристрої (ОЗП, RAM – Random Access Memory);  - постійні запам'ятовуючі пристрої (ПЗП, ROM – Read Only Memory);  - зовнішні запам'ятовуючі пристрої (ЗЗП) або накопичувачі інформації.  Оперативний запам'ятовуючий пристрій -- це пам'ять комп'ютера, призначена для зберігання даних, адрес та програм, які використовує комп'ютер в даний момент часу. Постійні запам'ятовуючі пристрої призначені для зберігання певної одноразово записаної до них інформації

58

Запам`ятовуючі пристрої можна умовно розділити на такі два типи: зовнішні і внутрішні.

Сьогодні зовнішні запам`ятовуючі пристрої є двох видів: магнітні і оптичні. Перші в свою чергу поділяються на гнучкі магнітні диски (Floppy Disk), і жорсткі магнітні диски (Hard Disk). Ці два типи восновному відрізняються ціною і об`ємом. Перші дешеві, але не дуже місткі. Другі відносно дорогі, зате в сотні разів об`ємніші.

59

Цифро-аналоговий перетворювач (ЦАП) призначений для перетворення числа, визначеного, як правило, у виді двійкового коду, у напругу чи струм, які пропорційні значенню цифрового коду. Схемотехніка цифро-аналогових перетворювачів дуже різноманітна. На рис. 1 наведена класифікаційна схема ЦАП за схемотехнічними ознаками. Крім цього, ІМС цифро-аналогових перетворювачів класифікуються за наступними ознаками:

• За видом вихідного сигналу: з стумовим виходом та виходом у виді напруги

• За типом цифрового інтерфейсу: з послідовним уведенням та з паралельним уведенням вхідного коду

• За кількістю ЦАП на кристалі: одноканальні та багатоканальні

• За швидкодією: помірної та високої швидкодії

60

Аналого-цифрові перетворювачі (АЦП) це пристрої, які приймають вхідні

аналогові сигнали та генерують відповідні до них цифрові сигнали, які

придатні для обробоки мікропроцесорами та іншими цифровими пристроями.

Принципово не виключена можливість безпосереднього перетворення різних

фізичних величин в цифрову форму, однак це завдання вдається рішити

тільки в досить рідко через складність таких перетворювачів. Тому зараз

найраціональнішим вважається спосіб перетворення різних за фізичною

природою величин спочатку в функціонально пов'язані з ними електричні, а

потім уже за допомогою перетворювачів напруга-код - в цифрові. Іменно ці

перетворювачі і мають на увазі, коли говорять про АЦП.

61

Індикатори газорозрядні, газонаповнені прилади для візуального відтворення інформації. У І. р. використовується головним чином свічення катодної області тліючого розряду . Вони мають високу надійність, довговічність (до 10 000 ч ), велику яскравість (сотні — тисячі ніт ), малу споживану потужність. Розрізняють І. г.: сигнальні, в яких інформація представляється у вигляді крапки або малої області, що світиться (неонові індикаторні лампи і індикатори малих рівнів напруги); знакові, в яких інформація представляється у вигляді різних знаків, що утворюються електродами, що світяться, мають окремі виводи; лінійні (аналогові і дискретні), в яких інформація представляється у вигляді стовпчика (довжина його пропорційна силі струму, що протікає через прилад), що світиться, або у вигляді крапки, що світиться (положення крапки визначається числом імпульсів, поданих на вхід пристрою, керівника роботою індикатора); матричні, в яких інформація представляється у вигляді сукупності крапок, що світяться, на плоскому екрані, що складається з декількох десятків тисяч газосвітних вічок, створюючих матрицю з лав і стовпців.

62

Напівпровідникові індикатори

У напівпровідникових (твердотільних) індикаторах широке застосування

знаходять світлодіоди, що володіють високою яскравістю свічення, великою

швидкодією і довговічністю. Індикатори на світлодіодах виготовляються

двох типів; сегментні (цифрові) і матричні (універсальні). Сегментні

цифрові індикатори є комбінацією певного числа світлодіодів,

розташованих таким чином, що при подачі напруги на відповідні виводи

висвічуються цифри 0...9. Один індикатор, що містить сім діодів

прямокутної форми, здатний висвічувати всі цифри і деякі букви.

63

Електро́нно-промене́ва тру́бка (ЕПТ) — електронний прилад, який має форму трубки, видовженої (часто з конічним розширенням) в напрямку осі електронного променя, що формується в ЕПТ. ЕПТ складається з електронно-оптичної системи, відхиляючої системи і флуоресцентного екрана або мішені.

Електронно-променева трубка складається з катода (1), анода (2), вирівнювального циліндру (3), екрану (4), регуляторів площини (5) та висоти (6).

Під дією фото- або термоемісії з металу катода (тонка провідникова спіраль) вибиваються електрони. Оскільки між анодомта катодом підтримується напруга (різниця потенціалів) у декілька кіловольт, то ці електрони, вирівнюючись циліндром, рухаються у напрямку аноду (пустотілий циліндр). Пролітаючи крізь анод електрони потрапляють до регуляторів площини. Кожен регулятор — це дві металеві пластини, різнойменно заряджені. Якщо ліву пластину зарядити негативно, а праву позитивно, то електрони проходячи крізь них будуть відхилятися праворуч, і навпаки. Аналогічно діють і регулятори висоти. Якщо ж на ці пластини подати змінний струм, то можна буде контролювати потік електронів як у горизонтальній, так і вертикальній площинах. У кінці свого шляху потік електронів потрапляє на екран, де може викликати зображення.

64

В оптоелектронних пристроях передача інформації здійснюється електрично нейтральними фотонами, це надає принципові переваги:

1) високу інформаційну ємність оптичного каналу, обумовлену тим, що частота світлових коливань (1013- 1015 Гц) у 103-105 разів вища, ніж в опанованому радіотехнічному діапазоні;

2) велику щільність запису інформації (до 106 біт/мм2), тому що мале значення довжини хвилі світлових коливань забезпечує можливість фокусування променя лазера на площі в 1 мкм2

Оптичний діапазон спектра складають електромагнітні хвилі довжиною l від 1 мм до 1 нм. Всередині оптичного діапазону виділяють інфрачервоне ІЧ (l = 0,78 мкм ¸ 1 мм), видиме (l = 0,38 ¸ 0,78 мкм) і ультрафіолетове УФ (l = 1 нм ¸ 0,38 мкм) випромінювання (рис. 2.9.1.). У ряді випадків в техніці оптичне випромінювання характеризується не довжиною хвилі, а частотою світлових коливань n або енергією фотонів Wф, при цьому справедливі співвідношення: n = 3×1014/l і Wф = 1,23/l, де Wф [еВ], n [Гц] і l [мкм].

65

Зава́ди, Перешкоди, (рос. помехи, англ. hindrance, disturbance; нім. Hindernis n, Störungen f pl) — у системах автоматичного керування — сигнали або дії, що спотворюють корисний сигнал, який несе основну інформацію у пристроях вимірювання, телевимірювання, зв'язку, САР і САК (САУ).

Вплив завади може призвести до значних помилок систем вимірювання.

За своєю природою завади можуть бути детермінованими та випадковими.

Детерміновані завади

Приклад детермінованої завади — фон від джерела живлення змінного струму. За допомогою спец. конструктивних заходів вплив детермінованих завад можна усунути. Вплив детермінованих завад на результати вимірювання вираховують як систематичну похибку.

Випадкові завади

Джерелами випадкових завади є теплові шуми, похибки, які виникають під час перетворення сигналів. Випадкові завади описуються деякою випадковою функцією. Дуже поширене представлення випадкової завади як «білого шуму». Спеціальні схеми вимірювання враховують вплив адитивної та мультиплікативної та інші завади.

66

Модуля́ція  (рос. модуляция, англ. modulation, нім. Modulation f) – змінювання в часі за заданим законом параметрів (характеристик) якогось з регуляторних фізичних процесів. Практичне значення має модуляція коливань - накладання низькочастотного інформаційного сигналу на високочастотний сигнал-носій для передачі на великі відстані.