1.3 Корпуса микросхем.

Каждый вид корпуса хор-ся габаритными и присоед-ми размерами, числом выводов и расположением их относит. плоскости основания корпуса. Выводы ИС могут лежать в плоскости осн. корпуса (планарные выводы) или быть перпендикулярными ему (штыревые выводы). Планарные выводы по сечению, как правило, прямоугольные, штыревые – круглые или прямоугольные.

Плоскость основания.

Установочная плоскость.

Интегральные микросхемы выпускаются в корпусах и бес корпусном варианте.

В соответствии с ГОСТ 17467-88 корпуса ИС делятся на 6 типов, осн. хар-ки кот. указаны в табл. 1.2

Условные обозначения корпуса микросхемы состоит из шифра типоразмера, вкл. поджим корпуса и двузначное число, обозначающее порядковый номер типоразмера, цифрового индекса, порядкового регистрационного номера. Вводится также буквенное обозначение в соответствии с лат. алфавитом.

Типы и подтипы опр-ся:

1. формой проекции тела корпуса на плоскость осн.

2. по положению выводов корпуса.

Шаг позиций выводов имеет размеры от ,625 до 2,5 мм.

Выводы корпусов в поперечном сечении могут быть круглыми, квадратными или прямоугольными.

Корпуса, разработанные до 1989 года имеют старые условные обозначения.

Например: 201,14-2 – прямоугольный, тип 2, типоразмер 01, 14 – выводов, 2 модификация. Поэтому в механич. документации встречаются и старые и новые обозначения, а иногда и нестандартные до разработки ГОСТа на корпуса.

Табл. 1.3 соответствия старых и новых условных обозначений.

1.4 Параметры микросхем.

Каждая микросхема оценивается рядом параметров, обусловленных внутр. структурой и конструктивным исполнением. Некоторые из этих параметров касаются конкретной микросхемы, др. хар-ют все изделия данной серии. Если в условиях эксплуатации эти параметры будут выдержаны, завод изготовитель гарантирует нормальную работу микросхем. Значения параметров, как правило, задаются с запасом и не исчерпывают физич. возможностей микросхемы, однако превышать их не следует, особенно же, от кот. зависят работоспособность и надежность приборов.

Оценивают микросхемы по следующим основным параметрам:

1. быстродействию (задержка переключения);

2. напряжению питания;

3. потребляемой мощности;

4. коэф. разветвления по выходу;

5. коэф. объединения по входу;

6. помехоустойчивости;

7. энергии переключения;

8. надежности;

9. стойкости к климатическим и механ. воздействиям.

Быстродействие хар-ся max частотой смены входных сигналов, при кот. еще не нарушается норм. функционирование. Это один из важнейших параметров, т.к. опр-ет время обработки информации.

Инерционность полупроводниковых приборов и емкости служат причиной того, что каждое переключение сопровождается переходными процессами, отчего фронт импульсов растягивается. Когда частота смены входных сигналов не велика, можно считать, что переключение происходит мгновенно, а при повешенных частотах приходится считаться с искажениями импульсов. Фронты искаженных прямоугольных импульсов представляют собой участки кривых, но для простоты их принято заменять кусочками прямых.

Для оценки временных св-в микросхем сущ-ет несколько параметров. на практике обычно пользуются так называемой задержкой распространения сигнала, кот. представляет собой интервал времени между входным и выходным импульсами, измеренными на уровне 0.5. времена задержки распространения сигнала при вкл. t^1,0и при выкл. t^0,1 близки, но не равны. Обычно пользуются усредненным параметром (1.1)

t_{зд.р.ср.} = 0,5 (t^{1, 0}+t^{0, 1}), кот. наз. средним временем задержки распространения.

На рис.1 Сочетание Вкл. - выкл. – t^1,0;

Выкл. – вкл. – t^0,1;

1.0

0.9

0.5

0.1

0

t

t_{ЗД.Р.СР.} - используют при расчете временных хар-к цепочек посл-но соед. по этому параметру ИС можно разделить на:

1. Сверхбыстродейств. t_{ЗД.Р.СР.} < 5 нс

Pпотер = 50..100 мВт

Быстродейств. tзд.р.ср. = 50..100 нс.

Pпот.ср. = 20..50 мВт

2. Среднего tзд.р.ср. = 10..100 нс

Pзд.р.ср. = 1..30 мВт

Малого tзд.р.ср > 100 нс

Рпот.ср. < 1 мВт

Рис.1 Оценка задержки сигналов.

а) Входной импульс;

б) выходной импульс и инверсный;

в) выходной импульс без инверсий.

Иногда пользуются близкими параметрами – временем, задержкой вкл. t^1,0 и выкл. t^0,1, они измеряются на уровнях 0,1 и 0,9 соответственно.

К_РАЗ – логич. элемента (нагрузочная способность) опр-ет max идентичных эл-ов, может быть подключено к выходу данной схемы. При этом должна обеспечиваться устойчивая передача сигналов «0» или «1» при воздействии дестабилизирующих факторов: изменение t⁰С; уменьшение номиналов ист. питания в пределах допустимого.

Нагрузочная способность выражается целым полодит. числом (К_РАЗ = 2,4,6,10 и т. д.). Чем выше нагрузочная способность эл-та, тем выше его логич. возможности тем меньше требуется для построения вычисл. устройств. Однако увеличивать бесконечно параметр К_РАЗ нецелесообразно, т.к. это ведет к снижению быстродействия, увелич. мощности потребления, ухудшению частичных хар-к и помехоустойчивости.

Поэтому в состав серии ИС входят обычно эл-ты с низкой нагрузочной способностью (К_РАЗ = 2..10 осн. логич. эл-ты) и с высокой нагрузочной способностью (К_РАЗ = 20..50).

Это дает возможность разработчику проектировать военную технику с оптимальным соотношением между потребляемой мощностью и количеством ИС в машине.

ИС низкой нагрузочной способностью (К_раз 2..10 осн. логические элементы).

Более мощные схемы обладают повышенным по сравнению с маломощными схемами быстродействием. Снижение микросхемами мощности потребления при сохранении высокого быстродействия – одна из задач микроэлектроники.

Р_пот – средняя мощность потребления, важнейший параметр ИС.

Лог. ИС может находиться:

1. в стадии включения;

2. в состоянии “ Включено”;

3. в состоянии “ Выключено”;

4. в состоянии выполнения.

Каждое из этих состояний характеризуется различной мощностью потребления. При этом в зависимости от места логич. элемента мощность потребления будет происходить в основном при переключении из одного состояния в другое для одного типа элементов и в состоянии “ Вкл ”.Р_вкл для другого типа элементов характеризуются средним значением Р_потр.

Р_{потр.ср.} = ( Р⁰ + Р¹ ) / 2.

Р⁰ – в состоянии “ Выкл ”

Р¹ – в состоянии “ Вкл ”.

По мощности потребления ИС делят на:

Мощные 30 мВт < Р_{потр. ср.} <300мВт;

Средние 3мВт < Р_{потр. ср.}< 30 мВт;

Маломощные 0,3 мВт < Р_{потр.ср.} < 3 мВт;

Микроваттные 1 мкВт < Р_{потр.ср.} < 300мкВт;

Нановаттные Р_{потр.ср.} < 1 мкВт.

Используются некоторые дополнительные временные параметры, обусловленные принципом действия. Например: время задержки переключения, максимальная частота переключения и др.

Коэффициент разветвления по выходу (коэффициент нагрузки ).

К_раз. – характеризует нагрузочную способность микросхемы. Этот параметр определяет max число вых. эл-ов данной серии, кот. можно нагружать вых. микросхемы без нарушения ее норм. функционирования.

Коэффициент объединенный по выходу (Коб)– определяетmaxвозможное число входов ИС, по кот. реализуется логич. функция.

Для простейших логич. эл-ов это число равноценных входов по И либо ИЛИ. Логич. эл-ты массового производства выпускаются с 2,3,4 и 8 вых. Когда возникает надобность в большем числе входов, применяют специальные ИС – расширители, числа входов кот. не имеют самостоятельного применения, либо используют несколько однотипных эл-ов, кот. соединяют с учетом законов булевской алгебры.

Более сложные устройства имеют и др. выходы: адресные, упаковочные, разрешающие, входы синхронизации и т.д. По отношению к индивидуальным каскадам каждый такой вход обычно представляет такую же нагрузку как и логич. (информационные ) входы. Увеличение Коб ведет к потере частотных хар-к, уменьшению помехоустойчивости увеличению мощности потребления.

Помехоустойчивостьили, как ее еще наз., шумовой иммунитетопределяет допустимое напряж. Помех на входах микросхемы и непосредственно связана с ее передаточной хар-ой.

Статическую помехоустойчивостьсвязывают с помехами, длительность кот. больше времени переходных процессов, адинамическую– с кратковременными помехами. Для обоих видов помехоустойчивости может учитываться воздействие напряж. низкого и высокого уровней.

Статической помехоустойчивостью по низкому уровню считается разность

U⁰_НОМ=!U⁰_{ВЫХ. MAX}–U⁰_{ВХ. MAX}! , (1.2)

где U_{ВЫХ. MAX}–maxдопустимое напряж. низкого уровня на вых. нагрузочной микросхемы.

U_{ВЫХ. MAX} -maxдопустимое напряж. низкого уровня на вх. нагружающей ИС.

U⁰_НОМ– отпирающая помеха.

Помехоустойчивость по высокому уровню определяется как

U¹_НОМ =!U¹_{ВЫХ. MIN}–U¹_ВХ.MIN!, (1.3)

здесь U¹_{ВЫХ. MIN}–minнапряж. высокого уровня на вых. нагруженной ИС.

U¹_{ВЫХ. MIN}–minдопустимое напряж. высокого уровня на нагружающем выходе.

U¹_ВЫХ– запирающая помеха.

Так логич. ИС может находится в одном из двух устойчивых состояний, то различают:

1. помехоустойчивость закрытой схемы по отношению к отпирающим помехам U⁰_НОМ

2. помехоустойчивость открытой схемы по отношению к запирающим помехам U¹_НОМ.

Часто используют не абсолютные знач. напряжений maxдопустимых помех по входу, а их отношение кminпереходу напряж. ΔU_MINна выходе эл-та при его переключении.

К^0,1_НОМ.СТ.= (U^0.1_НОМ) / (ΔU_MIN) – коэф. статической помехоустойчивости.

Статическая помехоустойчивость служит основным показателем защищенности микросхем от помех. В справочниках приводят одну величину, U⁰_НОМилиU^0.1_НОМ , ту , что меньше.

Динамическая помехоустойчивость выше, чем статическая, т.к. при кратковременных помехах сказываются поразительные емкости и инерционные процессы в микросхеме.

Динамическая помехоустойчивость в справочных данных не указывается, т.к. зависит не только от типа микросхемы, но и от условий ее разработки.

Энергия (работа) переключения – определяется как А=Р_ПОТ*t_{ЗД.Р.СР.}, где

Р_ПОМ– средняя потребляемая мощность.

T_{ЗД..Р.СР.}– среднее время задержки распространения.

Параметр хар-ет качество разработки и исполнения микросхемы.

Для большинства семейств цифровых микросхем энергия переключения находится в пределах от 0,1 – 500 пДж. Чем меньше этот параметр, тем выше качество разработки. С др. стороны для микросхем с высокой помехоустойчивостью большая энергия является благом, т.к. импульсы помех даже большей амплитуды, но недостаточной энергии не создают ложных срабатываний.

Надежность хар-ся 3 взаимосвязанными показаниями:

1. интенсивностью отказов λ;

2. Наработкой на отказ Т;

3. Вероятностью безотказной работы Р(t) в течение заданного времениt.

В ИС отсутствует перегрев, они мало подвержены вибрации и ударам, технология производства обеспечивает высокое кач-во продукции, и поэтому их надежность во много раз выше, чем у изделий, собранных из отдельных деталей.

Интенсивность отказов определяется в ходе испытаний большой партии изделий и хар-ся выражением λ=n/Nt, гдеn– число отказов в ходе испытаний;t– время испытаний;N– число используемых изделий в партии.

Интенсивность отказов для совр. микросхем λ=10^-8..10^-9(1/ч).

По этому параметру можно вычислить и остальные показания надежности

Т = 1/ λ, и Р(t) = е^λt;

Принять λ = 10^-8ч^-1, аt= 15000 , можно найти, что вероятность безотказной работы составляет Р(t) = 0,998, т.е. –99,8,это исключительно высокий показатель.

Стойкость микросхем к механич. и климатич. воздействиямочень высока.

Они способны работать норм. при интенсивных механич. Нагрузках и в неблагоприятных условиях: при повышенной влажности (до 98при 25⁰С) и в большом температурном диапазоне (от –10 до +70⁰С для ИС широкого применения и от –60 до +125⁰С - специального).

Кроме того, когда это требуется, учитываются такие микросхемы, число изделий в серии, особые условия эксплуатации, возможность сопряжения с изделиями др. серий и др. показания.