- •Введение
- •1. Математический аппарат цифровых систем
- •1.1 Основы булевой алгебры
- •1.1.1 Основные положения и законы булевой алгебры
- •1.1.2 Формы представления функций булевой алгебры
- •1.2 Логические функции
- •1.3 Минимизация логических функций
- •1.3.1. Минимизация логических функций с помощью карт Карно
- •2. Элементная база цифровых устройств
- •2.1. Особенности структуры и элементной базы цифровых БИС и СБИС.
- •2.2. Логические элементы и их характеристики
- •2.3. Элементы ТТЛ, ТТЛШ
- •2.3.1. Элемент ТТЛ с простым инвертором.
- •2.3.2. Элемент ТТЛШ с простым инвертором.
- •2.3.3. Схемы ТТЛ/ТТЛШ логики со сложным инвертором
- •2.4. Элементы КМОП логики
- •2.4.1. Инвертор на комплементарных транзисторах
- •2.4.2. Логические элементы на комплементарных транзисторах (КМОП).
- •2.4.3. Буферированные КМОП
- •2.4.4. Схема КМОП логики с тремя состояниями выхода
- •2.4.5. Двунаправленный ключ
- •2.5. БиКМОП логика
- •3. Цифровые функциональные узлы комбинационного типа
- •3.1 Этапы схемотехнического проектирования
- •3.2 Синтез комбинационных устройств
- •3.2.1 Структурный синтез устройств комбинационного типа
- •3.2.2 Синтез электрической схемы.
- •3.3 Основные типы комбинационных узлов
- •3.3.1 Преобразователи кодов
- •3.3.2 Шифраторы и дешифраторы
- •3.3.4 Комбинационные сумматоры
- •3.3.5 Мажоритарные элементы
- •4.1 Классификация триггеров
- •4.2.1. Асинхронные и синхронные триггеры.
- •4.3 Словари переходов
- •5. Функциональные узлы последовательностного типа
- •5.1 Последовательностные устройства
- •5.2 Проектирование последователъно-стных устройств
- •5.3 Счетчики
- •5.3.1. Классификация счетчиков.
- •5.4 Регистры
- •5.4.1. Регистры с параллельным приёмом и выдачей.
- •5.5 Генераторы кодов
Е.М. Косаревич
Курс лекций по дисциплине:
«ЦИФРОВАЯ МИКРОСХЕМОТЕХНИКА»
для студентов специальности,“ Квантовые информационные системы ”
Минск БГУИР 2006
Введение
Микросхемотехника (интегральная схемотехника) - раздел микроэлектроники, охватывающий исследование и разработку схемотехнических решений (электрических и структурных схем), используемых в интегральных микросхемах в интегральных микросхемах и радиоэлектронной аппаратуре на их основе.
Интегральная микросхема (интегральная схема - ИС) - микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования электрических сигналов, которое представляет собой совокупность электрических соединенных компонентов (транзисторов, диодов, резисторов и др.), изготавливаемых в едином технологическом цикле на общей диэлектрической или полупроводниковой основе (подложке).
Основной функцией интегральных микросхем является обработка (преобразование) информации, заданной в виде электрического сигнала: напряжения или тока. Электрические сигналы могут представлять информацию в непрерывной (аналоговой) или дискретной (цифровой) форме. Микросхемы, выполняющие обработку этой информации, называются аналоговыми или цифровыми соответственно.
Современные интегральные микросхемы являются сложными электронными устройствами, поэтому используются различные уровни их схемотехнического представления. Наиболее детальный уровень представления - электрическая схема в виде соединения отдельных компонентов. Следующий, более общий уровень - структурная схема, представляющая собой соединение отдельных логических элементов и триггеров (для цифровых схем) или аналоговых каскадов (для аналоговых схем). Эти элементы и каскады выполняют элементарные логические или аналоговые операции, с помощью которых можно реализовать любую цифровую, аналого-цифровую или аналоговую функцию. Они имеют относительно простую, электрическую схему, которая обычно содержит не более десяти - двадцати компонентов. Еще более высокий уровень используется для представления сложнофункциональных БИС и СБИС: микропроцессоров, микро-ЭВМ, аналогоцифровых и цифро-аналоговых преобразователей и др. Их структура представляется в виде соединения функциональных узлов и блоков. Такое представление называется функциональной схемой. Структура входящих в ее состав функциональных узлов и блоков может состоять из десятков и сотен простейших логических элементов и аналоговых каскадов.
На стыке микроэлектроники и цифровой техники развивается самостоятельная область науки и техники - цифровая микросхемотехника, предметом которой являются принципы и методы схемотехнического проектирования цифровых интегральных микросхем, которое включает разработку их структуры (функционально-логическое проектирование) и электрической схемы (схемное проектирование). Непрерывное повышение степени интеграции проектируемых микросхем, обеспечивающее реализацию
2
на одном кристалле целых цифровых систем, требует от специалистамикросхемотехника знания принципов работ базовых логических элементов, триггеров, комбинационных устройств и устройств последовательностного типа.
3