1.5 Сравнение различных типов микросхем.
В настоящее время промышленность выпускает множество серий логических ИС и разработчику аппаратуры необходимо уметь проводить сравнение анализ по их основным параметрам, чтобы найти наилучшее соотношение в соответствии с требованиям к разрабатываемой МЭА.
Трудности выбора усугубляются тем, что технология производства многих типов схем продолжает развивать, и разработчики аппаратуры должны уметь предвидеть, какая ситуация может сложиться через несколько лет.
Наибольшим быстродействием и сверхбыстродействием обладают микросхемы ЭСЛ-типа. Однако им присущи высокая потребляемая мощность и стоимость, так как они занимают большую площадь кристалла и имеют более сложную электрическую схему. Этим схемам отдают предпочтение в аппаратуре, в которой требуется наибольшее быстродействие любой ценой. ЭЛС-микросхемы сохраняют работоспособность в большом интервале температуры и при колебаниях напряжения в цепях питания. Большая потребляемая мощность затрудняет получение ЭСЛ-микросхем высокой степени интеграции, отводимая от кристалла не может превышать несколько ватт. Поэтому ЭСЛ-микросхемы – это обычно МИС или СИС. При создании аппаратуры на ЭСЛ-микросхемах требуется значительная площадь коммутационных плат и, соответственно, большая длинна соединяющих их проводников, что влечет за собой искажение формы сигналов и требует установки соответствующих нагрузок на концах линии связи. Недостатком схем ЭСЛ является и то, что для их работы необходимы 2 источника питания. Для сравнения различных типов микросхем используют параметр энергии переключения. Чем меньше его значение, тем предпочтительнее данный тип микросхем, так как то же самое быстродействие получают при меньшей мощности. Однако чем меньше его значение, тем более чувствительна микросхема к выходной нагрузке. В связи с этим микросхемы типа ЭСЛ и ТТЛ с большой потребляемой мощностью малочувствительны к выходной нагрузке.
Съемы ТТЛ менее дороги, чем ЭСЛ, и обладают несколько меньшим быстродействием, хотя и превосходят по нему стальные биномерные микросхемы. Но здесь при сравнении должна учитываться степень интеграции. Если степень интеграции ЭСЛ-схем мала, то для изготовления одного и того же устройства таких схем потребуется больше, чем схем ТТЛ, обладающих большей степенью интеграции. То быстродействие, которое выигрывается при использовании ЭСЛ-схем, может быть потеряно в соединяющих их проводниках. ЭСЛ применяются в ЭВМ сверхвысокого быстродействия и скоростных устройствах дискретной обработки информации. ТТЛ-ИС-106,130,133-135; 141,155,158,230,243,530; 531,533,555.
Особенности эксплуатации: для повышения устойчивости работы их свободные входы необходимо подключить через резистор = 1 кОм к источнику питания. К консольному регистру допускается подключение 20 свободных входов. При монтаже ИС и ПП необходимо предусмотреть вблизи разъема подключение конденсатора из расчета 0.1 мкф на одну ИС, исключающих НЧ-помехи. Для исключения ВЧ-помех устанавливают по одному керамическому конденсатору на группу ИС числом не более 10 из расчета 0.002мкф на одну ИС.
Особенностями схем интегральной инжекционной логики (ИЛИ) является малое значение энергии переключения, малая площадь, занимаемая одним И2Л-элементом на кристалле, и механическая совместимость И2Л-элементовов с другими типами биполярных логических схем: они могут быть изготовлены в одном кристалле вместе с ЭСЛ и ТТЛ схемами.
Для микроэлектронных устройств с автономными источниками питания целесообразно использовать И2Л-схемы или МДП-схемы, потребляющие намного меньшую мощность, чем рассмотренные выше схемы, и имеющие сравнительно низкую стоимость.
МОП
Логические МДП-ИС – серий 108, 120, 144, 147, 172, 178 выполнены на транзисторах с каналами одного типа проводимости – относятся к схемам низкого быстродействия средней мощности.
В связи с тем, что p-n-МДП и КМДП-схемы потребляют малую мощность и их элементы занимают малую площадь на кристалле, они более всего подходят для создания БИС и СБИС. Схемы КМДП обладают наименьшим потреблением энергии и набольшей помехозащищенностью.
КМОП
КМДП-ИС – серий 164,176,564,764 обладают высоким быстродействием, очень малой потребляемой мощностью и большим коэффициентом разветвления по выходу.
При выборе ИС необходимо избегать применения разных серий. Если это неизбежно, то лучше применять ИС с одинаковым напряжением питания.