6 Параметры микросхем

Каждая микросхема оценивается рядом параметров, обусловленных внутренней структурой и конструктивным исполнением. Некоторые из этих параметров касаются конкретной микросхемы, другие характеризуют 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 физических возможностей микросхемы, однако, превышать их не следует, особенно те, от которых зависят работоспособность и надежность приборов.

Оценивают микросхемы по следующим основным параметрам:

1)быстродействию (задержке переключения);

2)напряжению питания;

3)потребляемой мощности;

4)коэффициенту разветвления по выходу;

5)коэффициенту объединения по входу;

6)помехоустойчивости;

7)энергии работе переключения;

8)надежности;

9)стойкости к климатическим и механическим воздействиям.

Быстродействие характеризуется максимальной частотой смены входных сигналов, при которой еще не нарушается нормальное функционирование. Это один из важнейших параметров, так как определяет время обработки информации.

Инерционность полупроводниковых приборов и паразитные емкости служат причиной того, что каждое переключение сопровождается переходными процессами, отчего фронты импульсов растягиваются. Когда частота смены входных сигналов невелика, 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 свойств микросхем существует несколько параметров. На практике обычно пользуются так называемой задержкой распространения сигнала, которая представляет собой интервал времени между входным и выходным импульсами, измеренными на уровне 0.5. Времена задержки распространения сигнала при включении t_зд.р^1,0и при выключении t_зд.р^0,1 близки, но не равны. Обычно пользуются усредненным параметром (1.1)

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

На рисунке 4 приведена оценка задержки сигналов.

Состояние «Вкл. - Выкл.» - характеризуется t _ЗД.Р^0,1; «Выкл. – вкл». – t _ЗД.Р^0,1;

а) входной импульс; б) выходной импульс и инверсный; в) выходной импульс

Рисунок 5 - Оценка задержки сигналов

t_{ЗД.Р.СР.} - используют при расчете временных характеристик последовательно соединенных цепочек. По этому параметру ИС можно разделить на:

1)Сверхбыстродействующие t_{ЗД.Р.СР.} < 5 нс; Pпот.ср.=50…100 мВт;

2) Быстродействующие tзд.р.ср. = 50...100 нс; Pпот.ср. = 20…50 мВт;

3) Среднего tзд.р.ср. = 10..100 нс Pзд.р.ср. = 1..30 мВт

4) Малого tзд.р.ср > 100 нс; Рпот.ср. < 1 мВт

Иногда пользуются близкими параметрами – временем, задержкой включения t_ЗД.^1,0 и выключения t_ЗД.^0,1, они измеряются на уровнях 0,1 и 0,9 соответственно.

Применительно к последовательным устройствам (триггерам, счетчикам и т.д.) 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 максимальное число входов элементов данной серии, которым можно нагружать выходы микросхемы без нарушения ее норм. функционирования.

К_раз – логического элемента (нагрузочная способность) определяет максимального число идентичных элементов, которое может быть подключено к выходу данной схемы. При этом должна обеспечиваться устойчивая передача сигналов «0» или «1» при воздействии дестабилизирующих факторов: изменения окружающей температуры t⁰С; уменьшение номиналов источников питания в пределах допуска и т.д.

Нагрузочная способность логического элемента выражается целым положительным числом (К_раз = 2,4,6,10 и т. д.). Чем выше нагрузочная способность элемента, тем выше его логические возможности и тем меньше микросхем требуется для построения вычислительного устройства. Однако увеличивать бесконечно параметр К_РАЗ нецелесообразно, так как это ведет к снижению быстродействия логического элемента, увеличения мощности потребления, ухудшению частотных характеристик и помехоустойчивости.

Поэтому в состав серии ИС входят обычно элементы с низкой нагрузочной способностью (основные логические элементы с К_РАЗ = 2..10) и с высокой нагрузочной способностью (мощные или буферные с К_РАЗ = 20..50).

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

Коэффициент объединения по входу (Коб) – определяет максимально возможное число входов ИС, по которым реализуется логическая функция.

Для простейших логических элементов это число равноценных входов по И либо ИЛИ. Логические элементы массового производства выпускаются с 2,3,4 и 8 входами. Когда возникает надобность в большем числе входов, применяют специальные ИС – расширители (экспандеры) числа входов, которые не имеют самостоятельного применения, либо используют несколько однотипных элементов, которые соединяют с учетом законов Булевой алгебры. Увеличение Коб ведет к потере частотных характеристик, уменьшению помехоустойчивости увеличению мощности потребления.

Более сложные устройства содержат и другие входы: адресные, установочные, разрешающие, входы синхронизации и т.д. По отношению к индивидуальным каскадам каждый такой вход обычно представляет такую же нагрузку, как и логические (информационные) входы.